蒸汽的测量和调节

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中国石化北京化工研究院,蒸汽的测量和调节,1、引言,2、蒸汽测量的现状,3、蒸汽测量的发展,4、蒸汽的调节,5、结束语,1、,引言,水蒸汽作为一种重要的能源物质被广泛地使用，由于水蒸汽绝大多数是由于燃烧不可再生的一次能源如煤、油、天然气等而得到的，因此，水蒸汽的产生必然减少有限的矿产资源，并使环境恶化，同时，能源的消耗就意味着产品成本增加。因此，近十多年来，生态环保意识逐步增强，加强管理，节约能耗，全面降低生产运行成本，提高产品竞争力，已成为企业生存与发展之必须。通常蒸汽的使用在企业的能耗中占较大的比重，自然企业对蒸汽的计量,和调节,十分重视，并提出了很高的要求，对测量的精度、测量的内容(如质量、热量)及相关信息，以适应现场信息与管理调度集成化的发展需要。,2、,蒸汽测量的现状,2.1、,蒸汽流量测量的特点,2.2、,蒸汽流量测量的原理,2.3、,可用于测量蒸汽的流量计,2.4,、,几种蒸汽流量计及其新发展,2.5、,目前存在的问题以及改进方法,2、,蒸汽测量的现状,水通常以液态存在，在一定的压力下加热就会变成蒸汽，这时的蒸汽为饱和蒸汽。在某一状态下的饱和蒸汽压力和温度有一对应关系，温度升高对应的饱和蒸汽压力也将升高，反之亦然，饱和蒸汽的密度与压力(或温度)一一对应；当压力一定时，加热蒸汽使之温度继续升高，则这时的蒸汽就变成了过热蒸汽，过热蒸汽的密度与压力和温度有关，锅炉产生的饱和蒸汽通常含有一定的水分颗粒，因此叫做湿饱和蒸汽，而不是干饱和蒸汽。,2.1、蒸汽流量测量的特点,过热蒸汽、饱和蒸汽、湿饱和蒸汽，以及湿饱和蒸汽的湿度，这些对准确测量蒸汽的质量非常重要。,测量要求为精度、稳定性、量程比、压力损失特性及信息可传递性。,测量内容为质量瞬时流量、质量累积量、热量瞬时流量、热量累积量、差压、压力、温度。,2.1、蒸汽流量测量的特点,蒸汽质量流量的测量是通过测量节流元件不同部位引出的压差或通过测量蒸汽的流速，以及间接求得蒸汽密度来实现的。蒸汽的热流量测量是以蒸汽质量流量测量为基础的，质量流量乘以蒸汽热焓而得到的。蒸汽的密度(热焓)通过测量蒸汽的温度和或压力，通过一定数学公式计算求得，也可通过自动查表求得，后一种方法精确度较高。蒸汽湿度的测量目前还不现实，只能估计。,2.2、蒸汽流量测量的原理,按流量计原理及结构可分为：差压式流量计-孔板、喷嘴等,、,均速管流量计(阿纽巴,Annubar,),、,弯管流量计,、,分流旋翼式。流体振动式流量计-涡街流量计,、,旋涡进动式流量计,、,射流流量计。,按一次检测仪表与流量二次仪表是否一体可分为：一体型,和,分离型。,2.3、可用于测量蒸汽的流量计,(1),、,节流式流量计,差压型流量计一般是由节流装置、变送器这两部分组成，节流装置常见的有孔板、喷咀等。节流装置的作用是使流经的液体收缩且在其上、下游产生差压，根据伯努利能量守恒定律和连续性方程可以得出。,近年来国内市场出现了差压发生体和智能差压流量变送器一体化的产品。它是将变送器直接与节流装置(如孔板、喷咀、均速管等)装配在一起，不仅省略了现场布引压管线工程，改善动态特性，减少维护工作和故障率，降低初置费用，而且智能型的差压流量变送器能即时计算各工况下的介质参数，使流量得到及时补偿，从而提高了测量精度，扩大了测量范围，通常范围度可达8：1，精度达10，这是传统流量所不能达到的。,2,.4、几种蒸汽流量计及其新发展,(,2,),、,涡街流量计,涡街流量计是振荡型流量仪表的典型代表，它是在流体前进方向上放置一线形物体，液体在该物体后方形成两列规则的非对称旋涡列，旋涡列的频率与流速成一定比例，通过测量频率而达到对流体体积的测量。,这种测量方法的特点是管道内无可动部件。读数重复性好，可靠性高，使用寿命长，线性测量范围宽(气体约为30：1，液体约为10：1)，几乎不受温度、压力、密度、粘度等变化的影响，压力损失小，精度高(约为05)，其工作温度可达-40-+400，工作压力可选30,MPa,以上,。