對使用高溫高壓蒸汽流量計進(jìn)行蒸汽流量測量的準確度問(wèn)題分析
點(diǎn)擊次數：1527 發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 15:40:28
在我廠(chǎng)熱力管網(wǎng)中，蒸汽流量測量不準確是經(jīng)常出現的問(wèn)題，而蒸汽流量的準確計量，多年來(lái)一直是儀表人所追求的目標，但是由于蒸汽分為過(guò)熱蒸汽和飽和蒸汽，其性質(zhì)的復雜性，目前人們還沒(méi)能建立一個(gè)純理論的狀態(tài)方程來(lái)準確計量蒸汽。由于蒸汽高溫高壓的特殊性質(zhì)，因此能用于流量測量的儀表目前只能限制在少數種類(lèi)的流量?jì)x表上，主要有：標準節流式差壓流量計(高溫高壓蒸汽流量計)；非標準節流式差壓流量計；渦街流量計；旋翼式流量計；金屬浮子流量計等。其中渦街、浮子、旋翼流量計因為受到溫度、口徑、精度等限制，所以主流儀表還屬于標準和非標準節流式差壓流量計，通過(guò)對我廠(chǎng)已有測量手段和計算方法進(jìn)行分析，結合全廠(chǎng)計量?jì)x表完善項目”的蒸汽測量?jì)x表的具體情況，針對標準節流式差壓流量計在蒸汽流量測量中準確度問(wèn)題進(jìn)行討論。。
1、影響蒸汽流量測量的主要因素
1.1 測量元件
一次測量元件孔板的入口銳邊磨損、積污，節流件前后直管段內結垢、粗糙程度改變等。
1.2 測量管
對測量管沒(méi)有按規定要求去做，安裝測量元件時(shí)直管不符合要求、內徑D數值不準確等。
1.3 密度
對密度的計算不準確，我廠(chǎng)大部分蒸汽儀表測量是用DCS里的氣體補償方式、或用智能流量二次儀表的氣態(tài)方程來(lái)計算蒸汽的密度，再有就是根據工藝車(chē)間提供的數據直接做為蒸汽密度的參考值，雖然測量系統或多變量變送器（Honeywell SMV3000系列）有壓力溫度補償，但因為計算公式或組態(tài)軟件使用不正確，使補償失準。
1.4 相關(guān)系數
有的實(shí)際工作流量不在界限雷諾數范圍內，使得流出系數C（或流量系數a）不再是一個(gè)恒定的常數，而DCS或智能一次表中又無(wú)修正功能，只能按常數計算，從而帶來(lái)測量誤差。
1.5 量程
有的儀表量程選用不合理，工作區經(jīng)常在滿(mǎn)量程的50%甚至20%以下，從而使相對誤差變大。
2、原因分析
2.1 節流元件磨損、臟污、變形
由于我廠(chǎng)的節流裝置大部分采用高溫高壓蒸汽流量計作為一次測量元件，因此孔板的好壞就成了影響計量準確度重要因素之一。在實(shí)際使用中孔板入口邊緣的易磨損、氣蝕、前端面積污等，都是不易克服的缺點(diǎn)，由于節流裝置的計算數據是在規定的標準條件下得到的，如果裝置中節流元件的實(shí)際條件達不到標準條件或偏離規定，必然會(huì )帶測量結果的誤差。
2.2 測量管
測量管是節流裝置的重要組成部分，其結構尺寸對流體流動(dòng)狀態(tài)有重要的影響，流體流經(jīng)諸如彎頭、閥門(mén)、縮徑管、擴徑管等阻流件后，會(huì )產(chǎn)生速度畸變、旋轉流及非定常流，由于標準節流裝置的各項參數是在充分發(fā)展管流、無(wú)旋轉流以及定常流的參考工作條件下實(shí)驗得出的，如果不滿(mǎn)足規定的條件，就會(huì )造成流出系數偏離正常值，影響測量準確度。當然要在現場(chǎng)裝置使用中完全達到標準試驗的條件，也是不現實(shí)的，但我們應盡量在安裝過(guò)程中，最大化的向標準條件靠攏，力求測量誤差最小。
