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蒸汽严重带水对涡街流量计的影响
发布时间:2016-03-28   点击次数:1897次

1 概述

   涡街流量计在蒸汽流量测量中扮演着重要角色,尤其是在管径不是特别大,温度不是特别高的中低压蒸汽的流量测量中,更是有“半壁江山”之誉。

    干蒸汽在长距离输送过程中,会因热量损失而出现部分凝结,导致蒸汽干度降低,变成湿蒸汽。

    目前使用的流量计都是在单相流动状态下评定其测量性能,现在还没有以单相流标定的流量计用来测量两相流时系统变化的评定标准。但是,两相流是客观存在的,它对流量测量的影响也是无法避免的,尽管困难较多,人们还是在想方设法研究其对流量测量影响的机理,并采取相应的对策,提高流量测量精度。

    2 蒸汽严重带水对涡街流量计测量结果的影响

    人们用干度X来描述湿蒸汽中气相与湿蒸汽总量的质量比,也用湿度Y来定义湿蒸汽中水滴与湿蒸汽总量的质量比。

    当x=时,y=0,这时的蒸汽为干蒸汽。当x<时,y>0,这时的蒸汽为湿蒸汽。湿蒸汽中的水滴是液相,而湿蒸汽的干部分是气相,显然,湿蒸汽属两相流体。

    2.1 X≥95%时的情况研究人员的研究结果认为,蒸汽干度较高(X≥95%)时,流体表现为均相流动,蒸汽中的小水滴悬浮在气相中,这时,涡街流量计能正常工作。

    2.2 X<95%时蒸汽的干度在小于95%后若进一步降低,除了悬浮在气相中的约5%(质量比)的水滴外,过量的水滴,在蒸汽中的分布将失去均匀性,它们在圆形截面管道中的流动状况更加复杂。

    2.1.1 在水平管道中的流动:水平管中气液两相流动结构同气液两相体积比及流动速度有关,在蒸汽管道中,由于凝结水在湿蒸汽中的体积比毕竟很小,所以常表现为分层流动结构如图1(a)所示,这使得从水平管道底部引出的疏水管,能收到很好的疏水效果。

    当流速特别高的时候,也会表现为环状流动,即管壁上有液膜,管道中心部分为带液滴的气核,由于水平流动时重力的影响作用,下部液膜要比上部管壁的厚,如图1(b)所示。

    2.2.2 在垂直上升管道中的流动:实验研究证明(2),在垂直上升管道中,气液两相流动的基本结构有细泡状流动结构、弹状流动结构、块状流动结构、带纤维的环状流动结构和环状流动结构。但是由于凝结水在湿蒸汽中的体积比较小,所以过量的水在上升管道中的流动常表现为环状流结构,如图2(b)所示,但当带水量特别大的情况下,也会表现为带纤维的环状流动结构,如图2(a)所示。其中,纤维状流体其实是连成条的凝结水。

    (a)带纤维的环状流动结构(b)环状流动结构

    2.2.3 在垂直下降管道中的流动:在垂直下降管道中,气液两相流动的结构与作垂直上升流动时的结构很相似,但有不同,不仅流动方向相反,而且在平均流速相同的情况下,垂直下降管道中液体的流速比垂直上升管道中液体的流速快得多。

    这种环状流动结构,人们在凝结水疏水现场很容易得到证实。

    凝结水疏水器一般均并联安装一只旁通阀,疏水器的出口往往配有一段垂直向下的短管,如果将疏水器关闭,改用走旁通疏水,则会观察到气液混合物从垂直管道口中流出的表现,液体有明显的附壁现象,但同时,气体从管中央喷出时,也夹带有一些液滴。

    2.2.4 流动结构分析的复杂性:上面只是粗略地分析带水的蒸汽在管道中流动时的表象,而且知道不同的流动结构同流体的流速和带水量有关。而要进一步弄清楚这方面的数量关系却是困难的。因为到目前为止,人们在这方面做的实验研究还很少,而它们之间的关系又是极其复杂。

    但是,这些粗略的分析对涡街流量计的一个特有的现象——漏脉冲,能提供一定的帮助。

    (a)带纤维的环状流动结构(b)环状流动结构
 

    3 涡街流量计的“漏脉冲”现象

    人们很早就发现蒸汽带水较多时,涡街流量计会出现“漏脉冲”现象,即在蒸汽流速平稳的情况下,涡街流量计应有与流速成正比的稳定的脉冲输出。但是有时却发现仪表的输出脉冲却莫明其妙地少了,从记录到的输出脉冲在二维坐标上的分布情况也能清楚看出,应当近似均匀分布的脉冲却在某一处少一个脉冲,严重的时候,是少了很多脉冲,zui严重的时候是完全没有脉冲。这可能同分布不均匀的体积较大的液滴撞击在旋涡发生体上,抑制了涡列的形成有关。

