面向我国城市集中供热必将走向科学化发展的需要，1987年解鲁生教授提出了研制热力站“热量”计量检测的项目建议，并且同时提出了采用弯管流量计作为流量计量的设想。我们积极的响应了这个建议并且和唐山热力公司的同志们进行了联合攻关，并且很快的在1991年完成了由河北省科委下达的热力站“流量、热量积算仪”研制项目。从那时起至今的20年，我们始终持续不懈的围绕着这个课题进行了深入细致的研究。后续的研究的内容主要分为两个大的分支方向，第一个研究方向是弯管流量计的产品研究，其动力来源于这种流量计没有附加的压力和能源损失、对前后直管段的要求短，节省占地面积、多年使用性能稳定、重复性好，还有它的结构简单、没有易损件、抗脏污能力强、几乎不需要维护的优良性能。坚持这个研究方向我们又先后研制成功了“蒸汽用弯管流量计”和多种液体、气体用弯管流量计。在这些研究工作过程中除了得到相关行业协会和广大用户给予的大力支持和配合外，唐山技术监督局、河北省技术监督局和国家计量院以及多个国家计量检定部门都给予了积极配合和大力支持。2004年在12届国际流量大会上（THE 12th INTERNATIONAL CONFERENCE ON FLOW MEASURMENT）我们发表的“弯管流量计标准化研究”论文（The Study of Standardization of Elbow Flow Meter）受到了国际计量界专家的高度重视和良好评价。Harris主席高兴的说：“你们做的很棒！”目前弯管流量计已在我国的28个省（包括台湾）的多个行业得到应用，总用量约为10000台。其中供热行业有近200家的应用，用量6000台左右。这些流量计有的已经使用十五年以上，可靠的支持了供热企业的计量管理工作。

      我们的第二个研究和发展方向是在完成了热力站热量计量基本单元研究的基础上逐渐升级展开的以节能降耗运行管理为目标、以全热量管理为特征的热源自控和热源—热网统一计算机监控管理系统的研究和应用推广工作。我们和数十家热力公司的良好合作，有效的支持了这些兄弟热力公司的科学化管理工作，为他们的管理升级和节能降耗工作做出了贡献。我们在过去十年间研制和参与研制的数十套计算机监控系统到目前为止无一失效的支持着那些系统的供热运行。这些计算机监控系统能够可靠运行首先得益于成功地使用了弯管流量计。正是弯管流量计具有多年运行可靠和免维护等性能保证了它可以长期、连续、可靠的提供计量数据支持才实现了计算机监控系统的可靠运行，使得我们可以不断的在那些计算机监控系统上灵活自如的运行各种热网管理的奇思妙想。

      我们承担的“弯管流量计”项目作为重点国家级火炬计划项目（编号Z2001007）已在全国许多行业得到推广应用，本文重点讨论弯管流量计在供热系统中的应用。

      供热行业的测量介质多为：热水、低温低压蒸汽、中温中压蒸汽。蒸汽又分过热蒸汽和饱和蒸汽。在热力站中，测量介质多为热水，它的特点主要是间隔运行、脏污、易结垢。这些特性对于其他流量计是致命的问题，而对于弯管流量计确是无关紧要的，这里不再详细说明。对于蒸汽，特性比较复杂，在弯管流量计出现前，还没有一种流量计可以很好的满足蒸汽的计量要求。人们在孔板的基础上也作了坚持不懈的改进，如偏心孔板、圆缺孔板、高级孔板阀、内锥等，但都不尽如人意。弯管流量计它保留了差压式流量计的优点，克服了它的缺点，弯管流量计的出现使蒸汽的计量峰回路转、柳暗花明。下面重点阐述蒸汽的计量特性。

      蒸汽可分为饱和蒸汽和过热蒸汽。饱和蒸气又可分为干饱和蒸气和湿饱和蒸气。在流量测量过程中，蒸气的性质有时会产生变易。也就是说，它们之间可能会相互转换。这对蒸气流量的准确计量带来一定的困难。

