渦街蒸汽流量計在蒸汽流量測量中扮演著重要角色，尤其是在管徑不是特別大，溫度不是特別高的中低壓蒸汽的流量測量中，更是有“半壁江山”之譽。

干蒸汽在長距離輸送過程中，會因熱量損失而出現(xiàn)部分凝結(jié)，導(dǎo)致蒸汽干度降低，變成濕蒸汽。

目前使用的蒸汽流量計都是在單相流動狀態(tài)下評定其測量性能，現(xiàn)在還沒有以單相流標(biāo)定的流量計用來測量兩相流時系統(tǒng)變化的評定標(biāo)準。但是，兩相流是客觀存在的，它對流量測量的影響也是無法避免的，盡管困難較多，人們還是在想方設(shè)法研究其對流量測量影響的機理，并采取相應(yīng)的對策，提高流量測量精度。

2  蒸汽嚴重帶水對渦街蒸汽流量計測量結(jié)果的影響

人們用干度X來描述濕蒸汽中氣相與濕蒸汽總量的質(zhì)量比，也用濕度Y來定義濕蒸汽中水滴與濕蒸汽總量的質(zhì)量比。

當(dāng)x = 100%時，y = 0，這時的蒸汽為干蒸汽。當(dāng)x＜100 %時，y＞0，這時的蒸汽為濕蒸汽。濕蒸汽中的水滴是液相，而濕蒸汽的干部分是氣相，顯然，濕蒸汽屬兩相流體。

（1）X≥95%時的情況

研究人員的研究結(jié)果認為，蒸汽干度較高（X≥95%）時，流體表現(xiàn)為均相流動，蒸汽中的小水滴懸浮在氣相中，這時，渦街流量計能正常工作。

（2）X<95%時

蒸汽的干度在小于95%后若進一步降低，除了懸浮在氣相中的約5%（質(zhì)量比）的水滴外，過量的水滴。在蒸汽中的分布將失去均勻性，它們在圓形截面管道中的流動狀況更加復(fù)雜。

① 在水平管道中的流動

水平管中氣液兩相流動結(jié)構(gòu)同氣液兩相體積比及流動速度有關(guān)，在蒸汽管道中，由于凝結(jié)水在濕蒸汽中的體積比畢竟很小，所以常表現(xiàn)為分層流動結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，這使得從水平管道底部引出的疏水管，能收到很好的疏水效果。

當(dāng)流速特別高的時候，也會表現(xiàn)為環(huán)狀流動，即管壁上有液膜，管道中心部分為帶液滴的氣核，由于水平流動時重力的影響作用，下部液膜要比上部管壁的厚，如圖1（b）所示。

② 在垂直上升管道中的流動

實驗研究證明^[2]，在垂直上升管道中，氣液兩相流動的基本結(jié)構(gòu)有細泡狀流動結(jié)構(gòu)、彈狀流動結(jié)構(gòu)、塊狀流動結(jié)構(gòu)、帶纖維的環(huán)狀流動結(jié)構(gòu)和環(huán)狀流動結(jié)構(gòu)。但是由于凝結(jié)水在濕蒸汽中的體積比較小，所以

過量的水在上升管道中的流動常表現(xiàn)為環(huán)狀流結(jié)構(gòu)，如圖2（b）所示，但當(dāng)帶水量特別大的情況下，也會表現(xiàn)為帶纖維的環(huán)狀流動結(jié)構(gòu)，如圖2（a）所示。其中，纖維狀流體其實是連成條的凝結(jié)水。

③ 在垂直下降管道中的流動

在垂直下降管道中，氣液兩相流動的結(jié)構(gòu)與作垂直上升流動時的結(jié)構(gòu)很相似，但有不同，不僅流動方向相反，而且在平均流速相同的情況下，垂直下降管道中液體的流速比垂直上升管道中液體的流速快得多。

這種環(huán)狀流動結(jié)構(gòu)，人們在凝結(jié)水疏水現(xiàn)場很容易獲得證實。

凝結(jié)水疏水器一般均并聯(lián)安裝一只旁通閥，疏水器的出口往往配有一段垂直向下的短管，如果將疏水器關(guān)閉，改用走旁通疏水，則會觀察到氣液混合物從垂直管道口中流出的表現(xiàn)，液體有明顯的附壁現(xiàn)象，但同時，氣體從管中央噴出時，也夾帶有一些液滴。

