一种湿蒸汽流量仪及测量方法 【技术领域】
本发明涉及的是湿蒸汽两相流物性测量的技术领域， 是一种湿蒸汽流量仪及测量方法。 背景技术 湿蒸汽是气体和液体的混合物， 为气液两相流， 蒸汽干度是蒸汽的重要品质参数， 湿蒸汽的气相干饱和蒸汽质量与湿蒸汽质量的比值称作蒸汽干度。 在石油开采、 化工、 食品 加工、 制药等工业过程中， 广泛使用湿蒸汽。为了对蒸汽利用过程实施有效的技术监控， 需 要测定蒸汽干度和流量。
公开号为 CN101038188 的申请文件中公开了一种联合式湿蒸汽流量、 干度测量装 置及其测量方法， 该发明的核心技术是 ： 在湿蒸汽管道上串联安装两个流量计即标准孔板 流量计和文丘里管流量计， 再辅助安装一个压力计， 由这两个流量计的流量模型， 依据质量 守恒定律， 求解出蒸汽管道中的蒸汽干度和流量。 目前， 由于文丘里管流量计的流量模型误 差较大， 从而导致该测量装置的测量精度较差， 不能达到最大测量误差小于 5％的工程应用 要求。
为了克服现有技术采用两个流量计、 通过这两个流量计的流量方程联立来测量湿 蒸汽干度的不足， 本发明采用先求取截面含气率的思路， 提出一种湿蒸汽流量仪。
发明内容 为克服现有技术中存在的测量精度较差的不足， 本发明提出了一种湿蒸汽流量仪 及测量方法。
本发明包括流量计、 压力计、 干度流量处理器和流速计， 其中， 流量计与流速计串 联在湿蒸汽管道上， 分别位于干度流量处理器的两侧 ； 压力计安装在流量计与流速计中间 的湿蒸汽管道内， 干度流量处理器放置在仪表箱内， 仪表箱的支撑杆焊接在湿蒸汽管道的 外壁面上 ； 流量干度处理器内置有蒸汽热物性数据库和蒸汽流量干度数学模型。
本发明还提出了一种与本发明相配套的湿蒸汽测量方法， 其具体步骤是 ：
第 1 步， 由截面含气率 α 方程、 蒸汽干度 x 方程、 蒸汽密度 ρ 方程、 流量计流量 G 方程联合组成蒸汽流量干度数学模型 ：
G ＝ CGVρ
式中， α 为截面含气率， e 为湿蒸汽截面含气率模型的实验系数， ρl 为饱和水密 度， ρg 为干饱和蒸汽密度， x 为蒸汽干度， Ug 为干饱和蒸汽流速， S 为蒸汽管道截面积， G为 蒸汽管道的质量流量， ρ 为湿蒸汽密度， GV 为流量计测量的体积流量， C 为流量计的流量系 数。
第 2 步， 在单相流流量标定台上对流量计进行标定， 得到流量计的综合流量系数 C。
第 3 步， 干度流量处理器采集压力计所测量的蒸汽管道湿蒸汽压力， 通过流量干 度处理器， 得出该压力下的饱和水密度 ρl 和干饱和蒸汽密度 ρg。
第4步： 干度流量处理器采集流速计测量的蒸汽管道干饱和蒸汽流速 Ug、 流量计 所测量的蒸汽管道蒸汽体积流量 GV。
第5步： 求解蒸汽流量干度数学模型， 得出湿蒸汽管道的质量流量 G 和蒸汽干度 x。
本发明将湿蒸汽流量仪连接在待测的湿蒸汽管道上， 通过干度流量处理器 4 采集 流量计 2 的差压变送器上的流体动静压差信号 ΔPk、 压力计 3 的流体压力信号 P、 流速计 5 的干饱和蒸汽流速 Ug， 由蒸汽热物性数据库得出饱和水密度 ρl 和干饱和蒸汽密度 ρg， 再 对由截面含气率 α 方程、 蒸汽干度 x 方程、 蒸汽密度 ρ 方程、 流量计流量 G 方程组成的蒸汽 流量干度数学模型进行联立求解， 得到待求的湿蒸汽管道内的蒸汽质量流量和蒸汽干度， 具有测量湿蒸汽精度高的优点。
附图说明
图 1 是湿蒸汽流量仪的结构示意图， 其中 ：
1. 湿蒸汽管道 2. 流量计 3. 压力计 4. 干度流量处理器5. 流速计具体实施方式
实施例一
本实施例是一种湿蒸汽流量仪， 用于测量湿蒸汽压力为 15MPa、 湿蒸汽流量为 5-9t/h、 蒸汽干度在 60-85％的湿蒸汽管道内的湿蒸汽流量与干度， 其中， 湿蒸汽管道的管 内径为 56mm、 壁厚为 10mm ； 流量计为孔板流量计， 流速计为均速管流速计。
