蒸汽的測(cè)量和調(diào)節(jié)

1、中國(guó)石化北京化工研究院,蒸汽的測(cè)量和調(diào)節(jié),1、引言2、蒸汽測(cè)量的現(xiàn)狀3、蒸汽測(cè)量的發(fā)展 4、蒸汽的調(diào)節(jié)5、結(jié)束語,1、引言,水蒸汽作為一種重要的能源物質(zhì)被廣泛地使用，由于水蒸汽絕大多數(shù)是由于燃燒不可再生的一次能源如煤、油、天然氣等而得到的，因此，水蒸汽的產(chǎn)生必然減少有限的礦產(chǎn)資源，并使環(huán)境惡化，同時(shí)，能源的消耗就意味著產(chǎn)品成本增加。因此，近十多年來，生態(tài)環(huán)保意識(shí)逐步增強(qiáng)，加強(qiáng)管理，節(jié)約能耗，全面降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，

2、已成為企業(yè)生存與發(fā)展之必須。    通常蒸汽的使用在企業(yè)的能耗中占較大的比重，自然企業(yè)對(duì)蒸汽的計(jì)量和調(diào)節(jié)十分重視，并提出了很高的要求，對(duì)測(cè)量的精度、測(cè)量的內(nèi)容(如質(zhì)量、熱量)及相關(guān)信息，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)信息與管理調(diào)度集成化的發(fā)展需要。,2、蒸汽測(cè)量的現(xiàn)狀 2.1、蒸汽流量測(cè)量的特點(diǎn) 2.2、蒸汽流量測(cè)量的原理 2.3、可用于測(cè)量蒸汽的流量計(jì) 2.4、幾種蒸汽流量計(jì)及其新發(fā)展 2

3、.5、目前存在的問題以及改進(jìn)方法,2、蒸汽測(cè)量的現(xiàn)狀,水通常以液態(tài)存在，在一定的壓力下加熱就會(huì)變成蒸汽，這時(shí)的蒸汽為飽和蒸汽。在某一狀態(tài)下的飽和蒸汽壓力和溫度有一對(duì)應(yīng)關(guān)系，溫度升高對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力也將升高，反之亦然，飽和蒸汽的密度與壓力(或溫度)一一對(duì)應(yīng)；當(dāng)壓力一定時(shí)，加熱蒸汽使之溫度繼續(xù)升高，則這時(shí)的蒸汽就變成了過熱蒸汽，過熱蒸汽的密度與壓力和溫度有關(guān)，鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽通常含有一定的水分顆粒，因此叫做濕飽和蒸汽，而不是干飽和蒸汽。

4、,2.1、蒸汽流量測(cè)量的特點(diǎn),過熱蒸汽、飽和蒸汽、濕飽和蒸汽，以及濕飽和蒸汽的濕度，這些對(duì)準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽的質(zhì)量非常重要。    測(cè)量要求為精度、穩(wěn)定性、量程比、壓力損失特性及信息可傳遞性。    測(cè)量?jī)?nèi)容為質(zhì)量瞬時(shí)流量、質(zhì)量累積量、熱量瞬時(shí)流量、熱量累積量、差壓、壓力、溫度。,2.1、蒸汽流量測(cè)量的特點(diǎn),蒸汽質(zhì)量流量的測(cè)量是通過測(cè)量節(jié)流元件不同部位引出的壓差或

5、通過測(cè)量蒸汽的流速，以及間接求得蒸汽密度來實(shí)現(xiàn)的。蒸汽的熱流量測(cè)量是以蒸汽質(zhì)量流量測(cè)量為基礎(chǔ)的，質(zhì)量流量乘以蒸汽熱焓而得到的。蒸汽的密度(熱焓)通過測(cè)量蒸汽的溫度和／或壓力，通過一定數(shù)學(xué)公式計(jì)算求得，也可通過自動(dòng)查表求得，后一種方法精確度較高。蒸汽濕度的測(cè)量目前還不現(xiàn)實(shí)，只能估計(jì)。,2.2、蒸汽流量測(cè)量的原理,按流量計(jì)原理及結(jié)構(gòu)可分為：  差壓式流量計(jì)--孔板、噴嘴等、均速管流量計(jì)(阿紐巴Annubar)、彎管流量

