高流速蒸汽对涡街流量计的影响

　　目前,HD-LU涡街流量计广泛运用在蒸汽计量上。HD-LU涡街流量计是一种发展比较成熟的流量计,其主要优点有:无可动部件,结构简单牢固,安装方便,维护费用较低,量程比一般在10∶1以上,精度也相对较高,测量气体一般在1.0级到1.5级之间,测量液体一般在1.0级。
在多年的检定工作中,我们发现有人使用了一个HD-LU蒸汽涡街流量计的漏洞,在保持HD-LU涡街流量计计量管段原封不动的情况下,只在蒸汽出口处做文章,即可致使HD-LU涡街流量计计量严重偏小。图1中我们看到在HD-LU涡街流量计计量段,没有任何修改,而在其后的大型储气罐却大有文章。整个系统根据储气罐内压力变化来对前后阀门分别进行自动控制,从而进行一套充气、放气、再充气、放气的循环操作。
整个循环过程是:开始时,储气罐是空的,阀门1、阀门2都关闭。然后阀门1快速打开,上游0.8MPa的过和热蒸汽剧烈充入空罐。然后储气罐充气渐满,压力升高至一定压力后,关闭阀门1,打开阀门2,让储气罐中蒸汽排出以供使用。这样操作的目的主要是使大部分流过HD-LU涡街流量计的蒸汽以极高流速通过。 图1为什么这样会使蒸汽流速达到非常高的程度呢?而HD-LU涡街流量计在高流速下计量会有什么问题呢?1分析蒸汽的流速临界压力比是分析管内流动的一个重要数值,蒸汽在出口外的背压pb与临界界面前的进口压力P1之比小于或等于临界压力比时,在临界截面上,蒸汽流速达到临界值音速c。临界压力比:γcr=水蒸气音速:c=kpv当过流气体为过热蒸汽时:k=1.3,γcr=0.546pcr称为:临界压力。
所以我们得到:通过降低背压比,能让通过蒸汽的流速提升到相对于HD-LU涡街流量计来说非常高的程度,甚至达到音速,过热蒸汽音速可以达到500m/s以上。从热网过来的蒸汽压力一般高于0.8MPa,而在 储气罐开始充气时,罐内压力几乎为常压。根据蒸汽的临界流原理。蒸汽管道和容器的前后压力比只要低于临界压力比γcr=0.546,那么管内蒸汽的流速将达到音速。
在这个案例里,储气罐内压力按充气阶段中后期才逐渐升高到的0.4MPa来计算,背压比为0.5。也就是说,在大部分蒸汽通过阶段,背压比都小于0.546,蒸汽的流速都保持在音速,音速是大大超过HD-LU涡街流量计测量流速上限的。通过这样一个办法,即能大幅度提高通过HD-LU涡街流量计的蒸汽流速,致使HD-LU涡街流量计计量严重偏少。不法用户还狡辩,我的所有计量器具都通过了国家法定计量检定机构的检定。确实,这种情况,单是检定流量计是无法发现问题的。我们可以判断,介质的高流速对HD-LU涡街流量计的计量性能产生了很大的影响致使其计量不准。为什么这么说呢?我们再来分析气体的高流速对HD-LU涡街流量计的影响。
HD-LU涡街流量计工作原理在流体中安放漩涡发生体,流体在漩涡发生体两侧交替地分列出两列有规律的交错排列的漩涡,在一定雷诺数范围内,该漩涡的频率与漩涡发生体的几何尺寸有关,所产生的漩涡频率f正比于流量,此频率可由各种传感器检出。图2HD-LU涡街流量计就是利用卡门涡街原理,得到如下关系:f=(Sr•)b式中:b——阻流件的宽度,m;——流经流量计的流体平均流速,m/s;f——旋涡的频率,Hz;Sr——斯特罗哈尔数(无量纲)。斯特罗哈尔数为无量纲参数,它与漩涡发生体的形状及雷诺数有关。图3所示为三角柱漩涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系。在ReD=2×104~7×106范围内,斯特劳哈尔数可视为常数。我们使用的HD-LU涡街流量计都是在斯特劳哈尔数视为常数的这个范围内设计的。