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超声波流量计在高温高压大口径蒸汽管道中

蒸汽作为使用最广泛的载热介质,在各行各业中有着非常重要的作用。在电厂中使用蒸汽推动汽轮机进行发电。在食品行业中,可以使用蒸汽对管路进行消毒,确保食品安全卫生无菌。在炼油行业,使用高压蒸汽对油井或者气田进行压裂开采。在石化化工行业的生产过程中,很多环节需要使用到蒸汽,比如汽提塔中,蒸汽的温度和压力的稳定对塔器中的生产有着至关重要的作用。在化工行业,某些易结晶的介质在生产和运输过程中需要保持温度,而蒸汽往往就是给管道进行伴热和保温的介质。在管道的吹扫中,有时可以使用空气,而有些场合就需要使用蒸汽吹扫。当然更显而易见的是,蒸汽可以作为建筑或者场所的取暖用介质。
蒸汽负载着能量,所以准确的计量蒸汽意义重大。对于生产厂区的内部计量,计量的准确度可以起到节能减排的作用。对于贸易交接的场合,无论是蒸汽的生产方还是使用方,计量的精度直接关系到双方的费用结算,一定需要一个可靠的计量方式,才能避免费用上的纠纷。传统的蒸汽计量方式多采用差压式流量计,差压式流量计需要一个节流原件来实现压力差,包括孔板、文丘里、喷嘴等方式。随着技术的发展,涡街流量计渐渐用于蒸汽测量。近几年,采用时差法原理并且适用温度较高的超声波流量计也开始进入蒸汽测量的领域。下面简单介绍一下这几种测量方式的原理。
1.1  差压式仪表
流体在有节流装置的管道中流动时,在节流装置前后的管壁处,流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流装置包括节流元件和取压装置。节流元件是使管道中的流体产生局部收缩的元件,多达30多种,常用的节流元件有孔板、喷嘴和文丘利管等。流体流过节流元件时,会被加速,流体的加速时期动能增加,按照能量守恒定律,在流体被加速处它的静压力会降低一个相应的值,因此在节流原件两侧产生一个差压,而这一差压与流速的平方根成正比。其原理的计算公式如下:
Q v = CεΑ/sqr(2ΔP/(1-β^4)/ρ1)                 (1)
其中:
C 为流出系数;
ε为可膨胀系数
Α为节流件开孔截面积,m2
ΔP为节流装置输出的差压,Pa;
β为直径比
ρ1为被测流体在I-I处的密度,kg/m3;
Qv为体积流量,m3/h
下图为一些常见节流原件的示意图