6、計(jì)、分流旋翼式。  流體振動(dòng)式流量計(jì)--渦街流量計(jì)、旋渦進(jìn)動(dòng)式流量計(jì)、射流流量計(jì)。  按一次檢測(cè)儀表與流量二次儀表是否一體可分為：    一體型和分離型。,2.3、可用于測(cè)量蒸汽的流量計(jì),(1)、節(jié)流式流量計(jì)   差壓型流量計(jì)一般是由節(jié)流裝置、變送器這兩部分組成，節(jié)流裝置常見的有孔板、噴咀等。節(jié)流裝置的作用是使流經(jīng)的液體收縮且在其上、下游產(chǎn)生差壓

7、，根據(jù)伯努利能量守恒定律和連續(xù)性方程可以得出。 近年來國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出現(xiàn)了差壓發(fā)生體和智能差壓流量變送器一體化的產(chǎn)品。它是將變送器直接與節(jié)流裝置(如孔板、噴咀、均速管等)裝配在一起，不僅省略了現(xiàn)場(chǎng)布引壓管線工程，改善動(dòng)態(tài)特性，減少維護(hù)工作和故障率，降低初置費(fèi)用，而且智能型的差壓流量變送器能即時(shí)計(jì)算各工況下的介質(zhì)參數(shù)，使流量得到及時(shí)補(bǔ)償，從而提高了測(cè)量精度，擴(kuò)大了測(cè)量范圍，通常范圍度可達(dá)8：1，精度達(dá)1．0％，這是傳統(tǒng)流量所不能達(dá)

8、到的。,2.4、幾種蒸汽流量計(jì)及其新發(fā)展,(2)、渦街流量計(jì)  渦街流量計(jì)是振蕩型流量?jī)x表的典型代表，它是在流體前進(jìn)方向上放置一線形物體，液體在該物體后方形成兩列規(guī)則的非對(duì)稱旋渦列，旋渦列的頻率與流速成一定比例，通過測(cè)量頻率而達(dá)到對(duì)流體體積的測(cè)量。    這種測(cè)量方法的特點(diǎn)是管道內(nèi)無可動(dòng)部件。讀數(shù)重復(fù)性好，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，線性測(cè)量范圍寬 (氣體約為30：1，液體約為10：1)，幾

9、乎不受溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，壓力損失小，精度高(約為0．5％)，其工作溫度可達(dá)-40-+400~℃，工作壓力可選30MPa以上。,2.4、幾種蒸汽流量計(jì)及其新發(fā)展,在許多領(lǐng)域，流速的不穩(wěn)定性和壓力的波動(dòng)性及機(jī)械震動(dòng)導(dǎo)致了信噪比下降，影響了渦街流量計(jì)的使用效果。為此，人們做了大量工作試圖改善這種流量計(jì)的抗干擾性能，如增強(qiáng)鈍體硬度和使用微處理器控制的自適應(yīng)低通濾波方法來改善流量計(jì)的信噪比，并采用了自適應(yīng)低頻信號(hào)截止辯識(shí)器，使流

10、量計(jì)的可靠性得到明顯改善；研究工作條件對(duì)旋渦脫落的影響，采—用信號(hào)處理和交流辯識(shí)技術(shù)來提高流量計(jì)的精度；從優(yōu)化鈍體幾何結(jié)構(gòu)和傳感器安裝位置的角度，研究了提高信號(hào)質(zhì)量，頻率穩(wěn)定性和流量計(jì)線性度的方法。這些工作都有力地促進(jìn)了渦街流量計(jì)的廣泛使用。,2.4、幾種蒸汽流量計(jì)及其新發(fā)展,(3)、均速管流量計(jì) (阿紐巴流量計(jì)Annubar Flowing Meter)  均速管流量計(jì)也叫阿紐巴流量計(jì)，它是依據(jù)畢托管測(cè)量原理