在我廠(chǎng)許多裝置中我發(fā)現，有的節流件上下游直管段不滿(mǎn)足要求，不管節流裝置的具體情況，例如彎頭，三通的數量及分布情況，直管段上縮、擴管的情況，以及閥門(mén)的開(kāi)度等情況，大部分采取前10D后5D的安裝，甚至小于前10D后5D的安裝。關(guān)于直管段內徑D的數據，按規定應該采取實(shí)測值，而實(shí)際情況是都沒(méi)有實(shí)測量D值，有的采用工藝提供的數據，有的是查以前資料，甚至有的用公稱(chēng)通經(jīng)代替D值作為設計計算的依據，從而使一開(kāi)始計算書(shū)就有誤差。
關(guān)于測量管內表面粗糙度對測量的影響是最為復雜的，也最易被忽略，特別是投用時(shí)間比較長(cháng)的情況下，管內的結垢，磨蝕等都會(huì )使粗糙度遠差于新投用時(shí)的情況。即使是新安裝的管道，如果粗糙度達不到要求，都應該進(jìn)行加工以達到規定的要求。即使是管流已達到充分發(fā)展管流時(shí)，粗糙度對流體仍是有影響的，見(jiàn)圖1。
圖1光滑管與粗糙管的流速分布
從圖1中可以看出：粗糙管的流速分布與光滑管是有區別的，因此流出系數也不會(huì )相同。我廠(chǎng)大部分的蒸汽測量管都是直接用工藝管道，沒(méi)有在定貨時(shí)與節流裝置整體加工，投用時(shí)粗糙度是否合乎要求也無(wú)從知道，況且經(jīng)過(guò)多年的運行也沒(méi)有進(jìn)行過(guò)檢查和清理，粗糙度對測量準確度的影響肯定是存在的。
2.3 密度計算
對于蒸汽的流量測量，人們都知道要進(jìn)行壓力和溫度補償，但是由于對蒸汽性質(zhì)的復雜程度了解不夠，在實(shí)際工作中往往存在一些不正確的做法。
蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，一般情況下所說(shuō)的蒸汽是指過(guò)熱蒸汽。而過(guò)熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。其中絕不含液滴或液霧，屬于實(shí)際氣體。過(guò)熱蒸汽的溫度與壓力參數是兩個(gè)獨立參數，其密度應由這兩個(gè)參數決定。
過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(cháng)距離輸送后，隨著(zhù)溫度、壓力的變化，特別是在過(guò)熱度不高的情況下，會(huì )因為熱量損失溫度降低而使其從過(guò)熱狀態(tài)進(jìn)入飽和狀態(tài)或過(guò)飽和狀態(tài)。轉變成飽和蒸汽或帶有水滴的過(guò)飽和蒸汽。飽和蒸汽容易凝結，在傳輸過(guò)程中如有熱量損失，蒸汽中便有液滴或液霧形成，俗稱(chēng)溫蒸汽（其質(zhì)量一般用干度這一參數來(lái)表示，干度是指單位體積飽和蒸汽中干蒸汽所占的百分數）。這時(shí)它已不屬于嚴格意義上的氣體，其密度也發(fā)生了很大變化。所以，不同狀態(tài)下不能用同一氣體狀態(tài)方程來(lái)描述。
在日常的流量測量中，大家往往只重視差壓信號的準確與否，并常常使用高精度的差壓變送器，而忽略了密度在測量中的重要地位。其實(shí)這個(gè)問(wèn)題只要看一看節流裝置流量方程就非常清楚了，流量方程為：
qm=k(2△p·p)1/2
式中
qm-質(zhì)量流量，kg/s
C-流出系數；
ε-可膨脹性系數；
β-直徑比，d/D；
d-工作條件下節流件的孔徑，m；
D-工作條件下上游管道內徑，m；
△P-差壓，Pa；
P-流體密度，kg/m3。