④ 流動結(jié)構(gòu)分析的復(fù)雜性

上面只是粗略地分析帶水的蒸汽在管道中流動時的表象，而且知道不同的流動結(jié)構(gòu)同流體的流速和帶水量有關(guān)。而要進一步弄清楚這方面的數(shù)量關(guān)系卻是困難的。因為到目前為止，人們在這方面做的實驗研究還很少，而它們之間的關(guān)系又是復(fù)雜。

但是，這些粗略的分析對渦街流量計的一個現(xiàn)象——漏脈沖，能提供一定的幫助。

3  渦街蒸汽流量計的“漏脈沖”現(xiàn)象

人們很早就發(fā)現(xiàn)蒸汽帶水較多時，渦街流量計會出現(xiàn)“漏脈沖”現(xiàn)象，即在蒸汽流速平穩(wěn)的情況下，渦街流量計應(yīng)有與流速成正比的穩(wěn)定的脈沖輸出。但是有時卻發(fā)現(xiàn)儀表的輸出脈沖卻莫明其妙地少了，從記錄到的輸出脈沖在二維坐標(biāo)上的分布情況也能清楚看出，應(yīng)當(dāng)近似均勻分布的脈沖卻在某一處少一個脈沖，嚴重的時候，是少了很多脈沖，zui嚴重的時候是沒有脈沖。這可能同分布不均勻的體積較大的液滴撞擊在旋渦發(fā)生體上，抑制了渦列的形成有關(guān)。

有關(guān)這方面的實驗研究，尚未見到文獻報道，但是人們在使用現(xiàn)場已碰到不少，而且，處理這一問題的方法，人們也早已在應(yīng)用。

3.1 關(guān)于“漏脈沖”現(xiàn)象的實例之一

江蘇奧科儀表有限公司在為江蘇的一家藥業(yè)公司組建全廠蒸汽計量網(wǎng)的項目中，碰到了一個令人費解的故障，這個故障發(fā)生在一個蒸汽流量計測量過熱蒸汽流量的系統(tǒng)中，這個系統(tǒng)的管道連接如圖4所示。

該工廠的鍋爐房除了向全廠供應(yīng)中壓過熱蒸汽外，還經(jīng)減溫減壓系統(tǒng)向全廠供應(yīng)0.4MPa（g）、160℃低壓過熱蒸汽。FIQ303就是對這路蒸汽進行計量的蒸汽流量計儀表。

 

 

該套儀表與其他多臺分表組成的低壓蒸汽計量網(wǎng)，在投運后的半年內(nèi)，一直運行正常，總表示值與各分表之和也基本相符。這一情況在年度停車大檢修之后發(fā)生了變化，原來進出平衡的計量數(shù)據(jù)出現(xiàn)了負的管損，該廠能源科根據(jù)低壓蒸汽網(wǎng)的數(shù)據(jù)平衡關(guān)系和鍋爐的能量平衡關(guān)系作出了FIQ303指示偏低的判斷。

筆者在檢查了各臺儀表之后，發(fā)現(xiàn)各臺儀表均正常。于是請渦街流量計制造廠上門服務(wù)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)這臺DN350的渦街流量計有“漏脈沖”現(xiàn)象存在，在正常的流量范圍內(nèi)，記錄到數(shù)次如圖5所示的輸出波形。

根據(jù)制造廠的經(jīng)驗，這種情況的存在可能是蒸汽帶水引起。

能源科工程師否定渦街蒸汽流量計安裝處蒸汽帶水的可能性，理由是減溫減壓系統(tǒng)都有自動調(diào)節(jié)來保證其運行參數(shù)，于是一時沒有結(jié)論。又過一個星期，事態(tài)有了進一步的發(fā)展。從FC6000型流量演算器中的海量存儲器查閱到的歷史數(shù)據(jù)表明，該路流量示值逐漸減小，甚至有時減小到零，而這時，全廠照常進行，蒸汽一點不少用。

