流量计

介绍

许多工商企业现在已经认识到:

• 能源成本会计。
• 节能。
• 监控和定位技术。

这些工具可以提高能源效率。

Steam并不是最容易衡量的媒体。该区块的目标是更好地理解要求，以实现准确和可靠的测量蒸汽流量。

目前大多数用于测量蒸汽流量的流量计都设计用于测量各种液体和气体的流量。很少有专门用于测量蒸汽流量的仪器。

Spirax Sarco感谢ETSU的能源效率最佳实践项目(EEBPP)为本区块的某些部分做出的贡献。

为什么测量蒸汽?

蒸汽流量计的评价方法不能与其他节能设备或节能方案的评价方法相同。蒸汽流量计是一个必要的工具，为良好的蒸汽管家。它提供了蒸汽使用和成本的知识，这是一个有效运作的工厂或建筑的关键。使用蒸汽流量计量的主要好处包括:

• 工厂的效率。
• 能源效率。
• 过程控制。
• 成本和保管。

工厂的效率

一个好的蒸汽流量计将显示整个操作范围内的蒸汽流量，即从机器关闭到设备满载。通过分析蒸汽流量与产量之间的关系，可以确定最佳的工作方式。

流量计还可以显示设备随时间的恶化情况，以便进行最佳的设备清洗或更换。

该流量计还可用于:

这可能导致生产方法的改变，以确保经济的蒸汽使用。它还可以减少与锅炉厂的峰值负荷有关的问题。

能源效率

蒸汽流量计可用于监测节能方案的效果，并可用于比较各装置的效率。

过程控制

一个合适的蒸汽流量计量系统的输出信号可以用来控制提供给工艺的蒸汽数量，并表明它处于正确的温度和压力。

此外，通过监测启动时的流量增加速率，可以将蒸汽流量计与控制阀结合使用，以提供缓慢的预热功能。

成本和保管

蒸汽流量计可以集中测量蒸汽使用量(以及蒸汽成本)，也可以在个别用户点进行测量。蒸汽可以作为一种原材料在生产过程的各个阶段进行成本计算，从而可以计算出各个产品线的真实成本。

为了理解流量计量，深入研究流体力学的一些基本理论、被计量流体的特性以及它在管道系统中的传播方式可能是有用的。

流体特征

每种流体都有一套独特的特性，包括:

• 密度。
• 动态粘滞度
• 运动粘度。

密度

这已经在第2部分，蒸汽工程原理和传热中讨论过，但是，由于它的重要性，相关的点在这里重复。

密度(ρ)定义了物质每单位体积(V)的质量(m)(见公式2.1.2)。

饱和水和饱和蒸汽的密度都随温度而变化。如图4.1.1所示。

动态粘滞度

这是流体抵抗流动所具有的内在特性。如果流体具有高粘度(如重油)，它就会强烈地抵抗流动。此外，与低粘度流体相比，高粘度流体通过管道需要更多的能量。

测量粘度的方法有很多种，包括将扭矩扳手固定在桨叶上并在流体中旋转，或者测量流体通过孔口的速度。

一个简单的学校实验室实验清楚地展示了粘度和使用的单位:

在重力的作用下，球体可以通过流体下落。通过测量球体下落的距离(d)和下落所花费的时间(t)来确定速度(u)。

用下面的公式来确定动态粘度:

这里有三个重要的注意事项:

1.公式4.1.1的结果称为流体的绝对粘度或动态粘度，并以帕斯卡秒为单位测量。动态粘度也表示为“粘性力”。

2.方程的物理元素给出了以kg/m为单位的结果，然而，常数(2和9)考虑了实验数据和将单位转换为帕斯卡秒(Pa s)。

3.有些出版物用厘泊(cP)给出了绝对粘度或动态粘度的值，例如:1 cP = 10-3 Pa s

例如以下4.4.1

一个直径为20毫米的钢球(密度为7 800公斤/立方米)在20米的高度下落1米需要0.7秒°C(密度= 920 kg/m3)。

运动粘度
这表示了绝对(或动态)粘度与流体密度之间的关系(见公式4.1.2)。

4.1.2例子

在例4.1.1中，已知油的密度为920 kg/m3，现在确定运动粘度:

