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蒸汽嚴(yán)重帶水對(duì)渦街流量計(jì)的影響
1.概述
渦街流量計(jì)在蒸汽流量測(cè)量中扮演著重要角色,尤其是在管徑不是特別大,溫度不是特別高的中低壓蒸汽的流量測(cè)量中,更是有“半壁江山”之譽(yù)。干蒸汽在長(zhǎng)距離輸送過程中,會(huì)因熱量損失而出現(xiàn)部分凝結(jié),導(dǎo)致蒸汽干度降低,變成濕蒸汽。
目前使用的流量計(jì)都是在單相流動(dòng)狀態(tài)下評(píng)定其測(cè)量性能,現(xiàn)在還沒有以單相流標(biāo)定的流量計(jì)用來測(cè)量?jī)上嗔鲿r(shí)系統(tǒng)變化的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。但是,兩相流是客觀存在的,它對(duì)流量測(cè)量的影響也是無法避免的,盡管困難較多,人們還是在想方設(shè)法研究其對(duì)流量測(cè)量影響的機(jī)理,并采取相應(yīng)的對(duì)策,提高流量測(cè)量精度。
 
2.蒸汽嚴(yán)重帶水對(duì)渦街流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響
人們用干度X來描述濕蒸汽中氣相與濕蒸汽總量的質(zhì)量比,也用濕度Y來定義濕蒸汽中水滴與濕蒸汽總量的質(zhì)量比。
當(dāng)x=****時(shí),y=0,這時(shí)的蒸汽為干蒸汽。當(dāng)x<****時(shí),y>0,這時(shí)的蒸汽為濕蒸汽。濕蒸汽中的水滴是液相,而濕蒸汽的干部分是氣相,顯然,濕蒸汽屬兩相流體。
2.1 X≥95%時(shí)的情況研究人員的研究結(jié)果認(rèn)為,蒸汽干度較高(X≥95%)時(shí),流體表現(xiàn)為均相流動(dòng),蒸汽中的小水滴懸浮在氣相中,這時(shí),渦街流量計(jì)能正常工作。
2.2 X<95%時(shí)蒸汽的干度在小于95%后若進(jìn)一步降低,除了懸浮在氣相中的約5%(質(zhì)量比)的水滴外,過量的水滴,在蒸汽中的分布將失去均勻性,它們?cè)趫A形截面管道中的流動(dòng)狀況更加復(fù)雜。
2.1.1在水平管道中的流動(dòng):水平管中氣液兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)同氣液兩相體積比及流動(dòng)速度有關(guān),在蒸汽管道中,由于凝結(jié)水在濕蒸汽中的體積比畢竟很小,所以常表現(xiàn)為分層流動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示,這使得從水平管道底部引出的疏水管,能收到很好的疏水效果。
當(dāng)流速特別高的時(shí)候,也會(huì)表現(xiàn)為環(huán)狀流動(dòng),即管壁上有液膜,管道中心部分為帶液滴的氣核,由于水平流動(dòng)時(shí)重力的影響作用,下部液膜要比上部管壁的厚,如圖1(b)所示。
2.2.2在垂直上升管道中的流動(dòng):實(shí)驗(yàn)研究證明,在垂直上升管道中,氣液兩相流動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)有細(xì)泡狀流動(dòng)結(jié)構(gòu)、彈狀流動(dòng)結(jié)構(gòu)、塊狀流動(dòng)結(jié)構(gòu)、帶纖維的環(huán)狀流動(dòng)結(jié)構(gòu)和環(huán)狀流動(dòng)結(jié)構(gòu)。但是由于凝結(jié)水在濕蒸汽中的體積比較小,所以過量的水在上升管道中的流動(dòng)常表現(xiàn)為環(huán)狀流結(jié)構(gòu),如圖2(b)所示,但當(dāng)帶水量特別大的情況下,也會(huì)表現(xiàn)為帶纖維的環(huán)狀流動(dòng)結(jié)構(gòu),如圖2(a)所示。其中,纖維狀流體其實(shí)是連成條的凝結(jié)水。
2.2.3在垂直下降管道中的流動(dòng):在垂直下降管道中,氣液兩相流動(dòng)的結(jié)構(gòu)與作垂直上升流動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)很相似,但有不同,不僅流動(dòng)方向相反,而且在平均流速相同的情況下,垂直下降管道中液體的流速比垂直上升管道中液體的流速快得多。這種環(huán)狀流動(dòng)結(jié)構(gòu),人們?cè)谀Y(jié)水疏水現(xiàn)場(chǎng)很容易得到證實(shí)。凝結(jié)水疏水器一般均并聯(lián)安裝一只旁通閥,疏水器的出口往往配有一段垂直向下的短管,如果將疏水器關(guān)閉,改用走旁通疏水,則會(huì)觀察到氣液混合物從垂直管道口中流出的表現(xiàn),液體有明顯的附壁現(xiàn)象,但同時(shí),氣體從管中央噴出時(shí),也夾帶有一些液滴。
2.2.4流動(dòng)結(jié)構(gòu)分析的復(fù)雜性:上面只是粗略地分析帶水的蒸汽在管道中流動(dòng)時(shí)的表象,而且知道不同的流動(dòng)結(jié)構(gòu)同流體的流速和帶水量有關(guān)。而要進(jìn)一步弄清楚這方面的數(shù)量關(guān)系卻是困難的。因?yàn)榈侥壳盀橹?,人們?cè)谶@方面做的實(shí)驗(yàn)研究還很少,而它們之間的關(guān)系又是極其復(fù)雜。但是,這些粗略的分析對(duì)渦街流量計(jì)的一個(gè)特有的現(xiàn)象-漏脈沖,能提供一定的幫助。
 