,2,.4、几种蒸汽流量计及其新发展,在许多领域，流速的不稳定性和压力的波动性及机械震动导致了信噪比下降，影响了涡街流量计的使用效果。为此，人们做了大量工作试图改善这种流量计的抗干扰性能，如增强钝体硬度和使用微处理器控制的自适应低通滤波方法来改善流量计的信噪比，并采用了自适应低频信号截止辩识器，使流量计的可靠性得到明显改善；研究工作条件对旋涡脱落的影响，采,用信号处理和交流辩识技术来提高流量计的精度；从优化钝体几何结构和传感器安装位置的角度，研究了提高信号质量，频率稳定性和流量计线性度的方法。这些工作都有力地促进了涡街流量计的广泛使用。,2,.4、几种蒸汽流量计及其新发展,(,3,),、,均速管流量计,(阿纽巴流量计,Annubar,Flowing Meter),均速管流量计也叫阿纽巴流量计，它是依据毕托管测量原理而设计制造的，由压差变送器测量流体的全压和静压，然后推导出流体流量。,它安装简便、压损少、无泄露、精度高，是替代孔板的理想选择，尤其在大口径、高压、高温的场合。,2,.4、几种蒸汽流量计及其新发展,(4),、,弯管流量计,弯管流量计是一种离心式流量计，它利用弯头中流体在离心力作用下发生流向偏转时造成的管壁内外侧静压与流体流动速度之间的关系来测流量。,弯管流量计实际上就是一种差压式流量计，具有如下特点：1),、,结构简单，加工安装容易，投资少，维护费用低,。,2),、,不需要另外增加液体管路的阻力件，而且其管内没有任何附加阻力件，可以大大减少压力损失，具有明显的节能效益,。,3),、,其内无任何可动部件，对介质工作条件的变化，具有较强的适应性,。,4),、,有很好的压差重复性(02),。,5),、,直接使用精度较低，若经过单独核定精度可达到05-10。,2,.4、几种蒸汽流量计及其新发展,(,5,),、,变面积式流量计,它与常见的差压流量计如孔板式流量计相似，不同的是它的流量截面是变化的。其工作原理为：随着圆锥一次元件的移动，流体通过圆环面积连续变化，中心定位的圆锥随着压缩弹簧的阻力变化沿轴向自动移动，产生不同的压差。该压差通过流量计上的压差探测孔与变送器相连，依据伯努利原理，推导出瞬时流量。,它的独特设计，使其具有优越的调节比(100：1)、高精确度(1左右)、非常紧凑的安装、上下游需要的直管段较短、碟片设计安装简便。这是一种很有前途的流量计，在蒸汽流量测量中必将会得到大量使用。,2,.4、几种蒸汽流量计及其新发展,(,6,),、,超声波流量计,超声波流量计具有不与被测介质接触，不影响流体流动的特点，因而代表着流量测量的方向，然而它的不耐高温却限制了在蒸汽测量领域的应用。不过随着技术的发展，用于测量蒸汽只是迟早的事，近年来国外已有用于蒸汽测量的超声流量计，可测高达480的过热蒸汽。,2,.4、几种蒸汽流量计及其新发展,(1),、,大部分企业对蒸汽计量处于分散状态，各用汽点单独计量，然后由人工定时抄表，制作统计报表。,(2),、,仪表能否正常使用，与用户有关人员的专业素质有很大关系。选型、安装、使用、维护，哪一环节出现问题，都会影响正常使用，有些用户没有专业技术人员，流量仪表由工艺设计单位设计，施工单位安装，用户使用常常出现这样那样的问题，使仪表不能发挥有效作用，有些单位尽管有管理维护人员，比较准确地测量蒸汽流量也有些力不从心。因为使用人员既要理解蒸汽的各种热工参数及其变化特点(如压力、温度、热焓、比容(密度)又要知道测量原理，了解仪表的性能，选择适合本企业使用的流量仪表。这对有关人员的技术素质提出了较高的要求。,2,.5、目前存在的问题以及改进方法,(3),、,行业中的标准安装方法有待改进与完善。安装不当是引起误差增大的重要原因之一。现场使用的蒸汽流量测量装置大部分都能够按照有关标准及规范或产品说明书的要求安装使用，有些安装却存在明显的不妥或错误。,随着技术的发展和多种新流量计的出现，原安装图册需要改进完善，我们发现尽管依图册安装，仍会出现测量不准。