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1 概述

   渦街流量計在蒸汽流量測量中扮演著(zhù)重要角色，尤其是在管徑不是特別大，溫度不是特別高的中低壓蒸汽的流量測量中，更是有“半壁江山”之譽(yù)。

    干蒸汽在長(cháng)距離輸送過(guò)程中，會(huì )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。

    目前使用的流量計都是在單相流動(dòng)狀態(tài)下評定其測量性能，現在還沒(méi)有以單相流標定的流量計用來(lái)測量?jì)上嗔鲿r(shí)系統變化的評定標準。但是，兩相流是客觀(guān)存在的，它對流量測量的影響也是無(wú)法避免的，盡管困難較多，人們還是在想方設法研究其對流量測量影響的機理，并采取相應的對策，提高流量測量精度。

    2 蒸汽嚴重帶水對渦街流量計測量結果的影響

    人們用干度X來(lái)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(lái)定義濕蒸汽中水滴與濕蒸汽總量的質(zhì)量比。

    當x=時(shí)，y=0，這時(shí)的蒸汽為干蒸汽。當x<時(shí)，y>0，這時(shí)的蒸汽為濕蒸汽。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。

    2.1 X≥95%時(shí)的情況研究人員的研究結果認為，蒸汽干度較高（X≥95%）時(shí)，流體表現為均相流動(dòng)，蒸汽中的小水滴懸浮在氣相中，這時(shí)，渦街流量計能正常工作。

    2.2 X<95%時(shí)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）的水滴外，過(guò)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(dòng)狀況更加復雜。

    2.1.1 在水平管道中的流動(dòng)：水平管中氣液兩相流動(dòng)結構同氣液兩相體積比及流動(dòng)速度有關(guān)，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(dòng)結構如圖1（a）所示，這使得從水平管道底部引出的疏水管，能收到很好的疏水效果。

    當流速特別高的時(shí)候，也會(huì )表現為環(huán)狀流動(dòng)，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(dòng)時(shí)重力的影響作用，下部液膜要比上部管壁的厚，如圖1（b）所示。

    2.2.2 在垂直上升管道中的流動(dòng)：實(shí)驗研究證明（2），在垂直上升管道中，氣液兩相流動(dòng)的基本結構有細泡狀流動(dòng)結構、彈狀流動(dòng)結構、塊狀流動(dòng)結構、帶纖維的環(huán)狀流動(dòng)結構和環(huán)狀流動(dòng)結構。但是由于凝結水在濕蒸汽中的體積比較小，所以過(guò)量的水在上升管道中的流動(dòng)常表現為環(huán)狀流結構，如圖2（b）所示，但當帶水量特別大的情況下，也會(huì )表現為帶纖維的環(huán)狀流動(dòng)結構，如圖2（a）所示。其中，纖維狀流體其實(shí)是連成條的凝結水。

    （a）帶纖維的環(huán)狀流動(dòng)結構（b）環(huán)狀流動(dòng)結構

    2.2.3 在垂直下降管道中的流動(dòng)：在垂直下降管道中，氣液兩相流動(dòng)的結構與作垂直上升流動(dòng)時(shí)的結構很相似，但有不同，不僅流動(dòng)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(dòng)結構，人們在凝結水疏水現場(chǎng)很容易得到證實(shí)。

    凝結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(huì )觀(guān)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(shí)，氣體從管*噴出時(shí)，也夾帶有一些液滴。

    2.2.4 流動(dòng)結構分析的復雜性：上面只是粗略地分析帶水的蒸汽在管道中流動(dòng)時(shí)的表象，而且知道不同的流動(dòng)結構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量關(guān)系卻是困難的。因為到目前為止，人們在這方面做的實(shí)驗研究還很少，而它們之間的關(guān)系又是極其復雜。

    但是，這些粗略的分析對渦街流量計的一個(gè)*的現象——漏脈沖，能提供一定的幫助。

    （a）帶纖維的環(huán)狀流動(dòng)結構（b）環(huán)狀流動(dòng)結構
 

    3 渦街流量計的“漏脈沖”現象

    人們很早就發(fā)現蒸汽帶水較多時(shí)，渦街流量計會(huì )出現“漏脈沖”現象，即在蒸汽流速平穩的情況下，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(shí)卻發(fā)現儀表的輸出脈沖卻莫明其妙地少了，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(gè)脈沖，嚴重的時(shí)候，是少了很多脈沖，zui嚴重的時(shí)候是*沒(méi)有脈沖。這可能同分布不均勻的體積較大的液滴撞擊在旋渦發(fā)生體上，抑制了渦列的形成有關(guān)。

    有關(guān)這方面的實(shí)驗研究，尚未見(jiàn)到文獻報道，但是人們在使用現場(chǎng)已碰到不少，而且，處理這一問(wèn)題的方法，人們也早已在應用。

