蒸汽計計量及計費應考慮的若干問題

  蒸汽是一種二次能源，分為過熱蒸汽和飽和蒸汽，前者多作為動力工質用于發電，后者作為供熱工質常用于干燥、保溫、采暖。過熱蒸汽是一種單相介質，它的計量問題已基本解決。飽和蒸汽是汽水混合的兩相介質，實際中有的流量計生產廠家將其作為單相介質（干飽和蒸汽）處理，而用戶往往并不清楚這點。

   一、蒸汽流量計量應考慮的問題
    1．蒸汽密度補償
    蒸汽流量計量一般以質量為單位，其密度對流量測量準確度的影響與差壓（節流裝置）或頻率（渦街）測量具有同等重要的地位，要認真對待。
    （1）過熱蒸汽
    過熱蒸汽是單相流，其密度可由蒸汽壓力及溫度確定，只要在智能蒸汽流量計中置入水蒸氣的密度表或計算式，計算機就能根據測得的壓力、溫度求得即時密度值。
    （2）飽和蒸汽
    飽和蒸汽是汽水混合的兩相流，影響其流動的因素有質量流量、干度、液體密度、氣體密度、液體黏度、氣體黏度、表面張力、表面粗糙度及管道傾斜度等9個變量，要準確計算太復雜。從實用出發，可采用均相流動模型來處理。
    設在管道某一截面上取一微段ΔL，則此截面上兩相介質的密度應為此微段中兩相介質的質量與容積之比，即
    ρm=〔ρG?Ψ?A?ΔL+ρL?（1-Ψ）A?ΔL〕/（A?ΔL）    （1）
    式中：ρm——混合物密度；ρG——氣相密度；ρL——液相密度；Ψ=AG/A，即空隙率（其中AG——氣相所占流通面積）；A——流通面積。
    即ρm=ΨρG+（1-Ψ）ρL    （2）
    而空隙率Ψ與干度x的關系為
    Ψ=（x/ρG）/〔x/ρG+K（1-x）/ρL〕  （3）
    式中：K=VG/VL，即速度比；VG——氣相平均流速；VL——液相平均流速；x=MG/M，即干度；MG——干蒸汽質量；M——總質量。
    將式（3）代入式（2），化簡為
    ρm=〔x+K（1-x）〕/〔x/ρG+K（1-x）/ρL〕  （4）
    因均相時兩相速度相等，即K=1，則有
    ρH=1/〔x/ρG+（1-x）/ρL〕  （5）
    式中：ρH——均相密度。
    其函數關系：ρH=f（ρG，ρL，x），而ρG（干飽和蒸汽密度）及ρL（飽和水密度）可由壓力（溫度）通過圖表或公式求取。又因ρL遠大于ρG，x一般不會小于0.8，估算時式（5）還可簡化為ρH=ρG/x，可見干度影響之大。
    2.干度處理
    （1）采用在線干度儀
    對于貿易結算量大且干度變化較大的飽和蒸汽應采用在線干度儀補償。目前，飽和蒸汽在線干度儀有凝結式、電導式、節流式等，前者具有穩定可靠、準確度高、造價低等特點，后兩者安裝簡單、使用方便，可依情況選取。
    （2）采用化驗方法
    化驗方法是一種實驗室方法，通過對飽和蒸汽采樣，化驗水中含鹽量來確定飽和蒸汽的干度，它適合于內部能源結算及量小的情況。可用這種方法測一個常用干度值，然后置入流量計進行固定補償。
    3.節流裝置的流量系數α
    節流裝置存在一個流量系數α補償問題。在選定節流件并確定取壓方式后，可認為流量系數只隨雷諾數Red而變動，即α＝f（Red）。
    在一定型式的節流裝置和一定截面比的情況下，當流體雷諾數Red較低時，流量系數是隨雷諾數變化的，但當雷諾數值大于某一界限值后，流量系數不再隨Red變化，而趨向平穩。也只有在所要測量的范圍內及流量系數α保持常數的情況下，壓差與流量之間才有恒定的對應關系。這也是節流裝置量程比不大的原因之一。
    流量系數α對流量的影響雖不及密度，但在Red較低時應考慮用迭代法加以補償。對一定的節流裝置，由直徑比β、管壁粗糙度及國家標準中給出的數據可算出一組α＝f（Red）值，列出表格，計算機采用迭代法即可求取α之值。這樣還可提高節流裝置的量程比。
    4.蒸汽流量儀表的選型及安裝
    目前用于蒸汽計量的儀表多為節流裝置或渦街流量計，選型時宜選智能型且帶溫壓補償的儀表，并應根據使用要求、安裝條件、流體特性、維護性、儀表質量及價格綜合考慮。
    蒸汽流量儀表首選是標準節流裝置，其可靠性高、穩定性好，如直管段不夠，量程要寬點的，可考慮采用多孔孔板（前3D后1D）。對于飽和蒸汽，當溫度小于250℃，直管段滿足前10D后5D且振動較小時，可選用渦街流量計。
    儀表安裝時每個環節都要按要求認真執行，尤其不能把儀表夾在管道上直接焊接。
    二、蒸汽計費問題
    蒸汽壓力越大、溫度越高，品質就越高，做功能力就越強。但目前蒸汽計費不少單位仍按蒸汽量乘以單價計算，這種算法無法反映蒸汽品質對價格的影響。拿過熱蒸汽來說，壓力一定時，過熱度越大，蒸汽密度越小，流量反而跟著小。高低品質一個價，不合理。
    北方居民取暖常用熱能表來度量，其熱能積算式為
   
    式中：Q——累積熱能值；qm——瞬時質量流量；Δh——熱交換系統入口和出口溫度的焓值差；dt——單位時間。
    這樣不管流體品質高低都化為熱能來度量，相對合理。如同電，不管電壓高低、電流大小，最終都要轉化為電能一樣。
    因此，對蒸汽計費，在計量蒸汽流量時，不妨在儀表中增加一個蒸汽熱能積算，以便用戶計費時選用。實現這點很容易，對環路系統，就像熱能表一樣處理，對開環系統，可取流量表安裝點和大氣溫度的焓值差計算。