從上式中我們可以看出差壓與密度在測量中是處于同等地位的。然而在實(shí)際使用中由于忽視了密度對流量測量的影響，因此往往不重視對密度的認真研究和分析。
我們知道：對氣體流量的測量，如果沒(méi)有溫壓補償，測量結果是不準確的。因此無(wú)論是以前的電III型儀表，還是近些年廣泛使用的智能儀表、DCS，乃至到去年我廠(chǎng)新安裝的多變量?jì)x表（HoneyWellSMV3000），都有不同的補償方式。為求得準確的氣體狀態(tài)方程，經(jīng)多年努力，仍沒(méi)有一個(gè)統一的氣體狀態(tài)方程，只有眾多的實(shí)際氣體狀態(tài)方程。而本文所討論的蒸汽就有專(zhuān)用的方程，主要是因為蒸汽在工作過(guò)程中有物質(zhì)狀態(tài)的變化，與理想的氣體的性質(zhì)有很大的差別，它的物體參數比理想氣體要復雜，不能用簡(jiǎn)單的數學(xué)方程式表達出來(lái)。而實(shí)際生產(chǎn)中，蒸汽流量密度的計算，大多數采用的恰恰是簡(jiǎn)單的數學(xué)表達式。但由于使用測量的儀表不統一，僅智能流量二次表就有不同的型號，對密度的計算也各不相同，加上DCS，多變量等儀表的計算方式也不盡相同，造成密度計算的不準確，因此對蒸汽流量測量的影響不亞于用一臺精度差的差壓變送器帶來(lái)的誤差。
2.4 相關(guān)系數的影響
流出系數C的定義是：通過(guò)節流裝置的實(shí)際流量與理論流量之比，將這個(gè)比值應用到理論方程中，以獲得實(shí)際的流量。在一定的安裝條件下給定的節流裝置，C值僅與雷諾數有關(guān)。
在節流裝置計算書(shū)中，根據提供的工藝條件計算出的C值是一個(gè)固定值，在DCS或智能二次表中都將流出系數C作為固定值參與流量計算，而實(shí)際上流出系數C只有雷諾數在規定的范圍內才可視為常數，實(shí)際使用時(shí)當雷諾數不在這個(gè)范圍時(shí)，流出系數C就不能視為常數。特別是當小流量時(shí)，隨著(zhù)雷諾數變小，流出系數C將較大的變化，流出系數C與雷諾數Re的變化關(guān)系如下圖2：
雷諾數Re
圖2流出系數C與雷諾數Re的變化關(guān)系圖
從圖2中可以看出：只有雷諾數Re≥104時(shí)，流出系數C才可以為是一個(gè)常數。據有關(guān)資料介紹，當Re=103時(shí)（β=0.6），附加誤差可達-19%，而當Re=250時(shí)附加誤差增加到-26%。在實(shí)際測量中，由于流量變化而使雷諾數小于界限值的情況時(shí)有發(fā)生。我廠(chǎng)熱電車(chē)間某蒸汽流量，最小可達1t/h，而最大時(shí)可達28T/h，實(shí)際量程比達到了28:1。在低限流量時(shí)流出系數將變化很大，如果不進(jìn)行修正，仍按計算書(shū)的C值來(lái)計算流量，會(huì )帶來(lái)較大的誤差。在我廠(chǎng)大部分DCS和二次儀表中，都沒(méi)有對流出系數C的修正功能，由此可見(jiàn)流出系數對測量系統的影響是普遍存在的。
實(shí)際上，孔板從安裝使用第一天開(kāi)始，嚴格上講，它的入口銳邊就開(kāi)始經(jīng)歷由尖銳到平鈍的一個(gè)變化過(guò)程，只不過(guò)這種變化極為緩慢人們不易察覺(jué)，或者說(shuō)對儀表準確度的影響是一個(gè)從小到大的緩慢過(guò)程，常常不會(huì )被人注意。如果被測介質(zhì)是高流速的流體，影響可能會(huì )更為顯著(zhù)。根據某專(zhuān)業(yè)雜志報道，在流體高速臟污的場(chǎng)合，流出系數C變化百分之十幾也不足為奇，而我廠(chǎng)使用的孔板最長(cháng)達上10年，短的也用了3、4年時(shí)間，因此流出系數C問(wèn)題帶來(lái)的測量誤差是可想而知的。
