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蒸汽带水对涡街流量计的影响

蒸汽带水对涡街流量计的影响

这里所说的影响,主要是指对测量精确度的影响。从3.1节的分析可知,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。

没有过热器的锅炉,则在锅炉出口的蒸汽中就带有少量的水。

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。 .

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,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。

1.1蒸汽湿度对涡街流量计测量结果的影响

蒸汽的湿度时,蒸汽的形态虽然属于两相流,但因其所夹带的微小水滴数量不 多,所以能均匀地悬浮在气相中,与大雾天小水滴悬浮在空气中的情况相似。这时的水滴均 匀分布在汽相中,不对涡街流量计的正常工作构成威胁,仪表仍能输出与体积流量成正比的 脉"冲信号,只是由于水滴在湿蒸汽中所占的体积比可忽略不计,故可认为涡街流量计的输出 完全由湿蒸汽的干部分所引起,所以,此输出中漏计了湿蒸汽的液相部分。如果测量目的为 湿蒸汽的质量流量,则测量结果偏低的数值与y相等。

1.2蒸汽严重带水对涡街流量计测量结果的影响

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 夕卜,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。

(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,其结构如图3.91(c)所示,这使得从水平管道底部引出的疏水设施能收到很好的疏 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,下部液膜要比上部管壁的厚,如图3. 91(f)所示。

(2) 在垂直上升管道中的流动实验研究证明[3],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3.89(c)和(e)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3.89(d)所示。其中,纤维状流体其实是连成条的凝结水。

(3) _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,如图3. 90(e)和(f)所示,但有所不同,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。

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。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。

1.3涡街流量计的“漏脉冲”现象[4]

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# 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 脉冲莫名其妙地少了,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,最严重的时候是 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旋涡发生体上,抑制了涡列的形成有关。

①关于“漏脉冲”现象的实例之一上海某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9. 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°C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,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。

在检査了各台仪表之后,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9. 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 水引起的。

能源科工程师否定了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 FC 6000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。

进一步的检査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FC 6000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人饱和状态,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9.4中的V2)试一试。

疏水阀打开后,大量凝结水喷出,20min也未排光,于是真相大白?

经査在减温器出口到流量计之间只有一根装有阀V!的管道与外界相通,这根管道里有 水,大检修之后,W阀可能有泄漏,导致冷水人侵。

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

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2km处的用户供汽。其管网如图9. 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F1Q02显示时有时无,流量最大时也只有0.75 t/h。

经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。建议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,流量计示值在lt/h以下较稳定,至于该示值同F1Q01显示的 2.5t/h之间的差值,应该是2km长的管道热损耗引起的,热力公司接受了这一结论。

③关于“漏脉冲”现象的实例之三某热力公司有一个间歇用汽的用户,其系统如图 9. 7所示,白天用汽,夜间停用。热力公司反映,该用户的表计在每天上午开工后,在开始 的一段时间,如果阀门开得小,则显示正常;阀门逐渐开大后,示值反而减小,直到热管完 毕,仪表显示才能恢复正常。

经现场察看,发现从蒸汽母管到用户表计之间有一段长约百米的管道,用户夜间停 止用汽后,管道内仍有蒸汽。由于管道散热,一夜之间在管道底部积了很多凝结水,在 阀门开度小的时候,管道上方的蒸汽流经涡街流量计,表计显示正常;阀门开度增大后, 管内流体流速增大,凝结水被带走,流经涡街流量计时,导致严重的“漏脉冲”;但当管 道中的凝结水被全部带到流量计的下游后,与旋涡发生体接触的全部为蒸汽,仪表显示 又恢复正常。