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(jié)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(xiàn)部分凝結(jié)，導(dǎo)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(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=100%，：y=0時，蒸汽為干蒸汽；當(dāng)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(tài)下評定其測量性能，還沒有以單相流標(biāo)定的流量 計用來測量兩相流時系統(tǒng)變化的評定標(biāo)準(zhǔn)。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(jié)果的影響

蒸汽的濕度時，蒸汽的形態(tài)雖然屬于兩相流，但因其所夾帶的微小水滴數(shù)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(gòu)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(rèn)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(zhì)量流量，則測量結(jié)果偏低的數(shù)值與y相等。

1.2蒸汽嚴(yán)重帶水對渦街流量計測量結(jié)果的影響

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 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(fù)雜。

(1) 在水平管道中的流動水平管中氣液兩相流動結(jié)構(gòu)同氣液兩相體積比及流動速度 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，其結(jié)構(gòu)如圖3.91(c)所示，這使得從水平管道底部引出的疏水設(shè)施能收到很好的疏 水效果。

當(dāng)流速特別高的時候，也會表現(xiàn)為環(huán)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(shí)驗(yàn)研究證明[3]，在垂直上升管道中，氣液兩相流動 的基本結(jié)構(gòu)有細(xì)泡狀流動結(jié)構(gòu)、彈狀流動結(jié)構(gòu)、塊狀流動結(jié)構(gòu)、帶纖維的環(huán)狀流動結(jié)構(gòu)和環(huán) 狀流動結(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 常表現(xiàn)為環(huán)狀流結(jié)構(gòu)，如圖3.89(c)和（e)所示，但當(dāng)帶水量特別大的情況下，也會表現(xiàn) 為帶纖維的環(huán)狀流動結(jié)構(gòu)，如圖3.89(d)所示。其中，纖維狀流體其實(shí)是連成條的凝結(jié)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(jié)構(gòu)與作垂直上升 流動時的結(jié)構(gòu)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(huán)狀流動結(jié)構(gòu)，人們在凝結(jié)水疏水現(xiàn)場很容易得到證實(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，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(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。但是，這些粗略 的分析對渦街流量計的一個*的現(xiàn)象——“漏脈沖”能提供一定的幫助。

1.3渦街流量計的“漏脈沖”現(xiàn)象[4]

人們很早就發(fā)現(xiàn)蒸汽帶水較多時，渦街流量計會出現(xiàn)“漏脈沖”現(xiàn)象。即在蒸汽流速# 穩(wěn)的情況下，渦街流量計應(yīng)有與流速成正比的穩(wěn)定的脈沖輸出，但是有時卻發(fā)現(xiàn)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(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脈沖，嚴(yán)重的時候，是少了很多脈沖，zui嚴(yán)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(fā)生體上，抑制了渦列的形成有關(guān)。

①關(guān)于“漏脈沖”現(xiàn)象的實(shí)例之一上海某家藥業(yè)公司組建全廠蒸汽計量網(wǎng)的項(xiàng)目中， 碰到了一個令人費(fèi)解的故障，這個故障發(fā)生在一個測量過熱蒸汽流量的系統(tǒng)中。這個系統(tǒng)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(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°C低壓過熱蒸汽。FIQ303就是對這路蒸汽進(jìn)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(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 衡的計量數(shù)據(jù)出現(xiàn)了負(fù)的管損，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 FIQ303指示偏低的判斷。

在檢査了各臺儀表之后，發(fā)現(xiàn)各臺儀表均正常。于是請渦街流量計制造廠上門服務(wù)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)這臺 DN350的渦街流量計有“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9. 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(tǒng)都有自 動調(diào)節(jié)來保證其運(yùn)行參數(shù)，于是一時沒有結(jié)論。又過一個星期，事態(tài)有了進(jìn)一步的發(fā)展。從 FC 6000型流量演算器中的海量存儲器查閱到的歷史數(shù)據(jù)表明，該路流量示值逐漸減小，甚 至有時減小到零，而這時全廠生產(chǎn)照常進(jìn)行，蒸汽一點(diǎn)不少用。

進(jìn)一步的檢査焦點(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)FC 6000型儀表顯示的 溫度、壓力數(shù)據(jù)分析，渦街流量計安裝處的蒸汽的確已進(jìn)人飽和狀態(tài)，于是要求打開疏水器 驗(yàn)證。能源科人員堅持認(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9.4中的V2)試一試。

疏水閥打開后，大量凝結(jié)水噴出，20min也未排光，于是真相大白？

經(jīng)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(dǎo)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(shè)一個疏水器，從而使流量計恢復(fù)正常測量。

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熱源廠。該廠生產(chǎn)的是 飽和蒸汽，鍋爐投運(yùn)后對一個遠(yuǎn)在2km處的用戶供汽。其管網(wǎng)如圖9. 6所示。

熱力公司懷疑流量計不準(zhǔn)，因?yàn)殄仩t房出口的流量計FIQ01穩(wěn)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(jīng)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。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(jié)水。這樣做了之后，流量計示值在lt/h以下較穩(wěn)定，至于該示值同F(xiàn)1Q01顯示的 2.5t/h之間的差值，應(yīng)該是2km長的管道熱損耗引起的，熱力公司接受了這一結(jié)論。

③關(guān)于“漏脈沖”現(xiàn)象的實(shí)例之三某熱力公司有一個間歇用汽的用戶，其系統(tǒng)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(fù)正常。

經(jīng)現(xiàn)場察看，發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(jié)水，在 閥門開度小的時候，管道上方的蒸汽流經(jīng)渦街流量計，表計顯示正常；閥門開度增大后， 管內(nèi)流體流速增大，凝結(jié)水被帶走，流經(jīng)渦街流量計時，導(dǎo)致嚴(yán)重的“漏脈沖”；但當(dāng)管 道中的凝結(jié)水被全部帶到流量計的下游后，與旋渦發(fā)生體接觸的全部為蒸汽，儀表顯示 又恢復(fù)正常。