电厂热工仪表知识Word格式.docx
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我国水资源人均只有世界的四分之一，且分布不均衡，北方严重缺水，全国有100多
大中城市缺水，日缺水达1000万立方米以上，21世纪可能发生水危机，如大连从120公里碧流河引水，天津从230公里滦河引水，青岛从240公里黄河引水。
近年来黄河下游断流时间不断延长，断流处向上游延伸。
北京日高峰时日缺水达30万吨。
城市庞大的水管网
进行输配，从水厂到用户水表种类繁多，大口径水表的计量精度一直存在问题，水表种类大
致有孔板、电磁、超声、插入式流量计等，除孔板外，其它类型大口径水表的校验不断困扰着用户。
家用水表是个非常庞大的数目，我国家用水表年产量估计在1000万只以上，家用
水表为叶轮式，不但精度低，计量抄表需大量人工亦是个问题。
福利型的水价导致水的严重
浪费已引起国家的重视，亟需制订合理的水价以促进节约，但水价的提高如计量精度不相应
提高亦会产生新的矛盾。
故家用水表型式性能的改进已提到议事日程。
煤气、天然气
城市气化率是现代化城市的标志之一，1985年全国城市煤气工作会议确定直辖市、省
会、重点旅游城市、沿海开放城市及环保重点城市1990年气化率为40,2000年气化率
为70,煤气的流量计量由于介质脏、含湿高、大口径、低流速、宽范围度等为困难的测量问题，几十年来一直未能很好的解决，去年制订的煤气主管道流量测量国家标准可望为解决此问题提供一些可能性。
由于环保的原因国家不鼓励更多地发展煤气而尽量用天然气。
天然气是高效、清洁的燃料，优质的化工原料，并有望成为城市汽车的清洁燃料。
发展
天然气是我国今后能源发展的重点。
我国天然气蕴藏量丰富，但目前产量很低，每年仅约200亿立方米，不及西欧小国荷兰的产量，美俄两国天然气年产量皆在5000亿立方米左
右。
急剧增加产量以适应国民经济的需要已经势在必行。
国家制订计划到廿一世纪初天然气
产量要比90年代初翻两番。
目前我国陆上已探明储量约1.3万亿立方米，主要分布在重庆、
四川、陕甘宁、新疆等地。
1998年5月28日我国发表《中国海洋事业的发展》白皮书，
其中关于石油资源内容如下：
我国海域有30多个沉积盆地，面积近70万平方公里，石油
资源量约250亿吨，天然气蕴藏量约为8.4万亿立方米。
天然气从气井开采经处理（脱硫、
脱水）集输到城市要经过许多复杂的工艺过程，从计量角度对被测介质可分为三种类型：
第
一种类型：
气井到集气站、脱硫厂及脱水厂称为原料气，具有多相、高压、腐蚀、中小口径等特点；
第二种类型：
处理厂出来后称为净化气，经长输管线送到城市，具有单相、中压、大口径、要求高精度计量的特点；
第三种类型：
城市广大用户使用的天然气，具有单相、低压或常压、中小口径、计量精度适中等。
一般气田纵横数百公里，几百口井，几十个集气站及处理厂用管网连在一起，输送到城
市更是庞大的管网覆盖广大地区，这些管网中的气量分配，调度、经济核算皆需设置天然气
计量站，装备大量的流量测量系统。
目前第一种类型尚无合适流量计可用，第二种类型采用
孔板、涡轮、超声等，第三种类型除上述仪表外还有涡街、腰轮、膜式气量计（家用煤气表）
等。
我国城市家用煤气表年产量在百万只以上。
蒸汽
蒸汽分过热蒸汽和饱和蒸汽。
前者为单相介质，在火力发电厂中过热蒸汽做为推动汽轮机带动发电机发电，蒸汽流量测量对于电厂的生产质量及安全极为重要，现代火力发电厂机
组为高压高温状态，过热蒸汽流量采用喷嘴测量，有国际标准或国家标准做为依据。
饱和蒸
汽是由工业锅炉生产的一般为低压中温状态，它是汽水混合物，锅炉出口处为饱和蒸汽，但
输送到用户处，由于管道热散耗含水量大的汽水混合物，它的流动为两相流，对于测量混相
流是个困难的测量问题，至今尚无成熟的仪表可用.据估计我国煤产量1/3〜1/4用于
工业锅炉燃料，全国有几十万台工业锅炉，需配备数量巨大的蒸汽流量计，目前常用的仪表
为孔板、涡街、均速管及分流旋翼式流量计，这些流量计在低干度下使用都不能令人满意，是急待解决的问题。
油品