2.5 儀表量程設置
在全廠(chǎng)計量?jì)x表完善項目施工中，我逐漸發(fā)現，有部分車(chē)間的選用的儀表量程過(guò)大，使儀表經(jīng)常工作在量程的50%甚至20%以下，這樣就造成了相對誤差變大后果。我們都知道，一般儀表的準確度等級都用引用誤差表示的，其實(shí)引用誤差是一種簡(jiǎn)化的相對誤差。若儀表的準確度等級為0.2、0.5或1.0級，所標明的是儀表的引用誤差不能超過(guò)的界限，也就是說(shuō)合格儀表最大引用誤差不會(huì )超過(guò)0.2%、0.5%、1.0%，而不能認為它的各刻度點(diǎn)上的示值都具有0.2%、0.5%、1.0%，的準確度。
設一臺儀表的準確度為S%，量程為0～Xn，測量點(diǎn)為X，相對誤差應按下式求得：
相對誤差≤Xn/X×S%。
如果這臺儀表的量程是0～150，準確度是0.5，用上式計算測量點(diǎn)75、50、30、15的相對誤差分別為：1.0%、0.5%、2.5%、和5.0%。由此可見(jiàn)，當測量值越接近滿(mǎn)度值，其準確度越高。這就是我們在選用儀表量程時(shí)，盡可能在儀表的上限值處鄰近或2/3量程以上的原因。
3 、解決的方法
3.1 節流元件改用標準噴嘴
對于大多數節流件孔板入口磨損及臟污等問(wèn)題，我們應該選用標準噴嘴。由于噴嘴入口是一個(gè)光滑的曲面，它的抗磨損、抗積污、抗變形程度遠好于孔板，流出系數穩定性也比孔板好，在相同流量和相同β值條件下，阻力損失也比孔板小的多（只有孔板的30%～50%），而且它的檢定周期為4年，大大減少了維護費用。
3.2 節流裝置整套加工
對于測量管的影響問(wèn)題，應該采取指定專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家，統一加工節流件，統一加工法蘭、直管段，統一開(kāi)壓力溫度取樣點(diǎn)，統一加工冷凝罐，統一整體組裝。這次全廠(chǎng)計量?jì)x表完善項目中，有許多節流裝置就采用了這種辦法進(jìn)行定貨，雖然造成了費用高了一些，但是由于測量準確度的提高，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益遠遠大于多花的費用的。
3.3 采用正確公式計算密度
關(guān)于密度的計算，針對計算公式不統一的問(wèn)題，我們這次全廠(chǎng)計量?jì)x表完善項目中，統一采用了美國HoneyWell公司的SMV3000系列多變量?jì)x表，而且蒸汽的測量信號（差壓、壓力、溫度）先進(jìn)入SMV3000儀表進(jìn)行運算，計算后的流量信號再根據需要送至DCS或全廠(chǎng)計量?jì)x表系統進(jìn)行顯示，累積。
3.4 量程選用盡量合理
關(guān)于量程選用的問(wèn)題，根據生產(chǎn)的實(shí)際情況，在滿(mǎn)足工藝要求的前提條件下，盡量使儀表工作在滿(mǎn)量程的2/3以上。但因有些生產(chǎn)工藝的特殊性，在低流量下運行的情況還是存在的。
4 、效果評價(jià)
全廠(chǎng)蒸汽流量?jì)x表在改造以前，熱電車(chē)間與工藝車(chē)間的蒸汽計量誤差在10%～20%之間，改造后，經(jīng)過(guò)儀表專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的努力，蒸汽計量誤差已經(jīng)小于6%，效果還是比較理想的。