11、而設(shè)計(jì)制造的，由壓差變送器測(cè)量流體的全壓和靜壓，然后推導(dǎo)出流體流量。    它安裝簡(jiǎn)便、壓損少、無泄露、精度高，是替代孔板的理想選擇，尤其在大口徑、高壓、高溫的場(chǎng)合。,2.4、幾種蒸汽流量計(jì)及其新發(fā)展,(4)、彎管流量計(jì)    彎管流量計(jì)是一種離心式流量計(jì)，它利用彎頭中流體在離心力作用下發(fā)生流向偏轉(zhuǎn)時(shí)造成的管壁內(nèi)外側(cè)靜壓與流體流動(dòng)速度之間的關(guān)系來測(cè)流量。 

12、60;  彎管流量計(jì)實(shí)際上就是一種差壓式流量計(jì)，具有如下特點(diǎn)：1)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工安裝容易，投資少，維護(hù)費(fèi)用低。2)、不需要另外增加液體管路的阻力件，而且其管內(nèi)沒有任何附加阻力件，可以大大減少壓力損失，具有明顯的節(jié)能效益。3)、其內(nèi)無任何可動(dòng)部件，對(duì)介質(zhì)工作條件的變化，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。4)、有很好的壓差重復(fù)性(0．2％)。5)、直接使用精度較低，若經(jīng)過單獨(dú)核定精度可達(dá)到0．5％-1．0％。,2.4、幾種蒸汽流量計(jì)及其新發(fā)展,

13、(5)、變面積式流量計(jì)    它與常見的差壓流量計(jì)如孔板式流量計(jì)相似，不同的是它的流量截面是變化的。其工作原理為：隨著圓錐一次元件的移動(dòng)，流體通過圓環(huán)面積連續(xù)變化，中心定位的圓錐隨著壓縮彈簧的阻力變化沿軸向自動(dòng)移動(dòng)，產(chǎn)生不同的壓差。該壓差通過流量計(jì)上的壓差探測(cè)孔與變送器相連，依據(jù)伯努利原理，推導(dǎo)出瞬時(shí)流量。    它的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其具有優(yōu)越的調(diào)節(jié)比(100：1)、高精確度(

14、1％左右)、非常緊湊的安裝、上下游需要的直管段較短、碟片設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)便。這是一種很有前途的流量計(jì)，在蒸汽流量測(cè)量中必將會(huì)得到大量使用。,2.4、幾種蒸汽流量計(jì)及其新發(fā)展,(6)、超聲波流量計(jì)    超聲波流量計(jì)具有不與被測(cè)介質(zhì)接觸，不影響流體流動(dòng)的特點(diǎn)，因而代表著流量測(cè)量的方向，然而它的不耐高溫卻限制了在蒸汽測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用。不過隨著技術(shù)的發(fā)展，用于測(cè)量蒸汽只是遲早的事，近年來國(guó)外已有用于蒸汽測(cè)量的超聲

15、流量計(jì)，可測(cè)高達(dá)480℃的過熱蒸汽。,2.4、幾種蒸汽流量計(jì)及其新發(fā)展,(1)、大部分企業(yè)對(duì)蒸汽計(jì)量處于分散狀態(tài)，各用汽點(diǎn)單獨(dú)計(jì)量，然后由人工定時(shí)抄表，制作統(tǒng)計(jì)報(bào)表。  (2)、儀表能否正常使用，與用戶有關(guān)人員的專業(yè)素質(zhì)有很大關(guān)系。選型、安裝、使用、維護(hù)，哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)影響正常使用，有些用戶沒有專業(yè)技術(shù)人員，流量?jī)x表由工藝設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，施工單位安裝，用戶使用常常出現(xiàn)這樣那樣的問題，使儀表不能發(fā)揮有效作用，