    有关这方面的实验研究,尚未见到文献报道,但是人们在使用现场已碰到不少,而且,处理这一问题的方法,人们也早已在应用。

    3.1 关于“漏脉冲”现象的实例之一

    上海的一家药业公司组建全厂蒸汽计量网的项目中,碰到了一个令人费解的故障,这个故障发生在一个测量过热蒸汽流量的系统中,这个系统的管道连接如图4所示。

    该工厂的锅炉房除了向全厂供应中压过热蒸汽外,还经减温减压系统向全厂供应0.4MPa(g)、160℃低压过热蒸汽。FIQ303就是对这路蒸汽进行计量的仪表。

    该套仪表与其他多台分表组成的低压蒸汽计量网,在投运后的半年内,一直运行正常,总表示值与各分表之和也基本相符。这一情况在年度停车大检修之后发生了变化,原来进出平衡的计量数据出现了负的管损,该厂能源科根据低压蒸汽网的数据平衡关系和锅炉的能量平衡关系作出了FIQ303指示偏低的判断。

    在检查了各台仪表之后,发现各台仪表均正常。于是请涡街流量计制造厂上门服务,经检查发现这台DN350的涡街流量计有“漏脉冲”现象存在,在正常的流量范围内,记录到数次如图5所示的输出波形。

    根据制造厂的经验,这种情况的存在可能是蒸汽带水引起。

    能源科工程师否定涡街流量计安装处蒸汽带水的可能性,理由是减温减压系统都有自动调节来保证其运行参数,于是一时没有结论。又过一个星期,事态有了进一步的发展。从FC6000型流量演算器中的海量存储器查阅到的历史数据表明,该路流量示值逐渐减小,甚至有时减小到零,而这时,全厂生产照常进行,蒸汽一点不少用。

    进一步的检查焦点主要集中在蒸汽是否带水方面。能源科主要强调减温减压系统出口处的温度压力参数。经查,减温器出口温度压力显示正确。但是根据FC6000型仪表显示的温度压力数据分析,涡街流量计安装处的蒸汽的确已进入饱和状态,于是要求打开疏水器验证。能源科人员坚持认为疏水器不可能排出水,但为了说服仪表人员,还是同意打开疏水器的切断阀(图4中的V2)试一试。

    疏水阀打开后,大量凝结水喷出,二十分钟也未排光,于是真相大白。

    至于大量凝结水是从哪里来的,我们随即进行了调查。经查在减温器出口到流量计之间只有一根装有阀V1的管道与外界相通,能源科人员解释,这根管道里有水,大检修之后,V1阀可能有泄漏,导致冷水入侵。

    这一事情的zui后处理方法是在穿越马路前的管道zui低处,增设一个疏水器,从而使流量计恢复正常测量。

    3.2 关于“漏脉冲”现象的实例之二

    上海某热力公司新增一个热源厂,该厂生产的是饱和蒸汽,锅炉投运后对一个远在2公里处的用户供汽。其管网如图6所示。

    热力公司怀疑流量计不准,因为锅炉房出口的流量计FIQ01稳定显示2.5t/h左右的流量,而用户端流量计FIQ02显示时有时无,流量zui大时也只有0.75t/h。

    据了解,热力公司为了减少热量损失,将沿途的31只疏水器全部关掉,显然流经FIQ02仪表处的蒸汽中含有大量凝结水。后将靠近用户表计处的几只疏水器打开,排掉管道中的凝结水,这样做了之后,流量计1t/h,至于该示值同FIQ01显示的2。5t/h之间的差值,应该是2公里长的管道热损耗引起的,热力公司接受了这一结论。

    4 对策

    4.1 X≤95%情况下的对策

    上面所述X>95%情况下的补偿,如果不做,仅仅是悬浮在蒸汽中的均匀分布的小水滴计不出,但是,在X<95%的情况下,如果不采取任何措施,测量结果就有可能大幅度偏低,甚至没有输出。

    在X<95%的情况下,采取措施的目的是使流量计实现正常测量。采取的措施是在流量计前充分疏水。

    疏水是否充分的标志是蒸汽管中是否排得出凝结水。如图7所示的配置中,疏水器如果只有极少有水排出,则表明流经涡街流量计的蒸汽中已经不存在或基本不存在分层流动的水。


 

    4.2 疏水点的合理布置

    疏水点的合理布置对充分疏水有关键性的作用。在图8(a)所示的实例中,凝结水的捕捉口太细,与蒸汽一起高速流动的凝结水,可能会有一部分不被捕捉口所收集,而流到下游。

    5 结束语

    (1)湿蒸汽就属性而言是两相流体,但在湿度不高的情况下,可将其当作单相流体并用一般的流量计进行测量。

    (2)蒸汽严重带水,将使涡街流量计出现“漏脉冲”现象,更严重时,涡街流量计会完全没有脉冲输出。

    (3)对于蒸汽严重带水影响涡街流量计正常测量的情况,常用的处理方法是在涡街流量计上游的适当位置充分疏水。

    合理布置疏水器,使湿蒸汽的干度尽量提高,能保证涡街流量计正常测量。

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