本实施例包括湿蒸汽管道 1、 孔板流量计 2、 压力计 3、 干度流量处理器 4 和均速管 流速计 5。流量干度处理器内置有蒸汽热物性数据库和蒸汽流量干度数学模型。湿蒸汽管 道 1 是管内径为 56mm， 壁厚为 10mm， 长 1000mm， 采用 20 号锅炉钢制成的无缝钢管。孔板流 量计 2 与均速管流速计 5 串联在湿蒸汽管道 1 上， 分别位于干度流量处理器 4 的两侧， 两者 之间相距 760mm ； 以来流方向为湿蒸汽流量仪的前部， 则流量计 2 在前而流速计 5 在后。压 力计 3 安装在流量计 2 与流速计 5 中间的湿蒸汽管道 1 内。干度流量处理器 4 放置在仪表 箱内， 仪表箱的支撑杆焊接在湿蒸汽管道 1 的外壁面上。孔板流量计经过流量标定台的标定， 得出其流量系数为 Ck。
本实施例还提出了一种与本实施例配套使用的流量测量方法， 具体步骤是 ：
第1步： 由截面含气率 α 方程、 蒸汽干度 x 方程、 蒸汽密度 ρ 方程、 流量计流量 G 方程所组成的蒸汽流量干度数学模型。
G ＝ CGVρ
式中， α 为截面含气率， e 为湿蒸汽截面含气率模型的实验系数， 其数值为 0.2， ρl 为饱和水密度， ρg 为干饱和蒸汽密度， x 为蒸汽干度， Ug 为干饱和蒸汽流速， S 为蒸汽管道 截面积， G 为蒸汽管道的质量流量， ρ 为湿蒸汽密度， GV 为流量计测量的体积流量， C 为流 量计的流量系数。
第2步： 在单相流流量标定台上对孔板流量计进行标定， 得出该流量计的综合流 量系数 C。
第3步： 流量干度处理器采集压力计所测量的蒸汽管道湿蒸汽压力， 由该压力和 内置于其内的蒸汽热物性数据库， 得出该压力下的饱和水密度 ρl 和干饱和蒸汽密度 ρg。
第4步： 流量干度处理器采集流速计测量的蒸汽管道干饱和蒸汽流速 Ug、 流量计 所测量的蒸汽管道蒸汽体积流量 GV。
第5步： 求解蒸汽流量干度数学模型， 得出湿蒸汽管道的质量流量 G 和蒸汽干度 x。
实施例二
本实施例是一种湿蒸汽流量仪， 用于测量湿蒸汽压力为 8-18MPa、 湿蒸汽流量为 4-10t/h、 蒸汽干度在 40-90％的湿蒸汽管道内的湿蒸汽流量与干度， 其中， 湿蒸汽管道的管 内径为 56mm、 壁厚为 10mm ； 流量计为内锥流量计， 流速计为热式流速计。
本实施例包括湿蒸汽管道 1、 内锥流量计 2、 压力计 3、 干度流量处理器 4 和热式流 速计 5。流量干度处理器内置有蒸汽热物性数据库和蒸汽流量干度数学模型。湿蒸汽管道 1 是管内径为 56mm， 壁厚为 10mm， 长 1000mm， 采用 20 号锅炉钢制成的无缝钢管。孔板流量 计 2 与均速管流速计 5 串联在湿蒸汽管道 1 上， 分别位于干度流量处理器 4 的两侧， 两者之 间相距 760mm ； 以来流方向为湿蒸汽流量仪的前部， 则流量计 2 在前而流速计 5 在后。压力 计 3 安装在流量计 2 与流速计 5 中间的湿蒸汽管道 1 内。干度流量处理器 4 放置在仪表箱 内， 仪表箱的支撑杆焊接在湿蒸汽管道 1 的外壁面上。
孔板流量计经过流量标定台的标定， 得出其流量系数为 Ck。
本实施例还提出了一种与本实施例配套使用的流量测量方法， 具体步骤是 ：
第1步： 由截面含气率 α 方程、 蒸汽干度 x 方程、 蒸汽密度 ρ 方程、 流量计流量 G 方程所组成的蒸汽流量干度数学模型。
G ＝ CGVρ
式中， α 为截面含气率， e 为湿蒸汽截面含气率模型的实验系数， 其数值为 0.2， ρl 为饱和水密度， ρg 为干饱和蒸汽密度， x 为蒸汽干度， Ug 为干饱和蒸汽流速， S 为蒸汽管道 截面积， G 为蒸汽管道的质量流量， ρ 为湿蒸汽密度， GV 为流量计测量的体积流量， C 为流 量计的流量系数。
第2步： 在单相流流量标定台上对流量计进行标定， 得出内锥流量计的综合流量 系数 C。
第3步： 流量干度处理器采集压力计所测量的蒸汽管道湿蒸汽压力， 由该压力和 内置于其内的蒸汽热物性数据库， 得出该压力下的饱和水密度 ρl 和干饱和蒸汽密度 ρg。
第4步： 流量干度处理器采集流速计测量的蒸汽管道干饱和蒸汽流速 Ug、 流量计 所测量的蒸汽管道蒸汽体积流量 GV。
第5步： 求解蒸汽流量干度数学模型， 得出湿蒸汽管道的质量流量 G 和蒸汽干度 x。