16、有些單位盡管有管理維護(hù)人員，比較準(zhǔn)確地測(cè)量蒸汽流量也有些力不從心。因?yàn)槭褂萌藛T既要理解蒸汽的各種熱工參數(shù)及其變化特點(diǎn)(如壓力、溫度、熱焓、比容(密度))又要知道測(cè)量原理，了解儀表的性能，選擇適合本企業(yè)使用的流量?jī)x表。這對(duì)有關(guān)人員的技術(shù)素質(zhì)提出了較高的要求。,2.5、目前存在的問題以及改進(jìn)方法,(3)、行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)安裝方法有待改進(jìn)與完善。安裝不當(dāng)是引起誤差增大的重要原因之一?，F(xiàn)場(chǎng)使用的蒸汽流量測(cè)量裝置大部分都能夠按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范或產(chǎn)品說

17、明書的要求安裝使用，有些安裝卻存在明顯的不妥或錯(cuò)誤。    隨著技術(shù)的發(fā)展和多種新流量計(jì)的出現(xiàn)，原安裝圖冊(cè)需要改進(jìn)完善，我們發(fā)現(xiàn)盡管依圖冊(cè)安裝，仍會(huì)出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)。如測(cè)量差壓或壓力時(shí)，若變送器處于取壓點(diǎn)上方，引壓管向上，引壓管內(nèi)的冷凝水會(huì)時(shí)有時(shí)無，或一根熱，一根冷，這樣就會(huì)造成差壓測(cè)量不準(zhǔn)(測(cè)壓力時(shí)，冷凝汽時(shí)有時(shí)無，則會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確)，同時(shí)信號(hào)傳遞性能下降。    改進(jìn)

18、的方法：我們認(rèn)為在取壓點(diǎn)處安一個(gè)冷凝圈就可以避免豎直導(dǎo)壓管內(nèi)冷凝水的回流出現(xiàn)的問題。再如：差壓導(dǎo)壓管路內(nèi)都安有冷凝罐，現(xiàn)在使用的差壓變送器測(cè)量容室的容積變化微小，因此，可去掉冷凝罐，從而減少安裝維護(hù)量，減少故障點(diǎn)。由于近年多種新型流量計(jì)的使用，安裝圖冊(cè)應(yīng)增加這部分內(nèi)容以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需要。,2.5、目前存在的問題以及改進(jìn)方法,3、蒸汽測(cè)量的發(fā)展 (1)、充分利用微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，集中管理熱網(wǎng)的過程參數(shù)，實(shí)

19、時(shí)監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。徹底改變測(cè)量不準(zhǔn)，數(shù)據(jù)分散，監(jiān)視管理不便，似有似無狀況。(2)、在滿足蒸汽測(cè)量?jī)?nèi)容的多樣化、準(zhǔn)確性、使用方便方面，應(yīng)充分發(fā)揮微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在罕見有微機(jī)系統(tǒng)對(duì)蒸汽測(cè)量有專一的軟件，開發(fā)一種標(biāo)準(zhǔn)化、工程化、商品化的蒸汽測(cè)量軟件是發(fā)展的需要，對(duì)用戶是技術(shù)上的需要，對(duì)生產(chǎn)廠家則是一種商機(jī)。,3、蒸汽測(cè)量的發(fā)展   (4)、重視有效能的計(jì)量管理，由于測(cè)量的微機(jī)化、智能化，使蒸汽有效能的計(jì)量成為現(xiàn)實(shí)

20、。蒸汽質(zhì)量的多少并不能反映蒸汽的含熱量的多少，同樣蒸汽所含熱量的多少也不能反映有效能(或可用性)的多少，我們知道，一臺(tái)用能設(shè)備它所利用的是有效能，而一臺(tái)鍋爐它所產(chǎn)生的蒸汽所含有的熱量只有能被利用的部分才是有效能。工作中，我們可以看到這樣的情況，由于某工序或某用汽單位突然用汽，使鍋爐供汽壓力下降了，某工序在較低氣壓下也能滿足生產(chǎn)，但需要的蒸汽質(zhì)量流量(或熱量流量)卻明顯增加，能量的浪費(fèi)顯而易見。因此，有效能的計(jì)量對(duì)加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度管理、節(jié)約能