燃料油从炼油厂生产后经油库到发油站供给汽车、船舶、飞机等交通工具使用油品计量
涉及巨大经济利益，全国有数十万个计量站在工作着，油流量计更是一个极为庞大的数目。
目前大量使用的类型为容积式和涡轮流量计，容积式流量计类型很多，如椭圆齿轮、腰轮、刮板、旋转活塞、螺杆双转子，圆盘等等。
3.环保工程
人口剧增，工业生产迅猛发展使得环境严重恶化，已经达到危险的程度，国家把可持续
发展列为国策，它将是二十一世纪的的最大课题。
空气污染、水污染要得到控制必须加强管
理，而管理的基础是污染量的定量控制。
我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万的烟
囱日夜不停地向大气排放浓烟，烟气排放控制成为根治污染的重要项目。
美国已经立法规定
烟废气排放标准，每个烟囱必须安装烟气分析仪和流量计，组成连续排放监视系统（CEMS）。
烟废气流量测量属于困难的测量问题，它的难度有：
口径大，如烟囱不规则形状，几米周长；
气体组分变化不定；
流速范围大，从极低速到高速；
脏污、灰尘、腐蚀；
流道为非圆截面，无相似性，通道内流速分布复杂；
无直管段，阻流件形状复杂，速度畸变与旋转流；
无法个别标定确定流量计仪表系数；
静压，要求仪表低压损；
高温（200C以上）；
废液、污水排放已严重污染江河湖泊，使本来已经严重缺乏的水资源遭到破坏，已很紧
张的水资源更是雪上加霜。
废液、污水排放的管理控制已是刻不容缓的任务。
但是废液污水
流量计由于被测介质脏污、口径大、形状特殊、压头低、流速范围宽、不满管流等亦是流量测量的困难问题。
工厂企业及人民生活需要的流量计数量极为庞大，种类需多样化才能适应
广泛需求。
环保工程所需的流量计随着工程的深入发展将不断提出新的要求，如大规模的废水再生
设备、城市垃圾处理设备、工矿企业的水循环利用系统等都需种类繁多的流量计。
4.交通运输
交通运输有五种方式：
铁路、公路、航空、水运和管道输送。
在五种方式中管道输送虽
早已有之，但应用尚不普遍。
随着环保问题的突出，管道输送的特点引起人们的重视。
例如
煤炭一直由铁路水运输送，装卸及敞开运输污染环境不容忽视，采用管道水力输送，不但迅
速高效，密闭卫生是很大优点。
管道输送的物料有：
原油、天然气、水、压缩空气、煤炭、谷物、水泥、矿物••…。
世界管道运输主干线已达230万公里，我国1996年底仅为1.9
万公里，处于落后状态。
管道运输必须装备流量计，它是控制、分配调度的眼睛，亦是安全性（监视物流堵塞）的监测系统。
管道运输流量计除传统的流量计如孔板、电磁、容积式外，
近年出现的相关流量计是极具潜力的的新型流量计，国内已有用于混相流测量的实例。
5.生物技术
据说二十一世纪是生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展，生物技
术中需监测的物质很多，如血液、尿液、药液、营养液等等，其被监测对象很多为混相流、脉动流、非牛顿流体，亦是流量测量的难点。
6.科研实验
科研实验需要的流量计不但数量多，品种极为繁杂，据统计流量计有100多种，其中
很大一部分是应科研实验之需，它们并不批量生产在市面出售。
我国有很多科研单位或大型
企业有专门小组研制自己需要的流量计，特别是国防部门更是常事。
■化工中间试验工厂
它是化工生产的一个中间环节，一种化工产品从实验室研制到大批量生产必须经中间试
验，这种实验工厂可以说是生产实验数据的工厂，数据的准确可靠是第一位，这里流量计是
必备的仪表，它是监测物料数量的仪表，由于规模小，大都是小、微流量的测量。
■发动机效率试验
发动机种类繁多，泵、风机、压缩机、动力机械等，发动机效率试验必须检测三个参数：
温度、压力和流量。
一般认为流量测量比较困难，原因是其使用条件特殊，测量对象阻流件
复杂，无直管段安装条件，流体组分变化，流动为脉动流等。
7.海洋气象，江河湖泊
这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。
流速（流量）计一般所依据的
物理原理及流体力学基础理论与密封管道虽有共通之处，但仪表原理及结构以及使用条件有