3.渦街流量計(jì)的“漏脈沖”現(xiàn)象
人們很早就發(fā)現(xiàn)蒸汽帶水較多時(shí),渦街流量計(jì)會(huì)出現(xiàn)“漏脈沖”現(xiàn)象,即在蒸汽流速平穩(wěn)的情況下,渦街流量計(jì)應(yīng)有與流速成正比的穩(wěn)定的脈沖輸出。但是有時(shí)卻發(fā)現(xiàn)儀表的輸出脈沖卻莫明其妙地少了,從記錄到的輸出脈沖在二維坐標(biāo)上的分布情況也能清楚看出,應(yīng)當(dāng)近似均勻分布的脈沖卻在某一處少一個(gè)脈沖,嚴(yán)重的時(shí)候,是少了很多脈沖,*嚴(yán)重的時(shí)候是完全沒有脈沖。這可能同分布不均勻的體積較大的液滴撞擊在旋渦發(fā)生體上,抑制了渦列的形成有關(guān)。
有關(guān)這方面的實(shí)驗(yàn)研究,尚未見到文獻(xiàn)報(bào)道,但是人們?cè)谑褂矛F(xiàn)場(chǎng)已碰到不少,而且,處理這一問題的方法,人們也早已在應(yīng)用。
3.1關(guān)于“漏脈沖”現(xiàn)象的實(shí)例之一
上海的一家藥業(yè)公司組建全廠蒸汽計(jì)量網(wǎng)的項(xiàng)目中,碰到了一個(gè)令人費(fèi)解的故障,這個(gè)故障發(fā)生在一個(gè)測(cè)量過熱蒸汽流量的系統(tǒng)中,這個(gè)系統(tǒng)的管道連接如圖4所示。
該工廠的鍋爐房除了向全廠供應(yīng)中壓過熱蒸汽外,還經(jīng)減溫減壓系統(tǒng)向全廠供應(yīng)0.4MPa(g)、160℃低壓過熱蒸汽。FIQ303就是對(duì)這路蒸汽進(jìn)行計(jì)量的儀表。
該套儀表與其他多臺(tái)分表組成的低壓蒸汽計(jì)量網(wǎng),在投運(yùn)后的半年內(nèi),一直運(yùn)行正常,總表示值與各分表之和也基本相符。這一情況在年度停車大檢修之后發(fā)生了變化,原來進(jìn)出平衡的計(jì)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)了負(fù)的管損,該廠能源科根據(jù)低壓蒸汽網(wǎng)的數(shù)據(jù)平衡關(guān)系和鍋爐的能量平衡關(guān)系作出了FQ303指示偏低的判斷。
在檢查了各臺(tái)儀表之后,發(fā)現(xiàn)各臺(tái)儀表均正常。于是請(qǐng)渦街流量計(jì)制造廠上門服務(wù),經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)這臺(tái)DN350的渦街流量計(jì)有“漏脈沖”現(xiàn)象存在,在正常的流量范圍內(nèi),記錄到數(shù)次如圖5所示的輸出波形。
根據(jù)制造廠的經(jīng)驗(yàn),這種情況的存在可能是蒸汽帶水引起。
能源科工程師否定渦街流量計(jì)安裝處蒸汽帶水的可能性,理由是減溫減壓系統(tǒng)都有自動(dòng)調(diào)節(jié)來保證其運(yùn)行參數(shù),于是一時(shí)沒有結(jié)論。又過一個(gè)星期,事態(tài)有了進(jìn)一步的發(fā)展。從FC6000型流量演算器中的海量存儲(chǔ)器查閱到的歷史數(shù)據(jù)表明,該路流量示值逐漸減小,甚至有時(shí)減小到零,而這時(shí),全廠生產(chǎn)照常進(jìn)行,蒸汽一點(diǎn)不少用。
進(jìn)一步的檢查焦點(diǎn)主要集中在蒸汽是否帶水方面。能源科主要強(qiáng)調(diào)減溫減壓系統(tǒng)出口處的溫度壓力參數(shù)。經(jīng)查,減溫器出口溫度壓力顯示正確。但是根據(jù)FC6000型儀表顯示的溫度壓力數(shù)據(jù)分析,渦街流量計(jì)安裝處的蒸汽的確已進(jìn)入飽和狀態(tài),于是要求打開疏水器驗(yàn)證。能源科人員堅(jiān)持認(rèn)為疏水器不可能排出水,但為了說服儀表人員,還是同意打開疏水器的切斷閥(圖4中的V2)試一試。疏水閥打開后,大量凝結(jié)水噴出,二十分鐘也未排光,于是真相大白。
至于大量凝結(jié)水是從哪里來的,我們隨即進(jìn)行了調(diào)查。經(jīng)查在減溫器出口到流量計(jì)之間只有一根裝有閥V1的管道與外界相通,能源科人員解釋,這根管道里有水,大檢修之后,V1閥可能有泄漏,導(dǎo)致冷水入侵。這一事情的*后處理方法是在穿越馬路前的管道zui低處,增設(shè)一個(gè)疏水器,從而使流量計(jì)恢復(fù)正常測(cè)量。
3.2關(guān)于“漏脈沖”現(xiàn)象的實(shí)例之二
上海某熱力公司新增一個(gè)熱源廠,該廠生產(chǎn)的是飽和蒸汽,鍋爐投運(yùn)后對(duì)一個(gè)遠(yuǎn)在2公里處的用戶供汽。其管網(wǎng)如圖6所示。熱力公司懷疑流量計(jì)不準(zhǔn),因?yàn)殄仩t房出口的流量計(jì)FIQ01穩(wěn)定顯示2.5t/h左右的流量,而用戶端流量計(jì)FIQ02顯示時(shí)有時(shí)無,流量*大時(shí)也只有0.75t/h。
據(jù)了解,熱力公司為了減少熱量損失,將沿途的31只疏水器全部關(guān)掉,顯然流經(jīng)FIQ02儀表處的蒸汽中含有大量凝結(jié)水。后將靠近用戶表計(jì)處的幾只疏水器打開,排掉管道中的凝結(jié)水,這樣做了之后,流量計(jì)1t/h,至于該示值同F(xiàn)IQ01顯示的2.5T/h之間的差值,應(yīng)該是2公里長(zhǎng)的管道熱損耗引起的,熱力公司接受了這一結(jié)論。

