0 引言

      蒸汽是化工企業中重要的能源，包括飽和蒸汽和過熱蒸汽。由于蒸汽的溫度、壓力較高，使用量大，成本較高，長期以來，蒸汽計量中存在許多值得探討的問題。準確的蒸汽流量計量，對節能降耗，成本核算，貿易結算和生產管理有非常重要的現實意義。

      1 流量計的選用

      目前在工業蒸汽計量中應用普遍的是傳統型的節流裝置流量計，由于的優點，節流裝置幾乎成為的流量測量裝置，特別是對于高溫、高壓過熱蒸汽。但是節流裝置的系統結構比較復雜，安裝工程量大，容易出現堵、漏、磨損等問題，需經常維護。同時，節流裝置的流量測量范圍比較窄，常規應用只能提供3：1的測量量程比。因此有效地解決節流裝置的結構和系統測量范圍已提到日程。以提高蒸汽計量的準確度和系統的穩定性。

      一體化節流裝置是將傳統的節流裝置流量測量系統集成在一臺測量設備上，包括節流件本體、取壓裝置、冷凝散熱裝置、排污裝置、差壓（溫度、壓力）測量功能等，具有結構簡單，省卻引壓管線、泄漏點少、維護方便、安裝施工量小等優點。配合1932噴嘴，能夠有效減少磨損和壓力損失，可以滿足Ф50~Ф400管徑條件下的蒸汽流量測量要求。例如，本公司生產的一體化節流裝置，可以配用1932噴嘴和標準孔板，適用于4.0MPa以下的中低壓蒸汽流量計量。

      2 流量公式的確定

      蒸汽計量中采用節流裝置時，其流量公式為：

      q_m  質量流量                                             單位kg/s；
      △P 差壓                                                    單位Pa；
      C   流出系數
      d   節流件在工況條件下的開孔直徑                 單位m；
      ε  可膨脹性系數
      ρ  被測流體工況條件下的密度                        單位kg/m³；
      β  節流件孔徑與直管段內徑之比，β=d/D；

      從公式2-1中可以看出，參數△P、C、ε、d、β、ρ對流量計算的準確度影響較大。在傳統的蒸汽流量計算中，C、ε、d、β均使用節流件設計時的計算結果，然而在實際應用中，計量系統的工作條件（如工作溫度、壓力）往往偏離了設計條件，這些參數也就發生了變化，而影響流量計量的準確度。因此，在節流件開孔徑不變的條件下，動態修正C、ε、d、β等參數，對提高蒸汽流量計量準確度非常重要。

      3 蒸汽計量的密度補償運算

      在蒸汽的計量中，密度是溫度、壓力的函數，但并不遵循理想氣體狀態方程，且在不同壓力、溫度區間，函數關系不同。飽和蒸汽、過熱蒸汽的密度與壓力，溫度的函數關系也不同。

      工程上應用的水蒸氣大多處于剛剛脫離液態或離液態較近，它的性質與理想氣體大不相同。水蒸氣的物理性質較理想氣體要復雜的多，故不能用簡單的數學式加以描達；所以，在蒸汽流量的計算中，水蒸氣的狀態參數值，大都從水蒸氣表中查出。隨著電子技術的發展，微處理器已廣泛應用于流量計量顯示儀表，其存儲能力、快速計算能力為準確、快速的確定水蒸氣的密度提供了有力的技術手段。

      4 流量測量范圍

      傳統節流裝置蒸汽計量系統可以提供3：1的測量范圍，這遠遠不能滿足實際計量應用的需要。影響測量范圍的主要因素有以下兩個方面：

      4.1差壓變送器的量程

      傳統的差壓變送器（DDZ-II，DDZ-Ⅲ）一般可以提供10：1的測量范圍。從公式2-1中可以看出，差壓值的平方根與流量成正比，在確保測量精度的前提下，10：1的差壓測量范圍所對應的流量范圍約為3：1。因此，選用寬量程的差壓變送器和獲得準確的差壓測量值是擴展節流裝置測量范圍的基本條件。

