HLWG彎管蒸汽流量表：

1 彎管流量計測量系統的組成

彎管流量計屬于差壓式流量計的范疇，其測量系統主要由三大基礎部件組成，它們是彎管傳感器、差壓變送器、二次表（主機），針對不同的具體的測量對象，還需要配臵不同的輔助設備或者配套儀表，組成具體的測量系統。彎管流量計在測量蒸氣流量時，為了解決蒸氣的在線密度補償，需要配臵蒸氣的壓力和溫度的測量裝臵。包括：壓力變送器和溫度測量組件。其中，溫度測量組件包括：溫度變送器；與溫度變送器配套的鉑熱電阻或者是熱電偶；安裝使用的保護套管和凸臺等等。為了解決蒸氣冷凝液液面的穩定，還需要配臵專用的盤式冷凝器等等。
2 蒸汽的性質特點和對流量測量的影響
蒸汽分為飽和蒸汽和過熱蒸汽。飽和蒸氣又分為理想飽和蒸氣（俗稱干蒸氣）和濕飽和蒸氣。在流量測量過程中，蒸氣的性質有時會產生變異，也就是說，它們之間可能會相互轉換，這對蒸氣流量的準確計量帶來困難。
2.1 蒸氣的密度
準確確定蒸氣的在線密度是確保蒸氣流量測量精度的*重要的因素之一。
2.1.1 飽和蒸氣的密度
水經過加熱蒸發生成的蒸汽就是飽和蒸汽。飽和蒸汽的溫度與壓力之間有著嚴格的一一對應關系。飽和蒸汽的密度可以是其溫度或者是其壓力的單一函數。根據飽和蒸汽的溫度值或者是壓力值可以計算出準確的飽和蒸氣的密度。
在實際的應用中，理想的干飽和蒸汽幾乎是不存在的。也就是說，真實的飽和蒸汽必然會帶有一部分飽和水，即使是性能非常良好的飽和蒸汽鍋爐生產出的飽和蒸汽也會帶有少量的飽和水。這是因為飽和蒸汽鍋爐的汽包中飽和蒸汽和飽和水是共存的，從飽和水中蒸發出來的飽和蒸汽雖然經過汽水分離器將大部分飽和水分離析出，但汽水分離器的工作效率不可能達到****，飽和蒸汽中必然會帶有一小部分的飽和水。合格的飽和蒸汽鍋爐生產的飽和蒸汽其帶水量大致在3～5％之間（重量比）。另外，飽和蒸汽經過管道輸送之后，由于蒸汽溫度的下降，會使飽和蒸汽中含有的
飽和水量增加，飽和蒸汽的濕度進一步加大；反之，由于蒸汽壓力的降低，會使一部分飽和水閃發變成飽和蒸汽，使飽和蒸汽的濕度減小。以上兩種變化所獲得的結果是相反的。運行條件的不確定使飽和蒸汽中含有的飽和水份額不能準確地確定。飽和蒸汽中含有的飽和水雖然體積很小，其質量卻很大，飽和水的存在對飽和蒸汽實際密度的影響特別巨大，飽和蒸汽流量的**測量由于其密度的不確定而變得十分困難。所以大家都認定飽和蒸汽流量的**測量是“世界難題”。
2.1.2 過熱蒸氣的密度
過熱蒸汽是將飽和蒸汽進行再加熱后獲得的一種具有特殊品質的蒸氣。它打破了飽和蒸汽所固有的溫度與壓力嚴格一一對應關系。也就是說，在固定的蒸汽壓力條件下，凡是溫度超過對應壓力條件下飽和溫度的蒸汽都被稱為過熱蒸汽。由于過熱蒸汽具有過熱度，因此在輸送和流量測量過程中一般不容易發生性質變異（不容易產生冷凝水），在流量測量過程中可以將過熱蒸汽作為單一介質看待。
過熱蒸汽的密度是其溫度和壓力的綜合函數，密度值可以根據過熱蒸汽的溫度值和壓力值通過過熱蒸汽密度計算公式準確計算獲得。采用在線溫度、壓力密度補償的方法可以獲得準確的過熱蒸汽密度，可以保證在過熱蒸汽流量測量過程中不會因為密度的問題帶來額外的測量誤差。