21、耗有著重要的意義，這是蒸汽計(jì)量的發(fā)展方向之一，應(yīng)該引起重視。,4、蒸汽的調(diào)節(jié) 4.1、概述 4.2、控制閥的基本知識(shí) 4.3、控制閥的選型 4.4、蒸汽控制閥的選用,隨著科技進(jìn)步，在生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，用來控制流體流量的控制閥已遍及各個(gè)行業(yè)。對(duì)于熱力、化工過程控制系統(tǒng)，作為最終控制過程介質(zhì)各項(xiàng)質(zhì)量及安全生產(chǎn)指標(biāo)的控制閥，它在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制、維護(hù)及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。由于控制閥是通過改變節(jié)流方

22、式來控制流量的，所以它既是一種有效的調(diào)節(jié)手段，同時(shí)又是一個(gè)會(huì)產(chǎn)生節(jié)流能耗的部件。以化工廠為例，隨著裝置高負(fù)荷運(yùn)行，控制閥的腐蝕、沖刷、磨損、振動(dòng)、內(nèi)漏等問題不斷發(fā)生，從而導(dǎo)致控制閥的使用壽命縮短、工作可靠性下降、進(jìn)而引起工藝系統(tǒng)和裝置的生產(chǎn)效率大幅度下降，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致全線停車。這在如今視質(zhì)量和效益為生命的企業(yè)管理中尤為重要和緊迫。,4.1、概述,控制閥又稱調(diào)節(jié)閥，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作去改

23、變流體流量。控制閥一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)力，控制閥可以分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三種，即以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)控制閥，以電為動(dòng)力源的電動(dòng)控制閥，以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動(dòng)力的電液動(dòng)控制閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場(chǎng)總線型控制閥等。,4.2、控制閥的基本知識(shí),A、 控制閥選型的重要性 控制閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)上。作為過程控制中的

24、終端元件，人們對(duì)它的重要性較過去有了更新的認(rèn)識(shí)?？刂崎y應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)量、用戶是否正確安裝、使用、維護(hù)外，正確地計(jì)算、選型十分重要。由于計(jì)算選型的失誤，造成系統(tǒng)開開停停，有的甚至無法投用，所以對(duì)于用戶及系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)閥在現(xiàn)場(chǎng)的重要性，必須對(duì)控制閥的選型引起足夠的重視。,4.3、控制閥的選型,B、 控制閥選型的原則    1、 根據(jù)工藝條件，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料。  

25、;  2、 根據(jù)工藝對(duì)象的特點(diǎn)，選擇控制閥的流量特性。    3、 根據(jù)工藝操作參數(shù)，選擇合適的控制閥口徑尺寸。    4、 根據(jù)工藝過程的要求，選擇所需要的輔助裝置。    5、 合理選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度應(yīng)能滿足工藝,4.3、控制閥的選型,用于蒸汽的控制閥，在設(shè)計(jì)和使用時(shí)必須十分注意溫度條件。在高溫條件下，如在鍋爐的給

26、水系統(tǒng)和過熱器的旁路系統(tǒng)，制造標(biāo)準(zhǔn)型閥門的材料就顯得不適用了。例如在高溫下用塑料、彈性材料和標(biāo)準(zhǔn)墊圈等就顯然不合適，必須代之以更耐用的材料。閥座材料應(yīng)使用金屬對(duì)金屬的。填料應(yīng)使用半金屬或?qū)訅菏牧?，彈簧?yīng)用不銹鋼繞制，墊片應(yīng)用石棉的。,4.4、蒸汽控制閥的選用,隨著技術(shù)的進(jìn)步，需求的不斷發(fā)展，蒸汽測(cè)量的狀況發(fā)生了很大變化，測(cè)量方法出現(xiàn)多樣化——由以前以孔板、噴咀等節(jié)流型流量計(jì)為主到現(xiàn)在的渦街、一體化節(jié)流型流量計(jì)的大量使用，還有大有市場(chǎng)