王 強/宜興市計量檢定測試所

0 引言

近年來，渦街流量計開始步入過熱蒸汽流量測量領(lǐng)域，并取得了一些令人滿意的效果。渦街流量計發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣是不少流量計所不及的。究其原因，還是由其自身特點所決定的。渦街流量計不存在零位漂移，無可動部件，高可靠性，量程范圍較寬，測量準(zhǔn)確度高，壓力損失小[1]（僅為節(jié)流式差壓流量計的1/4～1/2）。將渦街流量計應(yīng)用到過熱蒸汽計量中，可充分發(fā)揮其優(yōu)勢。因此，處理好現(xiàn)場應(yīng)用中影響渦街流量計準(zhǔn)確度的因素，渦街流量計是一種非常有前途、準(zhǔn)確可靠的過熱蒸汽計量方式。影響渦街流量計在過熱蒸汽計量中準(zhǔn)確度的因素較多，本文從二次儀表的角度給出了相應(yīng)改進措施和修正方法。

1 二次儀表輸入信號選擇

渦街流量傳感器的常用輸出信號（即二次儀表的輸入信號）形式為脈沖信號或4～20 mA直流電流信號，現(xiàn)在市場上的渦街流量計已有同時輸出脈沖信號或者4～20 mA直流電流信號的產(chǎn)品，兩種信號輸出各有其優(yōu)劣。頻率信號為傳感器產(chǎn)生的原始信號，但在傳輸過程中易受到干擾，特別是現(xiàn)場有振動源、大功率電氣設(shè)備[2]等干擾源存在的情形尤其要引起注意，部分渦街流量計在不通流的情況下仍然出現(xiàn)流量示值，或者工況穩(wěn)定時出現(xiàn)流量示值突然增大，正是由干擾源引起的；電流信號在傳輸過程中不易受到干擾，但由于電流信號要通過F/I頻率電流轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換而來，而這一過程中至少要損失0.02%的準(zhǔn)確度。所以選型時應(yīng)該充分考慮現(xiàn)場的環(huán)境條件，選擇合理的儀表。

2 壓力測量校準(zhǔn)

在壓力變送器滿足準(zhǔn)確度等級的前提下，壓力測量的可靠性主要受引壓管設(shè)置的影響。一般情況下，供熱單位在鋪設(shè)管路和安裝儀表的時候，為了更方便地校驗和維修儀表，壓力變送器安裝位置與管道取壓口往往不在同一高度，由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用，使壓力變送器測得的壓力值和蒸汽的實際壓力值之間會有偏差。以壓力變送器在取壓口的下方2 m為例，假定引壓管內(nèi)冷凝水高度為1 m，則壓力變送器示值會偏高9.8 kPa。以實際壓力為0.5 MPa，溫度為170℃的過熱蒸汽為例，壓力示值偏高導(dǎo)致的二次儀表查表計算得到的密度值比真實密度值偏高2.04%，導(dǎo)致質(zhì)量流量相應(yīng)也偏高。對引壓管內(nèi)冷凝液影響的校準(zhǔn)，最方便的方法是在智能二次儀表中，將壓力量程設(shè)置為- 9.8 ～ 1 590.2 kPa（壓力變送器量程為0～1.6 MPa）即可，既省力省時、又準(zhǔn)確方便。當(dāng)然要準(zhǔn)確對壓力測量校準(zhǔn)，需要對管道特別是引壓管路進行充分保溫，然后在穩(wěn)定工況下，使用同一只壓力變送器在安裝位置A和校準(zhǔn)位置A′分別進行測量，A處壓力值減去A′壓力值即可獲得冷凝水的重力作用引起的壓力偏差，如圖1所示。