      准确确定蒸气的在线密度是确保蒸气流量测量精度的最重要的条件之一。

      A.  饱和蒸气的密度水经过加热蒸发变成蒸汽，这就是饱和蒸汽。饱和蒸汽的温度与压力之间有着严格的一一对应关系。饱和蒸汽的密度可以是其温度或者是其压力的单一函数。根据饱和蒸汽的温度值或者是压力值的大小，将其代入饱和蒸汽密度计算公式就可以计算出准确的饱和蒸气的密度值。

      对于含有一定水份的湿饱和蒸汽，其密度不仅与蒸汽的温度（或压力）有关，而且与蒸汽的湿度有关。对此弯管流量计的二次表增加了湿度设定功能，可以根据实测的蒸汽湿度对二次表进行设定补偿，确保流量测量准确。

      B.  过热蒸气的密度

      过热蒸汽是将饱和蒸汽进行再加热后获得的一种具有特殊品质的蒸气。它打破了饱和蒸汽所固有的温度与压力严格一一对应的关系。也就是说，在固定的蒸汽压力条件下，凡是温度超过对应压力条件下饱和温度的蒸汽都被称为过热蒸汽。由于过热蒸汽具有过热度，因此在输送和流量测量过程中一般不容易发生性质变异（不容易产生冷凝水析出），在流量测量过程中可以将过热蒸汽作为单一介质看待。

      过热蒸汽的密度是其温度和压力的综合函数，密度值可以根据过热蒸汽的温度值和压力值通过过热蒸汽密度计算公式准确计算获得。采用在线温度、压力密度补偿的方法可以获得准确的过热蒸汽密度，可以保证在过热蒸汽流量测量过程中不会因为密度的问题带来额外的测量误差。

      管道中蒸汽的实际流速一般都比较大。在正常条件下，蒸气在管道中的经济流速在40～70m/s之间。有时蒸气的流速高达100m/s以上也不鲜见。高速的蒸汽对于流量测量元件的影响主要表现为：磨损和冲击。

      弯管传感器流道通畅，不容易产生磨损；弯管传感器对于微量磨损不敏感；另外，弯管传感器中不存在节流件和插入件，因此，对于管道中可能存在的冲击（水锤现象）影响不大。

      弯管流量计的以上特点与孔板流量计有较大的区别。孔板对磨损特别敏感（入口锐角）；孔板由于是节流件，对于管道中可能产生的水锤冲击影响巨大。很多实际使用的蒸气孔板，往往都会或多或少地产生变形（成为碗形）就是由于管道中水锤冲击造成的。所有这些都会直接影响孔板流量计的测量精度。

      在采用弯管流量计测量蒸气流量的系统中，由于蒸气的流速相当高，使弯管传感器能够产生足够大的差压信号值。这对于差压变送器的选择十分有利，对于提高弯管流量计的测量精度十分有利。

      高温、高压的蒸气在流量测量过程中对于测量装置的要求是非常高的。主要表现在：传感器材质的选择；安装的可靠性和安全性；防止发生跑冒滴漏；防止高温蒸气对于测量元件的影响和损坏等等。

      弯管传感器具有各种材质的品种可供选择。在高温、高压的蒸气管道上安装使用的弯管传感器完全可以选用与工艺管道相同材质的弯管（传感器）。这样的选择就很好地解决了传感器的材质问题。

      弯管传感器具有良好的耐磨性能，可以长周期、高精度、高稳定地工作。因此，弯管传感器可以采用直接焊接的方式进行安装。具体的方法就是将弯管传感器直接和工艺管道焊接在一起。这样的安装方法完全可以解决蒸气流量测量过程中可能出现的跑冒滴漏的问题。

      孔板流量计为了解决跑冒滴漏的问题，在市场上曾经出现过一种焊接式孔板。但是，由于孔板不具备耐磨的特性，它的检修周期最长只有一年。焊接式孔板它是以损失测量精度为代价来解决蒸气流量测量中的跑冒滴漏问题的，这当然不是一个好办法。因此，焊接式孔板最终不能够被人们广泛接受。