 
4.對(duì)策
4.1X≤95%情況下的對(duì)策
上面所述X>95%情況下的補(bǔ)償,如果不做,僅僅是懸浮在蒸汽中的均勻分布的小水滴計(jì)不出,但是,在X<95%的情況下,如果不采取任何措施,測(cè)量結(jié)果就有可能大幅度偏低,甚至沒有輸出。在X<95%的情況下,采取措施的目的是使流量計(jì)實(shí)現(xiàn)正常測(cè)量。采取的措施是在流量計(jì)前充分疏水。
疏水是否充分的標(biāo)志是蒸汽管中是否排得出凝結(jié)水。如圖7所示的配置中,疏水器如果只有極少有水排出,測(cè)表明流經(jīng)渦街流量計(jì)的蒸汽中已經(jīng)不存在或基本不存在分層流動(dòng)的水。
4.2疏水點(diǎn)的合理布置
疏水點(diǎn)的合理布置對(duì)充分疏水有關(guān)鍵性的作用。在圖8(a)所示的實(shí)例中,凝結(jié)水的捕捉口太細(xì),與蒸汽一起高速流動(dòng)的凝結(jié)水,可能會(huì)有一部分不被捕捉口所收集,而流到下游。
 
5.結(jié)束語
(1)濕蒸汽就屬性而言是兩相流體,但在濕度不高的情況下,可將其當(dāng)作單相流體并用一般的流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
(2)蒸汽嚴(yán)重帶水,將使渦街流量計(jì)出現(xiàn)“漏脈沖”現(xiàn)象,更嚴(yán)重時(shí),渦街流量計(jì)會(huì)完全沒有脈沖輸出。
(3)對(duì)于蒸汽嚴(yán)重帶水影響渦街流量計(jì)正常測(cè)量的情況,常用的處理方法是在渦街流量計(jì)上游的適當(dāng)位置充分疏水。
合理布置疏水器,使?jié)裾羝母啥缺M量提高,能保證渦街流量計(jì)正常測(cè)量。
 

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