由于目前使用流量?jì)x表測量蒸汽流量，由于被測介質(zhì)的特殊性，對于相流經(jīng)常變化的蒸汽，肯定會(huì )存在測量不準確的情況，而解決這一問(wèn)題的根本辦法是開(kāi)發(fā)一種可測兩相流動(dòng)介質(zhì)的流量?jì)x表。我相信，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，提高測量水平的呼聲越來(lái)越高，因此針對生產(chǎn)實(shí)際情況，做一些細致的技術(shù)工作，一定會(huì )探索出一條蒸汽流量測量的成功之路。
1、影響蒸汽流量測量的主要因素
1.1 測量元件
一次測量元件孔板的入口銳邊磨損、積污，節流件前后直管段內結垢、粗糙程度改變等。
1.2 測量管
對測量管沒(méi)有按規定要求去做，安裝測量元件時(shí)直管不符合要求、內徑D數值不準確等。
1.3 密度
對密度的計算不準確，我廠(chǎng)大部分蒸汽儀表測量是用DCS里的氣體補償方式、或用智能流量二次儀表的氣態(tài)方程來(lái)計算蒸汽的密度，再有就是根據工藝車(chē)間提供的數據直接做為蒸汽密度的參考值，雖然測量系統或多變量變送器（Honeywell SMV3000系列）有壓力溫度補償，但因為計算公式或組態(tài)軟件使用不正確，使補償失準。
1.4 相關(guān)系數
有的實(shí)際工作流量不在界限雷諾數范圍內，使得流出系數C（或流量系數a）不再是一個(gè)恒定的常數，而DCS或智能一次表中又無(wú)修正功能，只能按常數計算，從而帶來(lái)測量誤差。
1.5 量程
有的儀表量程選用不合理，工作區經(jīng)常在滿(mǎn)量程的50%甚至20%以下，從而使相對誤差變大。
2、原因分析
2.1 節流元件磨損、臟污、變形
由于我廠(chǎng)的節流裝置大部分采用高溫高壓蒸汽流量計作為一次測量元件，因此孔板的好壞就成了影響計量準確度重要因素之一。在實(shí)際使用中孔板入口邊緣的易磨損、氣蝕、前端面積污等，都是不易克服的缺點(diǎn)，由于節流裝置的計算數據是在規定的標準條件下得到的，如果裝置中節流元件的實(shí)際條件達不到標準條件或偏離規定，必然會(huì )帶測量結果的誤差。
2.2 測量管
測量管是節流裝置的重要組成部分，其結構尺寸對流體流動(dòng)狀態(tài)有重要的影響，流體流經(jīng)諸如彎頭、閥門(mén)、縮徑管、擴徑管等阻流件后，會(huì )產(chǎn)生速度畸變、旋轉流及非定常流，由于標準節流裝置的各項參數是在充分發(fā)展管流、無(wú)旋轉流以及定常流的參考工作條件下實(shí)驗得出的，如果不滿(mǎn)足規定的條件，就會(huì )造成流出系數偏離正常值，影響測量準確度。當然要在現場(chǎng)裝置使用中完全達到標準試驗的條件，也是不現實(shí)的，但我們應盡量在安裝過(guò)程中，最大化的向標準條件靠攏，力求測量誤差最小。
在我廠(chǎng)許多裝置中我發(fā)現，有的節流件上下游直管段不滿(mǎn)足要求，不管節流裝置的具體情況，例如彎頭，三通的數量及分布情況，直管段上縮、擴管的情況，以及閥門(mén)的開(kāi)度等情況，大部分采取前10D后5D的安裝，甚至小于前10D后5D的安裝。關(guān)于直管段內徑D的數據，按規定應該采取實(shí)測值，而實(shí)際情況是都沒(méi)有實(shí)測量D值，有的采用工藝提供的數據，有的是查以前資料，甚至有的用公稱(chēng)通經(jīng)代替D值作為設計計算的依據，從而使一開(kāi)始計算書(shū)就有誤差。