2.2 蒸氣的流速
管道中蒸汽的實際流速一般都比較大，在正常流量條件下，蒸氣在管道中的經濟流速在40～70m/s之間。蒸氣流速高達100m/s以上也不鮮見。
高速蒸汽對于流量測量元件的影響主要表現為：磨損和沖擊。彎管傳感器流道通暢，不容易產生磨損。同時，彎管傳感器對于微量磨損不敏感。另外，彎管傳感器中不存在節流件和插入件，因此，對于管道中可能存在的沖擊（水錘現象）影響不大。
彎管流量計的以上特點與孔板流量計有較大的區別。孔板對磨損特別敏感（入口銳角），孔板由于是節流件，對于管道中可能產生的水錘沖擊影響巨大。很多實際使用的蒸氣孔板，往往都會或多或少地產生變形（成為碗形）就是由于管道中水錘沖擊造成的。所有這些都會直接影響孔板流量計的測量精度。
由于一般實用管道的蒸氣流速都比較高，即使選擇與工藝管道相同尺寸的的彎管傳感器，它產生的差壓值也已經足夠大。在采用彎管流量計測量蒸氣流量的系統中一般不存在選擇差壓變送器量程范圍困難的問題。
2.3 蒸氣的高溫和高壓
高溫、高壓的蒸氣在流量測量過程中對于測量裝臵的要**非常高的。主要表現在：傳感器材
質；安裝的可靠性和安全性；防止發生跑冒滴漏；防止高溫蒸氣對于測量元件的影響等等。
彎管傳感器具有各種材質的品種可供選擇。在高溫、高壓的蒸氣管道上安裝使用的彎管傳感器*可以選用與工藝管道相同材質的彎管（傳感器）。這樣的選擇就很好地解決了所謂的材質問題。
為了保證彎管傳感器安裝的安全、可靠，我們可以采用直接焊接的方式進行安裝。具體的方法就是將彎管傳感器直接和工藝管道焊接在一起。這樣的安裝方式完了蒸氣流量測量過程中可能出現的跑冒滴漏的問題。之所以彎管傳感器可以采用直接焊接的方式進行安裝是建立在彎管傳感器具有良好的耐磨性能，可以長周期、高精度、高穩定性工作的基礎之上的。
孔板蒸汽流量計為了解決跑冒滴漏的問題，在市場上曾經出現過一種焊接式孔板。但是，由于孔板不具備耐磨的特性，它的檢修周期*長只有一年。焊接式孔板是以損失流量計測量精度為代價來解決蒸氣的跑冒滴漏問題，這當然不是一個好辦法。因此，這樣結構形式的焊接式孔板*終不為人們所接受而逐漸銷聲匿跡。
2.4 蒸氣的冷凝
蒸汽是由水加熱蒸發生成的。對于差壓式流量測量裝臵而言，差壓式傳感器（包括：孔板、彎管、均速管等等）必須通過導壓管與差壓變送器連接，將傳感器產生的差壓信號送入差壓變送器進行信號轉換。那么處于導壓管中的蒸汽會因為與環境換熱而冷凝成為冷凝水。
在蒸汽流量測量過程中，如何妥善解決由于冷凝水的生成而帶來的一系列問題。這是需要我們特別的注意問題。
2.4.1 如何保證正負導壓管中冷凝水液面的平衡和穩定
保證兩根導壓管中冷凝液液面處于同一高度是保證蒸氣流量測量裝臵準確測量的前提條件。如果兩根導壓管中的冷凝液液面高度不相等，那么，冷凝液液柱的高度差會使差壓變送器接受一個附加的差壓值，這個差壓值將使蒸氣流量測量的精度大受影響。
2.4.1.1 冷凝罐工作狀態分析
傳統的流量測量裝臵（如：孔板蒸汽流量計、噴嘴蒸汽流量計等等）在測量蒸汽流量時都配有冷凝罐作為保證導壓管中冷凝液液位平衡和穩定的器件。
