引言

貴溪冶煉廠內測量蒸汽流量大部分使用的是羅斯蒙特公司的渦街流量計，其測量不帶溫壓補償功能，輸出結果為蒸汽體積流量，無法直接輸出質量流量信號。而根據國家規定，能源統計熱力方面，其計算方法是根據鍋爐出口蒸汽和熱水的溫度壓力在焓熵圖（表）內查得每千克的熱焓減去給水（或回水）熱焓，乘上鍋爐實際產出的蒸汽或熱水數量（流量表讀出）計算。其簡單的換算方式為 ：1t 標煤產 29302/（2802-436）=12.38t 蒸汽是按照 100%熱效率得出的（實際上是不可能的），其所需的是質量單位。為此，將渦街流量計［1］輸出體積流量信號轉換成質量流量是有必要的。

 

2 渦街流量計原理

我廠測量蒸汽流量計用主要用渦街流量計測量［2］。渦街流量計是根據卡門（Karman）渦街原理研究生產的測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量或質量流量的體積流量計。如圖 1，在流體前進的方向上放置一個非流線型的物體，在一定的條件下可以在物體后面得到穩定的漩渦列，通過測量出漩渦列的頻率就可以得到流體的速度從而得到其體積流量［3］。

 

隨著時代的發展，目前的渦街流量計都能輸出質量流量，只是根據廠家型號不同，有的渦街流量計內置溫壓補償裝置，儀表內部就能進行體積 / 質量轉換，能顯示輸出質量流量到系統中 ；不帶溫度補償的渦街流量計，只能通過在流量計中設置固定的工況介質密度來實現固定補償將體積流量轉換為

質量流量后輸出。

3 公式原理

理論上介質的質量流量等于體積流量與密度的乘積，如果使用不具有溫度補償功能的渦街流量計測量流量，同時又要得到質量流量，需要通過在流量計中設置固定的工況介質密度來實現固定補償將體積流量轉換為質量流量后輸出，或者流量計輸出體積流量，在 DCS 中輸入固定的密度進行補償，從而得到介質的質量流量。但由于負荷的變化，飽和蒸汽壓力可能存在大幅波動，采用這種方式得到的質量流量，與實際流量會有較大的偏差。飽和蒸汽壓力 - 密度 - 溫度對照關系如表 1。

根據經驗公式，飽和水蒸汽密度與壓力及密度的關系［4］如表 2。

根據工廠正常生產時，低壓鍋爐房給工藝蒸汽壓力不會低于 0.2MPa 不會高于 1.6MPa。在這個壓力范圍取 5 個點根據公式計算，參照對應表確認準確度，見表 3。

經確認，壓力越低則相對誤差越大［5］。從圖 2中可以看出，工廠正常生產時在這區間內的均相對誤差在允許范圍之內。

4 DCS 編程

一般情況下，蒸汽的質量流量只考慮壓力或者溫度補償之中的一種，飽和蒸汽就只用當前壓力下的密度就行了，再根據質量流量＝密度 × 體積流量，就能計算出工況下的質量流量。工廠內低壓鍋爐房出來的蒸汽為飽和蒸汽，裝渦街流量計的管道上前后至少有 1 個壓力表，同時x 信號均進 DCS 同一控制柜，則默認同一管道上流量計壓力測量位置一致。

 

假設蒸汽總管流量計 FI4670，蒸汽總管壓力PI1010 根據上面的公式，在和利時 MACSV 系統［6］中編寫程序，同時增加中間點變量 Z1010 為密度，FI4670H 為蒸汽總管流量，單位為 t/h。根據蒸汽總管壓力 PI1010 就能計算出的質量流量。

 

工廠正常生產時低壓鍋爐房壓力范圍在0.6MPa 與 0.9MPa 之間，不會低于 0.4MPa。壓力為0.2 時用 Z= - 1. 25x2+ 5. 745x + 0. 0281 計算結果為1.1271，則把壓力為 0.2 以下時默認密度取固定值1.13，方便計算。然后編寫程序如下 ：

 

        IF _PI1010_.AV<0.2 THEN

        Z1010:=1.13;

END_IF

        IF 0.2<=_PI1010_.AV AND _PI1010_.AV<0.5

THEN

        Z1010:=(-0.4*_PI1010_.AV+5.41)* _PI1010_.

        AV+0.0632

END_IF

        IF 0.5<=_PI1010_.AV AND _PI1010_.AV<1.2

THEN

        Z1010:=(-0.09*_PI1010_.AV+5.089)* _PI1010_.

        AV+0.1469

END_IF

        IF 1.2<=_PI1010_.AV AND _PI1010_.AV<2

THEN

        Z1010:=(0.01*_PI1010_.AV+4.865)* _PI1010_.

        AV+0.2754

END_IF

 

非常后根據流量計參數 4~20mA 中對應單位體積流量量程，體積流量 × 密度 /1000= 質量流量，計算出對應的瞬時質量流量，圖 3 為換算示意圖。

非常后在 DCS 畫面上引用 FI4670H 就能顯示蒸汽體積流量對應的質量流量，同理，所需的累計質量等數據就能根據 FI4670H 計算出來。

 

5 結束語

類似渦街流量計的體積流量計，都能利用同一蒸汽管道上的壓力表進行換算，在 DCS 系統中算出相應的質量流量，而不用更換新的設備，這是渦街流量計利用 DCS 系統功能的一種優化應用，也是渦街流量計在貴溪冶煉廠的優化應用