雷诺数(右_e）

以上所介绍的因素都对管道中的流体流动有影响。它们都被画在一个无量纲的量来表示流动的特性，即雷诺数(R_e)．

对方程的分析表明，所有的单位都消掉了，并且雷诺数(R_e)因此是无量纲的。

评估Reynolds关系:
•对于特定的流体，如果速度低，合成的雷诺数就低
•如果另一种密度相似但动态粘度更高的流体以相同的速度通过同一管道，雷诺数会降低
•对于给定的管道尺寸、动态粘度(也就是温度)保持恒定的系统，雷诺数与速度成正比

4.1.3例子
例4.1.1和4.1.2中使用的流体以20米/秒的速度通过100毫米的内径管道泵送。

从上面的雷诺数可以看出，流动是在层流区域(见图4.1.7)。

流的政权

如果忽略粘度和管道摩擦的影响，流体将以匀速穿过管道的直径。“速度剖面”如图4.1.3所示:

如果忽略粘度和管道摩擦的影响，流体将以匀速穿过管道的直径。“速度剖面”如图4.1.3所示:

然而，这是一种非常理想的情况，在实践中，粘度影响流体的流量，并与管道摩擦共同作用，进一步降低管壁附近流体的流量。图4.1.4清楚地说明了这一点:

在低雷诺数(2300及以下)时，流动称为“层流”，即所有的运动都发生在管道的轴线上。在这些条件下，流体与管壁的摩擦意味着流体的最高速度将发生在管道的中心(见图4.1.5)。

随着速度的增加，当雷诺数超过2300时，流动变得越来越湍流，涡流越来越多，直到雷诺数为10000时，流动完全湍流(见图4.1.6)。

与大多数流体一样，饱和蒸汽在湍流区通过管道输送。

图4.1.3至4.1.7所示的例子很有用，因为它们提供了对管道内流体特性的理解;然而，蒸汽和凝结水回路手册的目的是提供关于饱和蒸汽和水(或凝结水)的具体信息。
虽然这是同一流体的两种相，但它们的特性完全不同。这已经在上面关于绝对粘度和密度的章节中得到了证明。因此，以下信息是与饱和蒸汽系统特别相关的。

4.1.4例子
100mm的管道系统以10bar g的平均速度25m /s输送饱和蒸汽。
确定雷诺数。以下数据可从全面的蒸汽表:

•如果雷诺数(R_e在饱和蒸汽系统小于10 000(104)时，流动可能是层流或过渡流。
在层流条件下，压降与流量成正比。
•如果雷诺数(R_e)大于10000(104)，则流动状态为紊流。
在这些条件下，压力降与流量的平方根成正比。
•对于精确的蒸汽流量测量，一致的条件是必不可少的，对于饱和蒸汽系统，通常要指定最小雷诺数(R_e)，即1 x 105 = 100 000。
•在尺度的另一端，当雷诺数(R_e)超过1 × 106时，由于管道内部摩擦而造成的水头损失就会变得非常显著，这被指定为最大水头损失。

4.1.5例子
根据上面给出的信息，确定100毫米口径管道中10巴g饱和蒸汽湍流的最大和最小流量。

返回到例4.1.5，并将值插入到公式4.1.6中:

总结
饱和蒸汽通过管道的质量流量是密度、粘度和速度的函数。
•为了精确的蒸汽流量测量，所选择的管道尺寸应该导致在最小和最大条件下的雷诺数分别在1 × 105和1 × 106之间。
由于粘度等对于任何一种情况都是固定值，所以通过仔细选择管道尺寸可以获得正确的雷诺数。
•如果雷诺数增加10倍(1 × 105变成1 × 106)，那么速度也增加10倍(例如，2.695 m/s变成26.95 m/s)，同时压力、密度和粘度保持不变。