關(guān)于測量管內表面粗糙度對測量的影響是最為復雜的，也最易被忽略，特別是投用時(shí)間比較長(cháng)的情況下，管內的結垢，磨蝕等都會(huì )使粗糙度遠差于新投用時(shí)的情況。即使是新安裝的管道，如果粗糙度達不到要求，都應該進(jìn)行加工以達到規定的要求。即使是管流已達到充分發(fā)展管流時(shí)，粗糙度對流體仍是有影響的，見(jiàn)圖1。
圖1光滑管與粗糙管的流速分布
從圖1中可以看出：粗糙管的流速分布與光滑管是有區別的，因此流出系數也不會(huì )相同。我廠(chǎng)大部分的蒸汽測量管都是直接用工藝管道，沒(méi)有在定貨時(shí)與節流裝置整體加工，投用時(shí)粗糙度是否合乎要求也無(wú)從知道，況且經(jīng)過(guò)多年的運行也沒(méi)有進(jìn)行過(guò)檢查和清理，粗糙度對測量準確度的影響肯定是存在的。
2.3 密度計算
對于蒸汽的流量測量，人們都知道要進(jìn)行壓力和溫度補償，但是由于對蒸汽性質(zhì)的復雜程度了解不夠，在實(shí)際工作中往往存在一些不正確的做法。
蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，一般情況下所說(shuō)的蒸汽是指過(guò)熱蒸汽。而過(guò)熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。其中絕不含液滴或液霧，屬于實(shí)際氣體。過(guò)熱蒸汽的溫度與壓力參數是兩個(gè)獨立參數，其密度應由這兩個(gè)參數決定。
過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(cháng)距離輸送后，隨著(zhù)溫度、壓力的變化，特別是在過(guò)熱度不高的情況下，會(huì )因為熱量損失溫度降低而使其從過(guò)熱狀態(tài)進(jìn)入飽和狀態(tài)或過(guò)飽和狀態(tài)。轉變成飽和蒸汽或帶有水滴的過(guò)飽和蒸汽。飽和蒸汽容易凝結，在傳輸過(guò)程中如有熱量損失，蒸汽中便有液滴或液霧形成，俗稱(chēng)溫蒸汽（其質(zhì)量一般用干度這一參數來(lái)表示，干度是指單位體積飽和蒸汽中干蒸汽所占的百分數）。這時(shí)它已不屬于嚴格意義上的氣體，其密度也發(fā)生了很大變化。所以，不同狀態(tài)下不能用同一氣體狀態(tài)方程來(lái)描述。
在日常的流量測量中，大家往往只重視差壓信號的準確與否，并常常使用高精度的差壓變送器，而忽略了密度在測量中的重要地位。其實(shí)這個(gè)問(wèn)題只要看一看節流裝置流量方程就非常清楚了，流量方程為：
qm=k(2△p·p)1/2
式中
qm-質(zhì)量流量，kg/s
C-流出系數；
ε-可膨脹性系數；
β-直徑比，d/D；
d-工作條件下節流件的孔徑，m；
D-工作條件下上游管道內徑，m；
△P-差壓，Pa；
P-流體密度，kg/m3。
從上式中我們可以看出差壓與密度在測量中是處于同等地位的。然而在實(shí)際使用中由于忽視了密度對流量測量的影響，因此往往不重視對密度的認真研究和分析。