    3.1 關(guān)于“漏脈沖”現象的實(shí)例之一

    上海的一家藥業(yè)公司組建全廠(chǎng)蒸汽計量網(wǎng)的項目中，碰到了一個(gè)令人費解的故障，這個(gè)故障發(fā)生在一個(gè)測量過(guò)熱蒸汽流量的系統中，這個(gè)系統的管道連接如圖4所示。

    該工廠(chǎng)的鍋爐房除了向全廠(chǎng)供應中壓過(guò)熱蒸汽外，還經(jīng)減溫減壓系統向全廠(chǎng)供應0.4MPa（g）、160℃低壓過(guò)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(chē)大檢修之后發(fā)生了變化，原來(lái)進(jìn)出平衡的計量數據出現了負的管損，該廠(chǎng)能源科根據低壓蒸汽網(wǎng)的數據平衡關(guān)系和鍋爐的能量平衡關(guān)系作出了FIQ303指示偏低的判斷。

    在檢查了各臺儀表之后，發(fā)現各臺儀表均正常。于是請渦街流量計制造廠(chǎng)上門(mén)服務(wù)，經(jīng)檢查發(fā)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5所示的輸出波形。

    根據制造廠(chǎng)的經(jīng)驗，這種情況的存在可能是蒸汽帶水引起。

    能源科工程師否定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(dòng)調節來(lái)保證其運行參數，于是一時(shí)沒(méi)有結論。又過(guò)一個(gè)星期，事態(tài)有了進(jìn)一步的發(fā)展。從FC6000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(shí)減小到零，而這時(shí)，全廠(chǎng)生產(chǎn)照常進(jìn)行，蒸汽一點(diǎn)不少用。

    進(jìn)一步的檢查焦點(diǎn)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(jīng)查，減溫器出口溫度壓力顯示正確。但是根據FC6000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(jìn)入飽和狀態(tài)，于是要求打開(kāi)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(shuō)服儀表人員，還是同意打開(kāi)疏水器的切斷閥（圖4中的V₂）試一試。

    疏水閥打開(kāi)后，大量凝結水噴出，二十分鐘也未排光，于是真相大白。

    至于大量凝結水是從哪里來(lái)的，我們隨即進(jìn)行了調查。經(jīng)查在減溫器出口到流量計之間只有一根裝有閥V₁的管道與外界相通，能源科人員解釋?zhuān)@根管道里有水，大檢修之后，V₁閥可能有泄漏，導致冷水入侵。

    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(gè)疏水器，從而使流量計恢復正常測量。

    3.2 關(guān)于“漏脈沖”現象的實(shí)例之二

    上海某熱力公司新增一個(gè)熱源廠(chǎng)，該廠(chǎng)生產(chǎn)的是飽和蒸汽，鍋爐投運后對一個(gè)遠在2公里處的用戶(hù)供汽。其管網(wǎng)如圖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(hù)端流量計FIQ02顯示時(shí)有時(shí)無(wú)，流量zui大時(shí)也只有0.75t/h。

    據了解，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水。后將靠近用戶(hù)表計處的幾只疏水器打開(kāi)，排掉管道中的凝結水，這樣做了之后，流量計1t/h，至于該示值同FIQ01顯示的2。5t/h之間的差值，應該是2公里長(cháng)的管道熱損耗引起的，熱力公司接受了這一結論。

    4 對策

    4.1 X≤95%情況下的對策

    上面所述X>95%情況下的補償，如果不做，僅僅是懸浮在蒸汽中的均勻分布的小水滴計不出，但是，在X<95%的情況下，如果不采取任何措施，測量結果就有可能大幅度偏低，甚至沒(méi)有輸出。

    在X<95%的情況下，采取措施的目的是使流量計實(shí)現正常測量。采取的措施是在流量計前充分疏水。

    疏水是否充分的標志是蒸汽管中是否排得出凝結水。如圖7所示的配置中，疏水器如果只有極少有水排出，則表明流經(jīng)渦街流量計的蒸汽中已經(jīng)不存在或基本不存在分層流動(dòng)的水。

    4.2 疏水點(diǎn)的合理布置

    疏水點(diǎn)的合理布置對充分疏水有關(guān)鍵性的作用。在圖8（a）所示的實(shí)例中，凝結水的捕捉口太細，與蒸汽一起高速流動(dòng)的凝結水，可能會(huì )有一部分不被捕捉口所收集，而流到下游。

    5 結束語(yǔ)

    （1）濕蒸汽就屬性而言是兩相流體，但在濕度不高的情況下，可將其當作單相流體并用一般的流量計進(jìn)行測量。

    （2）蒸汽嚴重帶水，將使渦街流量計出現“漏脈沖”現象，更嚴重時(shí)，渦街流量計會(huì )*沒(méi)有脈沖輸出。

    （3）對于蒸汽嚴重帶水影響渦街流量計正常測量的情況，常用的處理方法是在渦街流量計上游的適當位置充分疏水。

    合理布置疏水器，使濕蒸汽的干度盡量提高，能保證渦街流量計正常測量。