      弯管流量计属于差压式流量测量装置，它是通过差压变送器将差压信号转换成为电信号进行流量测量的。而差压变送器又是通过导压管与弯管传感器连接的。由于导压管的存在，高温、高压蒸汽并不直接与信号转换器（在这里就是差压变送器）直接接触。因此，不存在转换器受高温、高压蒸汽影响的问题。

      这一点与涡街流量计不同。涡街流量计的旋涡检测元件是直接与蒸汽接触的，因此，它的耐温性能就受到限制。

      蒸汽是由水加热蒸发生成的。对于差压式流量测量装置而言，差压式传感器（包括：孔板、弯管传感器、均速管、威力巴测量管等等）必须通过导压管与差压变送器连接，将传感器产生的差压信号送入差压变送器进行信号转换。那么处于导压管中的蒸汽会因为与环境换热而冷凝成为冷凝水。

      在蒸汽流量测量过程中，如何妥善解决由于冷凝水的生成而带来的一系列问题。这是需要我们特别的注意问题。

      保证两根导压管中冷凝液液面处于同一高度是保证蒸气流量测量装置准确测量的前提条件。如果两根导压管中的冷凝液液面高度不相等，那么，冷凝液液柱的高度差会使差压变送器接受一个附加的差压值，这个差压值将使蒸气流量测量的精度大受影响。

      传统的流量测量装置（如：孔板流量计、喷嘴流量计等等）在测量蒸汽流量时都配有冷凝罐作为保证冷凝液液位平衡和稳定的器件。

      冷凝罐有两个接口，处于下面的一个接口是通过导压管与差压变送器连接的；处于侧面的另一个接口则与流量传感器的取压孔连接。由于差压变送器在工作中处于封闭状态，冷凝罐实际上只有一个与流量传感器连接的通孔，我们习惯称只有一个通孔的容室为盲室。冷凝罐就是一个盲室，它只有一个与流量传感器联通的通道。

      冷凝罐的理想工作状态应该是这样的。蒸汽在冷凝罐中因为与环境换热而不断冷却，如果蒸汽冷却后的温度低于该蒸汽压力下的饱和温度时，就会有一部分蒸汽冷凝成水析出。于是，冷凝罐中的冷凝水液位不断抬高，一直达到与传感器连接的水平接口处。继续冷凝的冷凝水应该通过与传感器连接的水平导压管返回流量传感器（蒸汽管道），冷凝罐中的冷凝水液位保持稳定不变。如果正负两侧的冷凝罐侧面的连接孔处于同一水平状态，则两个冷凝罐中的冷凝水液位高度就相等。这就是冷凝罐保证冷凝液液位平衡的基本构想。

      在运行过程中，冷凝罐中冷凝水与蒸汽相接触部分的蒸汽和冷凝水都处于饱和状态。由于管道中蒸汽压力的突然变化会引起冷凝罐中部分饱和蒸汽突然冷凝（蒸汽压力增加）或者是部分饱和水突然闪发（蒸汽压力降低）。为了使突然冷凝或者闪发造成的冷凝水液位变化尽可能小，增加冷凝罐的截面积是一个可取的方法。常见的冷凝罐截面积相对于导压管来说要大得很多，这有利于维持冷凝水液位的相对稳定。这是冷凝罐的另一个重要的作用。

      如果被测蒸汽为饱和蒸汽或者是过热度相对很低的过热蒸汽。冷凝罐中的蒸汽与环境换热后就会有较多的冷凝水产生。为了维持冷凝罐中冷凝水液位的稳定，多余的冷凝水必须要流回蒸汽管道。冷凝罐中多余的冷凝水通过导压管流回蒸汽管道的条件是：这段导压管必须处于水平状态或者有一点点倾斜度，该倾斜度使冷凝水容易流回蒸气管道。

      实际情况是:在这段水平导压管上通常安装有一个根部阀。而根部阀一般都选择耐压性能比较好的针型阀。针型阀的流通通径特别小，且流通通道还存在弯曲，冷凝水在这里自由流动是极其困难的。