我們知道：對氣體流量的測量，如果沒(méi)有溫壓補償，測量結果是不準確的。因此無(wú)論是以前的電III型儀表，還是近些年廣泛使用的智能儀表、DCS，乃至到去年我廠(chǎng)新安裝的多變量?jì)x表（HoneyWellSMV3000），都有不同的補償方式。為求得準確的氣體狀態(tài)方程，經(jīng)多年努力，仍沒(méi)有一個(gè)統一的氣體狀態(tài)方程，只有眾多的實(shí)際氣體狀態(tài)方程。而本文所討論的蒸汽就有專(zhuān)用的方程，主要是因為蒸汽在工作過(guò)程中有物質(zhì)狀態(tài)的變化，與理想的氣體的性質(zhì)有很大的差別，它的物體參數比理想氣體要復雜，不能用簡(jiǎn)單的數學(xué)方程式表達出來(lái)。而實(shí)際生產(chǎn)中，蒸汽流量密度的計算，大多數采用的恰恰是簡(jiǎn)單的數學(xué)表達式。但由于使用測量的儀表不統一，僅智能流量二次表就有不同的型號，對密度的計算也各不相同，加上DCS，多變量等儀表的計算方式也不盡相同，造成密度計算的不準確，因此對蒸汽流量測量的影響不亞于用一臺精度差的差壓變送器帶來(lái)的誤差。
2.4 相關(guān)系數的影響
流出系數C的定義是：通過(guò)節流裝置的實(shí)際流量與理論流量之比，將這個(gè)比值應用到理論方程中，以獲得實(shí)際的流量。在一定的安裝條件下給定的節流裝置，C值僅與雷諾數有關(guān)。
在節流裝置計算書(shū)中，根據提供的工藝條件計算出的C值是一個(gè)固定值，在DCS或智能二次表中都將流出系數C作為固定值參與流量計算，而實(shí)際上流出系數C只有雷諾數在規定的范圍內才可視為常數，實(shí)際使用時(shí)當雷諾數不在這個(gè)范圍時(shí)，流出系數C就不能視為常數。特別是當小流量時(shí)，隨著(zhù)雷諾數變小，流出系數C將較大的變化，流出系數C與雷諾數Re的變化關(guān)系如下圖2：
雷諾數Re
圖2流出系數C與雷諾數Re的變化關(guān)系圖
從圖2中可以看出：只有雷諾數Re≥104時(shí)，流出系數C才可以為是一個(gè)常數。據有關(guān)資料介紹，當Re=103時(shí)（β=0.6），附加誤差可達-19%，而當Re=250時(shí)附加誤差增加到-26%。在實(shí)際測量中，由于流量變化而使雷諾數小于界限值的情況時(shí)有發(fā)生。我廠(chǎng)熱電車(chē)間某蒸汽流量，最小可達1t/h，而最大時(shí)可達28T/h，實(shí)際量程比達到了28:1。在低限流量時(shí)流出系數將變化很大，如果不進(jìn)行修正，仍按計算書(shū)的C值來(lái)計算流量，會(huì )帶來(lái)較大的誤差。在我廠(chǎng)大部分DCS和二次儀表中，都沒(méi)有對流出系數C的修正功能，由此可見(jiàn)流出系數對測量系統的影響是普遍存在的。
實(shí)際上，孔板從安裝使用第一天開(kāi)始，嚴格上講，它的入口銳邊就開(kāi)始經(jīng)歷由尖銳到平鈍的一個(gè)變化過(guò)程，只不過(guò)這種變化極為緩慢人們不易察覺(jué)，或者說(shuō)對儀表準確度的影響是一個(gè)從小到大的緩慢過(guò)程，常常不會(huì )被人注意。如果被測介質(zhì)是高流速的流體，影響可能會(huì )更為顯著(zhù)。根據某專(zhuān)業(yè)雜志報道，在流體高速臟污的場(chǎng)合，流出系數C變化百分之十幾也不足為奇，而我廠(chǎng)使用的孔板最長(cháng)達上10年，短的也用了3、4年時(shí)間，因此流出系數C問(wèn)題帶來(lái)的測量誤差是可想而知的。
2.5 儀表量程設置
在全廠(chǎng)計量?jì)x表完善項目施工中，我逐漸發(fā)現，有部分車(chē)間的選用的儀表量程過(guò)大，使儀表經(jīng)常工作在量程的50%甚至20%以下，這樣就造成了相對誤差變大后果。我們都知道，一般儀表的準確度等級都用引用誤差表示的，其實(shí)引用誤差是一種簡(jiǎn)化的相對誤差。若儀表的準確度等級為0.2、0.5或1.0級，所標明的是儀表的引用誤差不能超過(guò)的界限，也就是說(shuō)合格儀表最大引用誤差不會(huì )超過(guò)0.2%、0.5%、1.0%，而不能認為它的各刻度點(diǎn)上的示值都具有0.2%、0.5%、1.0%，的準確度。