進一步的檢查焦點主要集中在蒸汽是否帶水方面。能源科主要強調(diào)減溫減壓系統(tǒng)出口處的溫度壓力參數(shù)。經(jīng)查，減溫器出口溫度壓力顯示正確。但是筆者根據(jù)FC6000型儀表顯示的溫度壓力數(shù)據(jù)分析，渦街蒸汽流量計安裝處的蒸汽的確已進入飽和狀態(tài)，于是要求打開疏水器驗證。能源科人員堅持認為疏水器不可能排出水，但為了說服儀表人員，還是同意打開疏水器的切斷閥（圖4中的V₂）試一試。

疏水閥打開后，大量凝結(jié)水噴出，二十分鐘也未排光，于是真相大白。

至于大量凝結(jié)水是從哪里來的，我們隨即進行了調(diào)查。經(jīng)查在減溫器出口到流量計之間只有一根裝有閥V₁的管道與外界相通，能源科人員解釋，這根管道里有水，大檢修之后，V₁閥可能有泄漏，導(dǎo)致冷水入侵。

這一事情的zui后處理方法是在穿越馬路前的管道zui低處，增設(shè)一個疏水器，從而使流量計恢復(fù)正常測量。

3.2 關(guān)于“漏脈沖”現(xiàn)象的實例之二

上海某熱力公司新增一個熱源廠，該廠的是飽和蒸汽，鍋爐投運后對一個遠在2公里處的用戶供汽。其管網(wǎng)如圖6所示。

熱力公司懷疑蒸汽流量計不準，因為鍋爐房出口的流量計FIQ01穩(wěn)定顯示2.5 t/h左右的流量，而用戶端流量計FIQ02顯示時有時無，流量zui大時也只有0.75 t/h。

 

 

江蘇奧科儀表有限公司工作人員通過電話為熱力公司提供咨詢服務(wù)，了解到，熱力公司為了減少熱量損失，將沿途的31只疏水器全部關(guān)掉，顯然流經(jīng)FIQ02儀表處的蒸汽中含有大量凝結(jié)水。筆者建議將靠近用戶表計處的幾只疏水器打開，排掉管道中的凝結(jié)水，這樣做了之后，流量計1t/h，至于該示值同FIQ01顯示的2.5t/h之間的差值，應(yīng)該是2公里長的管道熱損耗引起的，熱力公司接受了這一結(jié)論。

4  對策

4.1  X≤95%情況下的對策

4.1.1 對策

上面所述X＞95%情況下的補償，如果不做，僅僅是懸浮在蒸汽中的均勻分布的小水滴計不出，但是，在X＜95%的情況下，如果不采取任何措施，測量結(jié)果就有可能大幅度偏低，甚至沒有輸出。

在X＜95%的情況下，采取措施的目的是使流量計實現(xiàn)正常測量。采取的措施是在流量計前充分疏水。

疏水是否充分的標(biāo)志是蒸汽管中是否排得出凝結(jié)水。如圖8所示的配置能從后一個疏水器中的排水量獲得判斷。后一個疏水器如果極少有水排出，則表明前一只疏水器已充分疏水。

圖 8  蒸汽是否嚴重帶水的驗證

4.1.2 疏水點的合理布置

疏水點的合理布置對充分疏水有關(guān)鍵性的作用。在圖9（a）所示的實例中，凝結(jié)水的捕捉口太細，與蒸汽一起高速流動的凝結(jié)水，可能會有一部分不被捕捉口所收集，而流到下游。

5  結(jié)束語

① 濕蒸汽就屬性而言是兩相流體，但在濕度不高的情況下，可將其當(dāng)作單相流體并用一般的流量計進行測量。 

② 蒸汽嚴重帶水，將使渦街流量計出現(xiàn)“漏脈沖”現(xiàn)象，更嚴重時，渦街流量計會沒有脈沖輸出。
    ③ 對于蒸汽嚴重帶水影響渦街流量計正常測量的情況，常用的處理方法是在渦街流量計上游的適當(dāng)位置充分疏水。
合理布置疏水器，使?jié)裾羝母啥缺M量提高，能保證渦街流量計正常測量。