蒸汽流量的测量方法（十）

蒸汽相变对流量测量的影响

水蒸气顾名思义是气相，但在一定条件下会变成液相；饱和水蒸气中的水滴本是液相，但在一定条件会被蒸发变成气相。这是蒸汽质量流量测量中常常碰到的汽水相变。
在推导式质量流量计中，关键环节是蒸汽密度的求取，蒸汽相变发生后，就使得通常由蒸汽温度压力求取其密度的关系发生变化，因此必须认真对待。
(1)气相变液相
过热蒸汽在经过长距离输送后，往往会因为热量损失、温度降低，使其从过热状态进入饱和状态，甚至部分蒸汽冷凝出现相变而变成水滴。这些水滴对流量测量结果究竟有多大影响，下面举例说明。
有一常用压力为1.0MPa的过热蒸汽，其流量为qm，假设经长距离输送后有10%qm冷凝成水滴，令其为qml，而保持气态的部分为qms，从定义知，此时湿蒸汽的干度为

由于采用温压补偿，所以按照临界饱和状态查表，得到此时的蒸汽(干部分)密度为 ρs=5.6808kg/m?，查水密度表知此时水滴的密度为ρl=882.47kg/m3，显然水滴与蒸汽干部分的体积流量为

在该例中，Rv=99.93%，由此可见，在湿蒸汽中，水滴所占的体积比可忽略不计。
①选用涡街流量计时湿度对测量结果的影响

涡街流量计的输出仅与流过测量管的流体流速成正比，在测量湿饱和蒸汽时，水滴对涡街流量计输出的影响可忽略，故可认为涡街流量计的输出完全是由湿蒸汽的干部分所引起。而干部分的密度，无论是压力补偿或温度补偿，都可较精确地查出。
蒸汽计量的结果往往作为供需双方经济结算的依据，如果双方约定按蒸汽干部分结算费用，冷凝水不收费，则在本例中相变对测量的影响微不足道，可以忽略。如果冷凝水也按照蒸汽一样收费，则涡街流量计的计量结果偏低值为1-X。
②选用孔板流量计时湿度对测量结果的影响
从GB/T2624-2006标准知，孔板流量计测量蒸汽质量流量时有式(3.1)。
当过热蒸汽热量损失而脱离过热状态后，只可能出现两种情况。一种是进入临界饱和状态，另一种是进入过饱和状态。如果进入临界饱和状态，从理论上讲，流量计不会因此而增大误差，因为在式(3.1)中，根据蒸汽压力查出的ρ1与实际密度是相符的。如果进入过饱和状态，情况就复杂了。
一般认为，蒸汽干度较高(X≥95%)时流体表现为均相流动。温压补偿可按通常方法进行；但出现一定误差。在式(3.1) 中，ρ1是实际流体湿饱和蒸汽的密度，其值比临界饱和状态的大，而且干度越低密度越大。而人们根据压力查出的是临界饱和状态的密度，比实际密度小，所以质量流量计算结果出现负误差。在湿度不进行测量的情况下，X是未知数，因此，测量结果偏低多少是个未知数。
在蒸汽干度较低(X≤95%)时，管道中的流体出现分层流动，产生误差更大。
(2)湿饱和蒸汽变成过热蒸汽
湿饱和蒸汽变成过热蒸汽，一般发生在湿饱和蒸汽突然较大幅度减压，流体出现绝热膨胀时。
①相变过程
湿饱和蒸汽中的蒸汽和水滴，处于气液相平衡状态，在压力突然降低而低于平衡压力时，水滴部分蒸发，同时从液相和气相中吸收汽化热，使气液相温度降低。如果温度降低得不多或蒸发前湿度较高，都会使温度迅速降低到与新的压力所对应的饱和温度，建立新的平衡。这时蒸汽仍为湿饱和蒸汽。如果压力降低得很多或蒸发前湿度较低，则因水滴蒸发而使温度降低后仍高于新的压力所对应的饱和温度，则蒸汽变为过热状态。
② 蒸发对流量测量的影响
a.上述蒸发发生后得到的两种结果，前一种对补偿无影响，仅仅是蒸汽中的干部分增加，干度相应增大。
b.如果蒸发发生后，蒸汽变为过热状态，而流量计又恰巧安装在减压之后的管道上。这时对流量计的影响分以下三种情况。
设计时已经考虑到蒸汽变为过热状态，或处于何种状态难以确定，或有时是过热状态有时是饱和状态，所以采用温压补偿，则上述相变对测量结果无影响。
设计时按饱和蒸汽考虑，而且采用压力补偿，则上述相变将带来较小的误差，即过热蒸汽温度同饱和温度之差所对应的密度差造成的补偿误差。
设计时按饱和蒸汽考虑，但采用温度补偿，则将过热蒸汽温度当作饱和温度去查密度表。一般会引起较大的误差。
③ 举例。有一化工厂，锅炉房供饱和蒸汽，并根据各用户中蒸汽压力要求值最高的一个决定锅炉供汽压力为1.0MPa，多数用户在蒸汽总管进装置时先经减压阀减压。现从图3.13 所示的一个实例着手进行分析。
用作进入装置蒸汽计量的涡街流量计安装在减压(稳压)阀之后。原设计按饱和蒸汽考虑，采用温度补偿。经减压，蒸汽总管带入的水滴蒸发完后汽温仍高于饱和温度，呈过热状态，现场采集到的数据如图所示。

  这时流量二次表按照所测量的温度tz=162.4℃查饱和蒸汽密度表，得ρ2=3.4528kg/m3，而按照tz 和pz两个测量值查过热蒸汽密度表，得密度ρ2=2.6897kg/m3,所以质量流量计算结果出现28.37%的误差，即

在本例中如果采用压力补偿，则根据p2=0.42MPa的信号查饱和蒸汽密度表，应得到ρ=2.7761kg/m?，则补偿误差为

④解决办法
a.将总蒸汽流量计安装在减压阀之前。由于上述蒸汽未经减压时，确属饱和蒸汽，所以，将流量计安装在减压阀之前，按饱和蒸汽补偿方法处理，可保证测量精确度。
b.如果流量计只能安装在减压阀后面，则可增装一台压力变送器，进行温压补偿。