蒸汽帶水對渦街流量計的影響

蒸汽帶水對渦街流量計的影響

這里所說的影響，主要是指對測量度的影響。從3.1節的分析可知，干蒸汽在長距 離輸送過程中，會因熱量損失而出現部分凝結，導致蒸汽干度降低，變成濕蒸汽。

沒有過熱器的鍋爐，則在鍋爐出口的蒸汽中就帶有少量的水。

人們用干度X來描述濕蒸汽中氣相與濕蒸汽總量的質量比，也用濕度Y來定義濕蒸汽 中水滴與濕蒸汽總量的質量比。 .

當x=100%，：y=0時，蒸汽為干蒸汽；當工<100%，y>0時，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。

目前使用的流量計都是在單相流動狀態下評定其測量性能，還沒有以單相流標定的流量 計用來測量兩相流時系統變化的評定標準。但是，兩相流是客觀存在的，它對流量測量的影 響也是無法避免的。

1.1蒸汽濕度對渦街流量計測量結果的影響

蒸汽的濕度時，蒸汽的形態雖然屬于兩相流，但因其所夾帶的微小水滴數量不 多，所以能均勻地懸浮在氣相中，與大霧天小水滴懸浮在空氣中的情況相似。這時的水滴均 勻分布在汽相中，不對渦街流量計的正常工作構成威脅，儀表仍能輸出與體積流量成正比的 脈"沖信號，只是由于水滴在濕蒸汽中所占的體積比可忽略不計，故可認為渦街流量計的輸出 *由濕蒸汽的干部分所引起，所以，此輸出中漏計了濕蒸汽的液相部分。如果測量目的為 濕蒸汽的質量流量，則測量結果偏低的數值與y相等。

1.2蒸汽嚴重帶水對渦街流量計測量結果的影響

蒸汽的干度在小于95%后若進一步降低，除了懸浮在氣相中的約5% (質量比）的水滴 夕卜，過量的水滴在蒸汽中的分布將失去均勻性，它們在圓形截面管道中的流動狀況更加 復雜。

(1) 在水平管道中的流動水平管中氣液兩相流動結構同氣液兩相體積比及流動速度 有關。在蒸汽管道中，由于凝結水在濕蒸汽中的體積比畢竟很小，所以常表現為分層流 動，其結構如圖3.91(c)所示，這使得從水平管道底部引出的疏水設施能收到很好的疏 水效果。

當流速特別高的時候，也會表現為環狀流動，即管壁上有液膜，管道中心部分為帶液滴 的氣核。由于水平流動時重力的影響，下部液膜要比上部管壁的厚，如圖3. 91(f)所示。

(2) 在垂直上升管道中的流動實驗研究證明[3]，在垂直上升管道中，氣液兩相流動 的基本結構有細泡狀流動結構、彈狀流動結構、塊狀流動結構、帶纖維的環狀流動結構和環 狀流動結構。但是由于凝結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 常表現為環狀流結構，如圖3.89(c)和（e)所示，但當帶水量特別大的情況下，也會表現 為帶纖維的環狀流動結構，如圖3.89(d)所示。其中，纖維狀流體其實是連成條的凝結水。

(3) _垂直下降管道中的流.動在垂直下降管道中，氣液兩相流動的結構與作垂直上升 流動時的結構很相似，如圖3. 90(e)和（f)所示，但有所不同，不僅流動方向相反，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。這種環狀流動結構，人們在凝結水疏水現場很容易得到證實。

凝結水疏水器一般均并聯安裝一只旁通閥，疏水器的出口往往配有一段垂直向下的短 管，如果將疏水器關閉，改用走旁通疏水，則會觀察到氣液混合物從垂直管道口中流出的表 現，液體有明顯的附壁現象，但同時，氣體從管中央噴出時也夾帶有一些液滴。

上面只是粗略地分析帶水的蒸汽在管道中流動時的表象，而且知道不同的流動結構同流 體的流速和帶水量有關，而要進一步弄清楚這方面的數量關系卻是困難的。但是，這些粗略 的分析對渦街流量計的一個*的現象——“漏脈沖”能提供一定的幫助。

1.3渦街流量計的“漏脈沖”現象[4]

人們很早就發現蒸汽帶水較多時，渦街流量計會出現“漏脈沖”現象。即在蒸汽流速# 穩的情況下，渦街流量計應有與流速成正比的穩定的脈沖輸出，但是有時卻發現儀表的輸出 脈沖莫名其妙地少了，從記錄到的輸出脈沖在二維坐標上的分布情況也能清楚看出，應當近 似均勻分布的脈沖卻在某一處少一個脈沖，嚴重的時候，是少了很多脈沖，zui嚴重的時候是 *沒有脈沖。這可能同分布不均勻的體積較大的液滴撞擊旋渦發生體上，抑制了渦列的形成有關。