3 高溫蒸汽對儀表系數(shù)的影響

渦街流量計的儀表系數(shù)（個脈沖/m3）一般是在實驗室的常溫空氣中標(biāo)定得到的，現(xiàn)場使用時渦街傳感器處于高溫蒸汽介質(zhì)中，測量管內(nèi)徑和發(fā)生體的寬度都會由于熱膨脹而改變尺寸[3]，進而影響渦街流量計的儀表系數(shù)，所以應(yīng)對儀表系數(shù)進行修正，依據(jù)傳感器和測量管材質(zhì)的不同，可參考生產(chǎn)廠家提供的儀表系數(shù)隨流體溫度變化的關(guān)系式，并將其置入二次積算儀表中。例如：國內(nèi)某廠家給出的關(guān)系式為Kt= [1-4.8×10-5(t-t0)]Km，Kt：蒸汽溫度為t時的儀表系數(shù)；t0：儀表標(biāo)定時的介質(zhì)溫度，可參考相應(yīng)的檢測報告；Km：實驗室條件下標(biāo)定得到的儀表系數(shù)。如果現(xiàn)場溫度工況穩(wěn)定，接近于定溫，也可直接將計算得到的新儀表系數(shù)Kt置入二次積算儀表，這對于無法通過編程方式置入上述關(guān)系式的二次積算儀表也更為方便。如果不進行儀表系數(shù)修正，以170 ℃的過熱蒸汽為例，假定渦街流量傳感器是在20 ℃的空氣環(huán)境中標(biāo)定的，按照上述關(guān)系計算，由于受熱膨脹將使儀表系數(shù)偏移-0.72%，如果仍按照標(biāo)定時的儀表系數(shù)（比使用現(xiàn)場的儀表系數(shù)大）進行積算，將使積算值偏低，并且蒸汽的溫度越高，偏低量也越大。由此可見，不對儀表系數(shù)進行校準(zhǔn)帶來的偏差還是相當(dāng)可觀的。

圖1 壓力測量校正示意圖

4 儀表系數(shù)非線性校準(zhǔn)

一般情況下，渦街流量計的儀表系數(shù)是在實驗室環(huán)境下校準(zhǔn)得到的單一值，該值是Qmax、0.4Qmax、0.2Qmax（Qmax：最大流量值）三個流量點的儀表系數(shù)中最大值與最小值平均之后得出的，對于線性度不好的渦街流量計，當(dāng)流量波動偏離儀表系數(shù)中間值對應(yīng)的流量點時，將不可避免地產(chǎn)生誤差。特別是對于大流量貿(mào)易結(jié)算，百分之一的誤差就可能引起巨大的貿(mào)易差額，因此為了維護供需雙方的公平利益，需要有更高準(zhǔn)確度的計量等級，建議配置帶儀表系數(shù)非線性校準(zhǔn)的智能二次儀表，目前國內(nèi)已有廠家在使用六點、五段非線性修正儀表系數(shù)校正方法。主要原理是將實驗室條件下標(biāo)定得到的多個流量點（個數(shù)由儀表的線性度來決定，一般來說，線性度差的儀表個數(shù)要多一點，反之則可相應(yīng)減少）的儀表系數(shù)及各點對應(yīng)的頻率值置入智能流量積算儀中，這樣就能獲得比單一儀表系數(shù)更高的測量準(zhǔn)確度，而且各個點的準(zhǔn)確度都能得到相應(yīng)提高，不失為一種提高測量準(zhǔn)確度的好辦法。

5 結(jié)語

影響渦街流量計在過熱蒸汽計量中準(zhǔn)確度的因素還有很多，包括日常維護保養(yǎng)、定期校驗比對等等，本文僅從二次儀表的角度，分析了主要幾個因素?？傊?，要提高渦街流量計在過熱蒸汽計量中的準(zhǔn)確度，選擇一臺智能、可編程的二次儀表是必不可少的，并用二次儀表對實際測量進行相應(yīng)的修正，消除影響渦街流量計在過熱蒸汽計量中準(zhǔn)確度的不利因素，真正用好二次儀表。

[1]蔡武昌, 孫淮清, 紀(jì)綱. 流量測量方法和儀表的選用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]姜仲霞, 姜川濤, 劉桂芳. 渦街流量計[M]. 北京：中國石化出版社，2005.

[3]紀(jì)綱. 流量測量儀表應(yīng)用技巧[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.