很大差别，国际标准化组织（ISO）有专门技术委员会制订此类流量计的国际标准。
国际流
量学术会议一般皆包括此部分内容。
我们列举了七类应用领域，它遍及国民经济各部门，ISO、IEC及OIML等国际标准化
组织设有众多技术委员会制订有关国际标准。
国际标准化组织（ISO）有9个技术委员会涉及流量或流速的测量，它们是：
TC（技
术委员会）30（封闭管道）、TC113（明渠）、TC28（石油产品）、TC115（泵）、TC117（工业风机）、TC118（压缩机）、TC131（液压）、TC112（真空技术）、TC116（采暖）。
国际电工委员会（IEC）有3个委员会：
TC4（水轮机）、TC5（汽轮机）、TC65
（流程测控）。
国际法制计量组织（OIML）有十余个国际建议或国际文件涉及流量测量。
二流量测量的困难问题
流量测量的困难分为两方面：
流体特性和测量特性。
1•流体特性
脏污流：
流体脏污、沉积和堵塞，如煤气、烟废气、污水等；
腐蚀流：
管道腐蚀严重因而带来脏污流，仪表耐蚀要求高；
高参数流：
高温、高压、真空及低温极端工作条件下的流量测量；
脉动流：
发动机、压缩机、泵出口流体脉动、石油天然气井喷流脉动等；
大流量：
管径达数米，液体流量达108kg/h，气体流量达106kg/h；
微流量：
流量下限极低，液体为10-2kg/h，气体为10-4kg/h；
高粘性流：
流体粘度极高，雷诺数很低，粘度可达数帕斯卡？
秒；
混相流：
如气液、液固、气固及气液固多相流；
质量流：
被测介质工作时状态及组分变化很大，体积测量法无法准确测量；
蠕动流：
流速极缓慢，雷诺数极低，大小口径皆有，如沥青、浆液等。
前面介绍各应用领域皆有一些实例。
2.测量特性
现场工作条件恶劣，检测件可靠性差；
流量为动态量，难以获得高准确度；
仪表结构大都为法兰连接，只在停流时才允许拆卸维修，有些生产过程连续
进行，只在大修时才能停流，中间仪表有故障无法检修；
仪表实验室校验的工作条件与现场工作条件相差很大，准确度偏离无法确定；
校验设备庞大昂贵，校验费用亦不菲，周期校验是个难题。
三流量仪表的种类
有商品的流量计可分十大类，约100种：
1•差压式流量计：
2.浮子流量计；
3.容积式流量计；
4.涡轮流量计；
5.电磁流量计；
6.涡街流量计；
7.超声流量计；
8.质量流量计；
9.插入式流量计；
10.其他流量计
按1992年出版《中国仪器仪表企事业大全》及1996/1997出版《中国计量器具制造单位及产品信息指南》初续集辑录我国共有流量仪表企业229家，国外产品代理商及合
资企业约50家。
我国已拥有一个相当规模开发和制造流量仪表的行业，各种企业所有制皆
有，近年来私营与合资企业在增加，行业的特点为：
国外已商品化的产品国内皆有相应厂家生产，但产品品种规格及技术含量差距较
大；
几个五年计划引进产品生产技术，对国内产品制造技术起到促进作用，但消化吸
收进而自主创新不够，在产品不断更新情况下，单靠引进已不能解决问题；
生产厂厂家数远大于国外，但产品低水平重复多，几乎找不到名牌产品；
流量仪表科研单位经费投入少，无力进行有份量的产品开发；
企业开发力量薄弱，产品更新换代缓慢；
普遍欠缺流量校验设备，全国流量量值传递系统尚未真正建立起来，影响全国流
量量值传递的准确一致。
四流量测量与仪表的主要问题主要问题有两个：
仪表的可靠性和准确度
1•可靠性
可靠性包括仪表质量及可维修性，流量仪表是现场仪表，检测件与被测介质直接接触，面临恶劣的工作条件，要求仪表有百分之一百的可靠是不现实的，但在发生故障时如能方便
维修，维修代价不大，应该说亦是仪表可靠的一个方面。
流量仪表工作的特点：
仪表要能经受被测介质化学腐蚀、结垢、磨蚀、堵塞、相变、耐温、耐压、
的影响；
由于仪表与管道用法兰连接成一体，有时拆卸维修更换非常困难，特别是高温高压大口
径管道，给周期检验造成很大困难；
对于连续生产过程，不允许中间停流拆卸，检测件发生故障无法拆卸检修，如
何处理是个棘手问题；
国内因设备工艺落后，管理不善，流体介质一般比国外要脏污，如天然气、煤