如测量差压或压力时，若变送器处于取压点上方，引压管向上，引压管内的冷凝水会时有时无，或一根热，一根冷，这样就会造成差压测量不准(测压力时，冷凝汽时有时无，则会出现不稳定和不准确)，同时信号传递性能下降。,改进的方法：我们认为在取压点处安一个冷凝圈就可以避免竖直导压管内冷凝水的回流出现的问题。再如：差压导压管路内都安有冷凝罐，现在使用的差压变送器测量容室的容积变化微小，因此，可去掉冷凝罐，从而减少安装维护量，减少故障点。由于近年多种新型流量计的使用，安装图册应增加这部分内容以适应现实的需要。,2,.5、目前存在的问题以及改进方法,3、,蒸汽测量的发展,(1)、充分利用微电子技术、计算机技术、通讯技术、网络技术，集中管理热网的过程参数，实时监控热网运行状态。彻底改变测量不准，数据分散，监视管理不便，似有似无状况。,(2)、在满足蒸汽测量内容的多样化、准确性、使用方便方面，应充分发挥微机监控系统的优势，现在罕见有微机系统对蒸汽测量有专一的软件，开发一种标准化、工程化、商品化的蒸汽测量软件是发展的需要，对用户是技术上的需要，对生产厂家则是一种商机。,3、,蒸汽测量的发展,(4)、重视有效能的计量管理，由于测量的微机化、智能化，使蒸汽有效能的计量成为现实。蒸汽质量的多少并不能反映蒸汽的含热量的多少，同样蒸汽所含热量的多少也不能反映有效能(或可用性)的多少，我们知道，一台用能设备它所利用的是有效能，而一台锅炉它所产生的蒸汽所含有的热量只有能被利用的部分才是有效能。工作中，我们可以看到这样的情况，由于某工序或某用汽单位突然用汽，使锅炉供汽压力下降了，某工序在较低气压下也能满足生产，但需要的蒸汽质量流量(或热量流量)却明显增加，能量的浪费显而易见。因此，有效能的计量对加强生产调度管理、节约能耗有着重要的意义，这是蒸汽计量的发展方向之一，应该引起重视。,4、蒸汽的调节,4.,1、,概述,4.,2、,控制阀的基本知识,4.,3、,控制阀的选型,4.,4、,蒸汽控制阀的选用,随着科技进步，在生产过程自动化中，用来控制流体流量的控制阀已遍及各个行业。对于热力、化工过程控制系统，作为最终控制过程介质各项质量及安全生产指标的控制阀，它在稳定生产、优化控制、维护及检修成本控制等方面都起着举足轻重的作用。由于控制阀是通过改变节流方式来控制流量的，所以它既是一种有效的调节手段，同时又是一个会产生节流能耗的部件。以化工厂为例，随着装置高负荷运行，控制阀的腐蚀、冲刷、磨损、振动、内漏等问题不断发生，从而导致控制阀的使用寿命缩短、工作可靠性下降、进而引起工艺系统和装置的生产效率大幅度下降，严重时可以导致全线停车。这在如今视质量和效益为生命的企业管理中尤为重要和紧迫。,4.1、概述,控制阀又称调节阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。控制阀一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，控制阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动控制阀，以电为动力源的电动控制阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动控制阀，另外，按其功能和特性分，还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型控制阀等。,4.2、控制阀的基本知识,A,、,控制阀选型的重要性,控制阀是自控系统中的执行器，它的应用质量直接反应在系统的调节品质上。作为过程控制中的终端元件，人们对它的重要性较过去有了更新的认识。控制阀应用的好坏，除产品自身质量、用户是否正确安装、使用、维护外，正确地计算、选型十分重要。由于计算选型的失误，造成系统开开停停，有的甚至无法投用，所以对于用户及系统设计人员应该认识阀在现场的重要性，必须对控制阀的选型引起足够的重视。,4.3、控制阀的选型,B,、,控制阀选型的原则,1,、,根据工艺条件，选择合适的结构形式和材料。,2,、,根据工艺对象的特点，选择控制阀的流量特性。,3,、,根据工艺操作参