冷凝罐有兩個接口，處于下面的一個接口是通過導壓管與差壓變送器連接的；處于側面的另一個接口則與流量傳感器的取壓孔連接。由于差壓變送器在工作中處于封閉狀態，冷凝罐實際上只有一個與流量傳感器連接的通孔，我們習慣稱只有一個通孔的容室為盲室，冷凝罐就是一個盲室，它只有一個與流量傳感器聯通的通道。
冷凝罐的理想工作狀態應該是這樣的。蒸汽在冷凝罐中因為與環境換熱而不斷冷卻，如果蒸汽
冷卻后的溫度低于該蒸汽壓力下的飽和溫度時，就會有一部分蒸汽冷凝成水析出。于是，冷凝罐中的冷凝水液位不斷抬高，一直達到與傳感器連接的水平接口處。繼續冷凝成為多余的冷凝水會通過與傳感器連接的水平導壓管返回流量傳感器（蒸汽管道），冷凝罐中的冷凝水液位保持穩定不變。如果正負兩側的冷凝罐側面的連接孔處于同一水平狀態，則兩側冷凝罐中的冷凝水液位高度就相等。這就是冷凝罐保證冷凝液液位平衡的基本構想。
在運行過程中，冷凝罐中冷凝水與蒸汽相接觸部分的蒸汽和冷凝水都處于飽和狀態。由于管道中蒸汽壓力的突然變化會引起冷凝罐中部分飽和蒸汽突然冷凝（蒸汽壓力增加）或者是部分飽和水突然閃發（蒸汽壓力降低）。為了使突然冷凝或者閃發造成的冷凝水液位變化盡可能小，增加容器的截面積是一個可取的方法。冷凝罐截面積相對于導壓管來說大得多，有利于維持冷凝水液位的相對穩定。這是選擇冷凝罐的另一個重要理由。
2.4.1.2 實際冷凝罐工作狀態的分析
如果被測蒸汽為飽和蒸汽或者是過熱度很低的過熱蒸汽。冷凝罐中的蒸汽與環境換熱后有多余的冷凝水產生。為了維持冷凝罐中冷凝水液位的穩定，多余的冷凝水必須要流回蒸汽管道。多余冷凝水通過導壓管流回蒸汽管道的條件是：這段導壓管必須處于水平狀態或者有一點點傾斜度，該傾斜度使冷凝水容易流回蒸氣管道。傳統的安裝模式卻不能保證這個條件必然成立。
首先是在這段水平導壓管中間安裝有一個根部閥。根部閥一般都選擇耐壓性能比較好的針型閥。針型閥的流通通徑特別小，且流通通道還存在彎曲，冷凝水在這里自由流動是極其困難的；同時，多余冷凝水流動的動力非常小，它是依靠冷凝罐中存在的一點點液柱高度來完成流動的，由于導壓管的內徑只有一般只有10mm左右。冷凝水又有相當大的表面張力，極容易形成水環，阻塞冷凝水流動。因此，在水平導壓管中形成水環阻塞是十分容易發生的事。一旦流道中存在水環阻塞了液體的自由流動，那么就會出現以下的情況。
因為冷凝罐是節流盲室，節流盲室只有一個通道，它既是冷凝水的流通通道，又是冷凝罐蒸汽空腔與流量傳感器之間蒸氣壓力平衡的通道。在導壓管形成水環，阻塞冷凝水流動時，此時冷凝罐中蒸汽會繼續冷凝成冷凝水，冷凝罐中原有的蒸氣空間的壓力就會因為蒸汽的冷凝而下降，它會進一步限制多余的冷凝水流向流量傳感器。相反，它會使冷凝液流入冷凝罐。同時，傳感器中的蒸汽會穿透密封水柱進入冷凝罐蒸汽空腔補充壓力的損失。這樣反復的結果是冷凝罐中多余的冷凝水非但不會流回流量傳感器，而*終冷凝水會充滿冷凝罐的蒸汽空腔。
冷凝罐處于注滿冷凝水的工作狀態下，雖然不會造成冷凝水液位的不平衡和不穩定，但是，冷凝罐的作用在這里并沒能體現。嚴格地說，此時有無冷凝罐似乎并不重要。