設一臺儀表的準確度為S%，量程為0～Xn，測量點(diǎn)為X，相對誤差應按下式求得：
相對誤差≤Xn/X×S%。
如果這臺儀表的量程是0～150，準確度是0.5，用上式計算測量點(diǎn)75、50、30、15的相對誤差分別為：1.0%、0.5%、2.5%、和5.0%。由此可見(jiàn)，當測量值越接近滿(mǎn)度值，其準確度越高。這就是我們在選用儀表量程時(shí)，盡可能在儀表的上限值處鄰近或2/3量程以上的原因。
3 、解決的方法
3.1 節流元件改用標準噴嘴
對于大多數節流件孔板入口磨損及臟污等問(wèn)題，我們應該選用標準噴嘴。由于噴嘴入口是一個(gè)光滑的曲面，它的抗磨損、抗積污、抗變形程度遠好于孔板，流出系數穩定性也比孔板好，在相同流量和相同β值條件下，阻力損失也比孔板小的多（只有孔板的30%～50%），而且它的檢定周期為4年，大大減少了維護費用。
3.2 節流裝置整套加工
對于測量管的影響問(wèn)題，應該采取指定專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家，統一加工節流件，統一加工法蘭、直管段，統一開(kāi)壓力溫度取樣點(diǎn)，統一加工冷凝罐，統一整體組裝。這次全廠(chǎng)計量?jì)x表完善項目中，有許多節流裝置就采用了這種辦法進(jìn)行定貨，雖然造成了費用高了一些，但是由于測量準確度的提高，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益遠遠大于多花的費用的。
3.3 采用正確公式計算密度
關(guān)于密度的計算，針對計算公式不統一的問(wèn)題，我們這次全廠(chǎng)計量?jì)x表完善項目中，統一采用了美國HoneyWell公司的SMV3000系列多變量?jì)x表，而且蒸汽的測量信號（差壓、壓力、溫度）先進(jìn)入SMV3000儀表進(jìn)行運算，計算后的流量信號再根據需要送至DCS或全廠(chǎng)計量?jì)x表系統進(jìn)行顯示，累積。
3.4 量程選用盡量合理
關(guān)于量程選用的問(wèn)題，根據生產(chǎn)的實(shí)際情況，在滿(mǎn)足工藝要求的前提條件下，盡量使儀表工作在滿(mǎn)量程的2/3以上。但因有些生產(chǎn)工藝的特殊性，在低流量下運行的情況還是存在的。
4 、效果評價(jià)
全廠(chǎng)蒸汽流量?jì)x表在改造以前，熱電車(chē)間與工藝車(chē)間的蒸汽計量誤差在10%～20%之間，改造后，經(jīng)過(guò)儀表專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的努力，蒸汽計量誤差已經(jīng)小于6%，效果還是比較理想的。
由于目前使用流量?jì)x表測量蒸汽流量，由于被測介質(zhì)的特殊性，對于相流經(jīng)常變化的蒸汽，肯定會(huì )存在測量不準確的情況，而解決這一問(wèn)題的根本辦法是開(kāi)發(fā)一種可測兩相流動(dòng)介質(zhì)的流量?jì)x表。我相信，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，提高測量水平的呼聲越來(lái)越高，因此針對生產(chǎn)實(shí)際情況，做一些細致的技術(shù)工作，一定會(huì )探索出一條蒸汽流量測量的成功之路。