气、水等，这样对流量计使用性能提出更高要求。
提高流量计可靠性可采用
以下办法：
提高仪表质量；
改变结构形式，如采用不断流型插入式结构，亦可在测量系统上想办法，如
多管并联管道便于清洗及更换；
加强现场维护管理。
2•准确度
仪表的重复性是仪表本身的特性，而准确度是外加的特性。
一台流量计准确度高，首先要重复性高，然后用高准确度的量值传递系统进行校准求得高准确度的仪表系数（或流出系
数）。
对于流量计的准确度要注意这种仪表的特点，英国著名的流量专家F.C.Kinghom说得
好：
流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，在实验室它可以得到极高的准确度，但是在使用现场，一旦条件变化，一切全都白废。
仪表制造厂产品说明书上列举的准确度是指实验室校准的准确度，它称为基本误差，仪
表在现场工作由于使用条件与实验室工作条件不同会产生附加误差，现场的准确度是基本误
差与附加误差的合成，合成不一定为简单的代数和，要视具体情况而定。
因此，现场仪表误差估计是一项复杂的工作，只有既熟悉仪表特性和被测对象，又掌握误差理论的人才能做出
正确的估计。
流量计的准确度涉及流量量值传递的知识，这里做点简介：
流量是自然界不存在实物标准的导出量，它由基本量（长度、质量、时间和温度）在特定条件下综合得出，量值的实物标准（称为原始标准）实际上就是一座流量标准装置，在装
置上把各基本量综合为导出量，然后把量值传递给一台或一组流量计，它称为工作基准或传
递标准，用传递标准（量值的载体）向下一级标准（亦为流量标准装置）传递流量量值。
籍助于传递标准把全国的流量量值统一（一致）起来。
国际间的流量量值的统一是用国际间的
装置比对来达到的。
在各类检测参数量值传递系统中流量的量值传递系统是较困难建立
的一类，因为流量量值有以下特点：
（1）流量是自然界不存在实物标准的导出量，需在特定条件下由基本量（长度、质量、时间、温度等）合成；
（2）流量是一个动态量，它是一个只有当流体发生运动时才实际存在的物理量，因此
它不仅是基本量的静态组合，又由于其动态性质，流量量值受到许多复杂因素的影响，例如
流体内微观分子之间的相互作用，宏观的湍流、旋涡运动等，在具体的管道中还受到边界条
件（管壁）的制约。
（3）流量量值需通过流体介质的物理变化得以反映，因此用于校验的介质最好就是使用介质，但介质有千万种，不可能按此原则办，只好采用模似媒介，然后通过介质换算把流量量值传递到工作介质；
（4）存在于不同工作状态的流体介质表现出不同的物理性质，因此流量量值在不同工作状态时必须考虑该因素的影响；
（5）流量量值基准与工作仪表的准确度差别不可能太大（如目前基准为10-4，而工
作仪表有达10-3的），它们的数量级差别不像基本量或其他导出量那么大，量值传递时标准的误差一般不能忽略，校准流量计时，误差的估算较复杂；
（6）由基准向工作仪表传递量值由于参比工作条件难以维持，影响量渐趋复杂，误差
估算困难程度逐渐加大；
（7）流量量值准确度不高（目前最高准确度不高10-4）原因在于其导出动态的和综合的性质。
五、流体的物理性质（物性参数）
（一）为什么需要研究流体的物性参数？
流体物性对流量计特性的影响是流量计开发和使用的主要问题之一，物性对流量计物性
的影响程度视工作原理而异，目前最通用的几类流量计（差压、浮子、容积、涡轮、涡街、电磁、超声、热式等）影响流量计特性的主要物性为密度（包括气体压缩系数、湿度等）、粘度、等熵指数、电导率、声速、比热容、导热系数等。
其中尤以密度和粘度的影响最为重要。
掌握流体物性参数在流量计制造与使用中有三方面用途：
（1）选型的依据
流量计的选型主要需了解仪表性能和被测对象的情况两方面，所谓知己知彼，百战不殆。
在现场使用中，不乏因流体物性参数掌握不足或不准而使测量达不到要求的实例；
（2）流量计的设计计算
在流量方程中物性参数是主要参数之一，要使设计计算准确可靠，基本数据的提供是不
可缺少的；
（3）现场使用与维护
流体物性变化是使用中产生测量附加误差的主要来源之一，要降低测量的附加误差应深