的蒸氣是過熱度很高的過熱蒸汽，之前有冷凝水產生。其結果是：處于水平管近端（與彎管傳感器連接）導壓管中的介質必然是過熱蒸汽，而處于導壓管遠端中的介質必然是冷凝水。蒸汽和冷凝水的交界面必然處于水平導壓管中間的某一點上，具體位臵對于冷凝水液柱的高度無關。管道中蒸汽壓力、溫度的變化或者是周圍換熱條件的變化使水平導壓管中的部分冷凝水閃發或者是部分蒸汽冷凝只會使水汽交界面在水平導壓管中來回移動，它不會造成冷凝水液柱高度的變化。這是因為這根導壓管處于水平狀態下工作的緣故。這樣就保證了導壓管中冷凝液液面的平衡和穩定。
足夠長的水平導壓管安裝、使用都不方便，如果能夠將足夠長的水平導壓管給它盤起來。加工成為一個水平盤管使用就十分方便、合理。這就是水平盤管產生的原因。
2.5 保溫和伴熱
處于寒冷地區的流量測量裝臵，差壓變送器和導壓管中的冷凝水容易結冰，造成系統無法正常工作。保溫和伴熱就是蒸氣流量測量必須要考慮的技術措施。
蒸氣流量計測量系統采用保溫和伴熱是一件十分困難的事。因此，在可能的情況下，將流量測量裝臵安裝在環境溫度較高的室內是寒冷地區*佳的選擇。
在采取伴熱、保溫方案時，要特別注意處于垂直狀態條件下的正負導壓管所處溫度的一致性。這是因為導壓管中（冷凝）水的密度是溫度的函數。如果處于垂直狀態下的兩根導壓管工作在不同的溫度條件下，管內的冷凝水密度是不一樣的。工作溫度差異越大，產生的附加差壓值就越大；垂直距離越高，產生的附加差壓值就越大。這個問題必須引起我們的高度重視。
解決這個問題的方法是：將處于垂直狀態的正負壓兩根導壓管和伴熱管組合在一起，并保持它們之間有相同的間隔距離，使兩根導壓管中的冷凝水處于同樣的溫度狀態下工作，保證不會因為管道內水的密度不同引起測量偏差。 之所以強調處于垂直狀態下的導壓管而不重視水平導壓管的溫度差，是因為水平導壓管中液體的溫度變化引起的密度變化不會造成差壓值的變化，不會造成測量的附加誤差。
3. 彎管傳感器結構形式的選擇
3.1 “S”型彎管傳感器是蒸氣流量測量系統的優選
彎管傳感器有兩種結構形式，安裝在九十度折彎處的“L”型彎管傳感器和安裝在直管上的“S”型彎管傳感器。由于蒸氣介質的特殊性，在蒸氣流量測量系統中，選擇那一種彎管傳感器對于保證流量測量結果是有一定的影響的。
“S”型彎管傳感器可以安裝在任意空間狀態的直管上工作，且能夠保證兩個取壓孔一定可以
處于同一水平位臵上。這樣的安裝模式可以保證蒸氣冷凝液液位始終處于相同的水平面上，這時不需要對差壓變送器進行任何的遷移或補償，使系統的工作簡單、方便、準確。因此，“S”型彎管傳感器是蒸氣流量測量中優選的彎管傳感器。
如果，現場必須安裝“L”型彎管傳感器，那么，“L”型彎管傳感器的安裝狀態是必須注意的一個問題。
水平安裝的“L”型彎管傳感器，它的兩個取壓孔同樣可以處于水平的狀態工作。同樣可以保證兩根導壓管中冷凝液液面的平衡和穩定。這樣的安裝方式也可以不考慮對于差壓變送器的遷移和補償。水平安裝是采用“L”型彎管傳感器優選的安裝模式。
3.2 處于垂直安裝狀態下工作的“L”型彎管傳感器
垂直安裝的“L”型彎管傳感器，它的兩個取壓孔不處在同一水平上。兩個取壓孔之間存在一個高度差。取壓孔位臵高度差的存在使兩根導壓管中冷凝液液面存在一個高度差。這樣的安裝方式必須考慮對于差壓變送器進行相應的遷移和補償才能夠保證系統的正常工作。