      4.2 節流件設計參數

      節流件的主要設計參數包括C、ε、d₂₀、β、△Pmax等，這些參數均為設計條件下的計算結果。但是，畢竟節流件是按照某一種工況條件完成設計計算的，當工況波動較大、工藝過程不穩定與設計值不符合時，繼續使用設計參數值進行流量計算就會產生較大的計量誤差。為了使節流裝置在實用的測量范圍內（10：1~15：1）均保持較高的計量準確度，就必須對上述設計參數進行在線修正。

      4.3 實現寬量程蒸汽計量的條件

      采用低壓損耐磨損的廓型節流件（標準噴嘴、長徑噴嘴），配套寬量程智能差壓變送器以及具有現場總線通訊功能和節流裝置計算參數在線修正功能的流量顯示儀表或二次設備，在飽和蒸汽、過熱蒸汽計量應用中均可實現寬量程流量計量。

      5 對計量儀表的要求

      5.1 差壓變送器

      選用量程范圍寬、精度高的差壓變送器對蒸汽流量計量至關重要，寬量程（100：1）智能型差壓變送器和多參量變送器均能實現高精度差壓測量。但在模擬方式下，信號的變送，傳輸，隔離以及二次設備對模擬信號的轉換處理均會產生一定的誤差。而智能變送器的現場總線通訊方式，可以限度地發揮其高精度測量的優勢。在節流裝置寬量程蒸汽流量計量中，獲得準確的差壓參數值，是進行節流件設計參數在線修正的先決條件。但是，使用數據通訊方式讀取差壓測量值需要二次設備，特別是流量顯示儀表的配合。

      5.2 流量顯示儀表

      顯示儀表是蒸汽計量系統中完成各種復雜運算，實現流量累積的關鍵設備。本公司提供的節流裝置寬量程蒸汽流量計量系統，還承擔對節流件設計參數的修正運算工作。從公式2-1中可以看出，節流件的主要設計參數C、ε、d₂₀、β等在工況條件下均為變量，單純修正某一個參數很難解決實際問題。因此，要求顯示儀可以實現節流裝置設計計算標準GB/T2624-1993（ISO5167）中關于節流件設計的全部運算過程。包括蒸汽密度的溫度、壓力補償，流出系數，可膨脹系數計算和對節流件開孔徑以及β比的修正運算。同時，顯示儀表應有較高的數據采集和轉換精度，才能保證計算結果的真實性。為了獲得準確的差壓、壓力、溫度測量數據，顯示儀表采用現場總線數據通訊的工作方式是非常必要的。

      6 關于節流件

      蒸汽計量中應用最多的是節流孔板．孔板在運行過程中容易出現邊緣磨損、變形、密封面滲漏等問題，這將導致在相同工況條件下差壓下降，最終引起計量數據出現負偏差，降低檢測精度。

      廓形節流件，如標準噴嘴、長徑噴嘴的耐磨損性能都優于孔板，在高溫高壓環境中的穩定期較長，非常適合于蒸汽測量。采用標準噴嘴不僅可以有效降低磨損對計量準確度的影響，同時也可以大大降低節流件的壓力損失。

      定值節流件是指每種通徑的測量管道配以有限數量的節流件，節流件的直徑比（β值）按優先數系選用，每種通徑配3~5種β值節流件。定值節流件有許多特點，如改變節流件對號入座便于快速采購和儲備維修備件。同時定值節流件可以大批量生產，降低生產成本，為擴大使用創造條件。

      7 總結

      節流裝置是一種歷史悠久、應用極為廣泛的傳統蒸汽流量計量設備。科學地選用測量設備、計量方法和流量顯示儀表，可以有效地擴展蒸汽流量計量的測量范圍，提高系統計量準確度。智能化測量儀表、專業化流量顯示儀表和現場總線技術的應用，是今后檢測與計量系統發展的必然方向，并將賦予經典節流裝置更強的生命力。