入探讨它对流量计特性的影响。
（二）关心哪些物性参数？
1密度；
2粘度；
3导电率；
4声速；
5导热系数；
6等熵指数；
7比热容；
8化学腐蚀；
9结垢；
10润滑性；
11相变；
12磨蚀性。
（三）物性参数存在的问题
1.物性参数数据准确度低，置信度差及数据不统一
流量测量用的物性参数数据一般取自各种物理、化学及工程手册，由于来源混杂，数据
不一致，各种手册使用对象要求不同，难以满足流量测量高准确度及需明确准确度数值的要
求，许多流体的物性数据不足，甚至完全没有，特别如高参数（高压、高温、低温、高真空度等）流体及多元流体（流体混合物）的物性参数，不但置信度差，甚至完全缺少；
2.在线物性测量仪器缺乏，质量差、应用范围窄
为了提高流量测量的准确度，急需开发在线物性测量仪器，以使在测量过程中进行在线的修正，目前密度和粘度在线测量仪器（变送器）不但技术复杂，价格昂贵，且应用范围窄，因此无法大量推广应用；
3.缺少专用的物性手册
考虑到物性参数对测量准确度的影响，国外已有对少数物性参数制订物性国家标准，但
是对于大量物性参数急需编纂一本流量测量物性参数专用手册较为现实，手册可以提供较齐
全与统一的数据。
尤其随着计算机使用的普及，物性参数仅用图表已不能满足要求，急需提
供各种计算式便于使用。
六、流体的流动特性
为什么关心流体的流动物性？
首先看一下实验室的参比工作条件，按照GB9248-88
《不可压缩流体流量计性能评定方法》实验室的工作条件可分为：
1环境条件，2动力条件，3流体条件。
1.环境条件
（1）标准大气条件:
温度
20C,相对湿度65，大气压力101.
3kPa；
（2）
参比大气条件:
20C±
2C,相对湿度
60-70
，大气压
86-106kPa；
（3）
一般大气条件:
15-35C,相对湿度
45-75,
大气压力
（4）
其他：
磁场和机械振动可忽略不计。
2.动力条件
电源电压公称值的±
1，频率公称值的±
1，谐波含量小于5（交流电源），纹波含量小于0.2（直流电源）。
3.流体条件
（1）具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴对称分布；
（2）充满圆管的单相流体；
（3）牛顿流体；
（4）定常流。
我们前面已谈过，工作条件遵守上述条件校验得到的误差为基本误差，而偏离这些条件
将产生附加误差。
在现场流体流动特性中的具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴
对称分布及定常流常是难以满足的，它们将造成测量误差的增大，有时增大多少难以定量确
定，因此在现场使用中必须密切注意流动特性的情况，以下我们对流速分布畸变、旋转流及
非定常流的影响作一简介。
1.流速分布畸变及旋转流
流速分布畸变及旋转流对流量计特性的影响因工作原理而异，有的很严重，有的无甚影
响，一般来说，推理式流量计（差压、涡轮、涡街、超声、电磁等）都要受影响，而容积式流量计不受或基本不受影响。
速度分布畸变对流量计特性的影响非常复杂，难以掌握，其困
难问题有：
（1）不同的速度分布畸变及旋转流对各种类型流量计的影响是不一样的；
（2）由于仪表壳体内流场的复杂性，很难预测（难以用理论计算）速度分布畸变及旋
转流对各种类型流量计的影响程度，基本上要依靠实验方法来确定；
（3）要进行各种类型流量计在各种速度分布畸变及旋转流下的流量物性影响试验，不但工作量太大，经济上耗费亦很难承担；
（4）用户难以满足流量检测件上下游直管段所需要的作业空间，因此速度分布畸变及旋转流具有普遍性。
2.非定常流
在现场使用中非定常流并不少见，非定常流可分为二大类：
周期性脉动和随机性波动。
在发动机、泵、风机等出口的流动可见周期脉动，而管道中的流动受阻流件及管道系统的干
扰一般都存在随机性波动。
至今还没有明确规定流量所需要的定常流条件的定量指标。
在流
量测量标准中只是含糊地规定：
管道内的流量应该不随时间而变化，或实际上只随时间有
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