遷移的數值當然是兩個取壓孔位臵高度差與冷凝液密度的函數。問題是冷凝液密度是環境溫度的函數，而環境溫度并不是一個固定值。于是，這樣的測量方法必然會帶來附加的偏差。當環境溫度差異很大時，需要對差壓變送器的遷移值進行實測校準，盡可能減小誤差的產生。
在條件允許的情況下，我們應該盡可能的避免使用垂直安裝的“L”型彎管傳感器。
4 現場彎管傳感器的改造使用的可能性分析
由于蒸氣的特殊性，尤其是高溫、高壓的過熱蒸氣，它對于管道的材質、焊接的要求都十分嚴格。是否能夠利用原有工藝管道上的彎管改造成為彎管傳感器使用是一種值得推薦的方案。我們在這方面積累了大量的經驗可供借鑒。采用現場改造的方案實施彎管流量計測量其*大的優點是：方便、可靠、節約。
5 測量系統的組成
5.1 彎管傳感器
彎管傳感器是彎管流量計中*基本的系統配臵，由于蒸汽介質的特殊性，必須注意彎管傳感器的耐壓和耐溫的特殊要求。對于高溫、高壓的蒸汽介質還要注意傳感器受熱膨脹可能帶來的應力集中，保證傳感器的運行安全。
5.2 二次表
彎管流量計配臵有專用的二次表，它具備測量蒸汽介質所有的補償、修正、運算、存儲、輸出等等功能。它可以是盤裝形式或者是掛裝形式。
為了與計算機直接連接，我公司還開發出一種流量轉換卡，它的體積非常小，可以在卡條上實行密集式安裝。除沒有顯示功能之外，二次儀表的所有功能它都具備。使用十分方便。
5.2 三閥組件
新型的差壓變送器生產廠商已經明確承諾，在不使用三閥組件的條件下仍然可以保證差壓變送器的正常工作，使現場使用更加方便，故障率更低。但是，對于蒸汽介質而言，由于其工作壓力和工作溫度都比較高，為保證操作安全，差壓變送器必須配臵三閥組件才能使用。
6 其它注意事項
6.1 排氣操作
測量蒸汽流量時，為了保證蒸汽冷凝水能夠*充滿導壓管和差壓變送器的測量室，必須要進行排汽操作。排汽操作的要點是用蒸汽將導壓管中的空氣*吹掃干凈，只有這樣才能夠達到保證蒸汽冷凝水能夠*充滿導壓管和差壓變送器的測量室的要求。
6.2 排污閥的配置
排汽操作是由排污閥來完成的。因此，測量蒸汽流量的彎管蒸汽流量計系統必須配臵排污閥。對于被測介質是高溫、高壓的過熱蒸汽時，排污閥*好采用雙閥結構（將兩個排污閥重疊安裝使用），保證不發生排污閥泄漏，以免影響系統的正常運行。處于前面的一個排污閥是截止閥，在操作時是先開后關；處于后面的一個排污閥是阻流操作閥，在操作時是先關后開。排污時蒸汽對于排污閥的磨損都由后面的排污閥承擔，保證操作安全。
6.3 溫度測量保護套管
除品質不太高的飽和蒸汽其溫度測量保護套管可以用普通的直管型不銹鋼保護套管外，過熱蒸汽溫度測量保護套管必須采用耐高溫、高壓的錐形保護套管。以250℃作為區分的界線。
6.4 溫度測量元件的選擇
溫度測量元件一般有兩種：熱電偶和電阻體。也以250℃作為區分的界線，大于250℃的被測介質用熱電偶測溫比較合適，小于250℃用電阻體測溫比較好。
6.5 根部閥
根部閥安裝在盤式冷凝器下部出口管上，使它工作在溫度比較低的冷凝水介質中，這樣可以改善根部閥的工作環境，大大增加它的使用壽命。