①關于“漏脈沖”現象的實例之一上海某家藥業公司組建全廠蒸汽計量網的項目中， 碰到了一個令人費解的故障，這個故障發生在一個測量過熱蒸汽流量的系統中。這個系統的 管道連接如圖9. 4所示。

該工廠的鍋爐房除了向全廠供應中壓過熱蒸汽外，還經減溫減壓系統向全廠供應 0- 4MPa (g)、160°C低壓過熱蒸汽。FIQ303就是對這路蒸汽進行計量的儀表。

該套儀表與其他多臺分表組成的低壓蒸汽計量網，在投運后的半年內一直運行正常，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生了變化，原來進出平 衡的計量數據出現了負的管損，根據低壓蒸汽網的數據平衡關系和鍋爐的能量平衡關系作出了 FIQ303指示偏低的判斷。

在檢査了各臺儀表之后，發現各臺儀表均正常。于是請渦街流量計制造廠上門服務，經檢查發現這臺 DN350的渦街流量計有“漏脈沖”現象存在，在正常的流量范圍內，記錄到數次如圖9. 5所示的輸出波形。

根據制造廠的經驗，這種情況的存在可能是蒸汽帶 水引起的。

能源科工程師否定了渦街流量計安裝處蒸汽帶水的可能性，理由是減溫減壓系統都有自 動調節來保證其運行參數，于是一時沒有結論。又過一個星期，事態有了進一步的發展。從 FC 6000型流量演算器中的海量存儲器查閱到的歷史數據表明，該路流量示值逐漸減小，甚 至有時減小到零，而這時全廠生產照常進行，蒸汽一點不少用。

進一步的檢査焦點主要集中在蒸汽是否帶水方面。能源科主要強調減溫減壓系統出口處 的溫度、壓力參數。經查減溫器出口溫度、壓力顯示正確。但是根據FC 6000型儀表顯示的 溫度、壓力數據分析，渦街流量計安裝處的蒸汽的確已進人飽和狀態，于是要求打開疏水器 驗證。能源科人員堅持認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9.4中的V2)試一試。

疏水閥打開后，大量凝結水噴出，20min也未排光，于是真相大白？

經査在減溫器出口到流量計之間只有一根裝有閥V!的管道與外界相通，這根管道里有 水，大檢修之后，W閥可能有泄漏，導致冷水人侵。

這一事情的zui后處理方法是在穿越馬路前的管道zui低處增設一個疏水器，從而使流量計恢復正常測量。

②關于“漏脈沖”現象的實例之二上海某熱力公司新增一個熱源廠。該廠生產的是 飽和蒸汽，鍋爐投運后對一個遠在2km處的用戶供汽。其管網如圖9. 6所示。

熱力公司懷疑流量計不準，因為鍋爐房出口的流量計FIQ01穩定顯示2. 5t/h左右的流 量，而用戶端流量計F1Q02顯示時有時無，流量zui大時也只有0.75 t/h。

經了解熱力公司為了減少熱量損失，將沿途的31只疏水器全部關掉，顯然流經FIQ02 儀表處的蒸汽中含有大量凝結水。建議將靠近用戶表計處的幾只疏水器打開，排掉管道中的 凝結水。這樣做了之后，流量計示值在lt/h以下較穩定，至于該示值同F1Q01顯示的 2.5t/h之間的差值，應該是2km長的管道熱損耗引起的，熱力公司接受了這一結論。

③關于“漏脈沖”現象的實例之三某熱力公司有一個間歇用汽的用戶，其系統如圖 9. 7所示，白天用汽，夜間停用。熱力公司反映，該用戶的表計在每天上午開工后，在開始 的一段時間，如果閥門開得小，則顯示正常；閥門逐漸開大后，示值反而減小，直到熱管完 畢，儀表顯示才能恢復正常。

經現場察看，發現從蒸汽母管到用戶表計之間有一段長約百米的管道，用戶夜間停 止用汽后，管道內仍有蒸汽。由于管道散熱，一夜之間在管道底部積了很多凝結水，在 閥門開度小的時候，管道上方的蒸汽流經渦街流量計，表計顯示正常；閥門開度增大后， 管內流體流速增大，凝結水被帶走，流經渦街流量計時，導致嚴重的“漏脈沖”；但當管 道中的凝結水被全部帶到流量計的下游后，與旋渦發生體接觸的全部為蒸汽，儀表顯示 又恢復正常。