      另外，冷凝罐中多余冷凝水流回管道的动力非常小，它是依靠冷凝罐中存在的一点点液柱高度来完成的。由于导压管的内径一般只有d =10mm左右，冷凝水流动的差压动力最大不可能超过10mm水柱。同时，冷凝水又有相当大的表面张力，冷凝水的流动并不顺畅，极易使水平导压管内形成满管水柱，阻塞冷凝水流动。一旦流道中存在水柱阻塞了液体的自由流动，那么就会出现以下的情况。

      因为冷凝罐是节流盲室，节流盲室只有一个通道，它既是冷凝水的流通通道，又是冷凝罐蒸汽空腔与流量传感器之间蒸气压力平衡的通道。在导压管形成水柱阻塞冷凝水流动时，同时也阻塞了蒸汽流通的通道，此时冷凝罐中的蒸汽如果继续冷凝成冷凝水，冷凝罐中原有的蒸气空间的压力就会因为蒸汽的冷凝而下降，它会进一步限制多余的冷凝水流向流量传感器。相反，它会使冷凝液流入冷凝罐。蒸汽管道中的蒸汽不能够补充进入冷凝罐。最终冷凝水会充满整个冷凝罐的蒸汽空腔。

      冷凝罐处于注满冷凝水的工作状态虽然不会造成冷凝水液位的不平衡和不稳定。但是，冷凝罐的作用在这里并没能体现。严格地说，此时有无冷凝罐似乎并不重要。

      如果被测蒸汽是过热度相当高的过热蒸汽，情况就是另一个样子了。此时，冷凝罐通过导压管的传热处于很高的温度状态下，冷凝罐的实际温度超过了蒸汽工作压力下的饱和温度值，不足以使冷凝罐中的蒸汽冷凝成为冷凝水。蒸汽在冷凝罐中不能够冷凝或者是冷凝量不足。此时冷凝水的液位可能处于冷凝罐下部某一个位置上，甚至是处于冷凝罐下面导压管中的某一个位置上。这时冷凝水液位的高度是随机的，是不确定的。在这样的工作状态下，冷凝罐不能很好地体现其平衡和稳定冷凝水液位的功能。安装冷凝罐的理由也就变得不充分了。

      冷凝罐中冷凝水液位的不确定性必然会造成蒸气流量测量的附加误差。但是，孔板流量计在这样的条件下工作已经有许多年了，人们从来没有对冷凝罐是否有效工作产生过怀疑。人们并没有发觉由于冷凝罐工作状态的不理想会造成流量测量值的过度偏差，这是为什么呢？

      第一，由于孔板流量计两个取压孔处于基本相同的位置上，两个冷凝罐处于同样的环境条件下工作，在很多情况下，两个冷凝罐甚至是焊接在一起工作的。不管被测的蒸汽是饱和蒸汽还是过热度很高的过热蒸汽，也不管冷凝罐被冷凝水充满，还是冷凝罐中根本就没有冷凝水。其正负压侧的冷凝水真实液位的高度都相差不多。这是由于两个冷凝罐以及两根导压管工作环境几乎相同所造成的结果。于是，不会产生过大的液位偏差。

      第二，由于孔板流量计在正常工作条件下产生的差压值很高。与真实冷凝水液位的微小差别比较，人们甚至没有发现冷凝罐工作状态不正常这个客观现实。这就是传统的冷凝罐真实工作状态的分析。

      弯管流量计在测量蒸汽流量时是绝对不能应用冷凝罐模式的。如果使用这种模式进行蒸气流量测量，其测量偏差值将是一个完全不能接受的巨大差值。分析原因如下。

      首先，我们仍然要强调，冷凝罐在实际工作中是不能够起到稳定冷凝液液位和平衡冷凝液液位的作用的。

      其次，弯管传感器的两个取压孔不同于孔板的两个取压孔，它们是处于弯管传感器内外两侧。也就是说，它们是处于完全不同的换热环境和条件下工作的。如果采用冷凝罐模式，那么在测量蒸汽流量时是完全不能保证两侧冷凝水液位的平衡和稳定的。实际使用也证实了这个问题的严重性，在弯管流量计测量蒸气流量的系统中如果是用冷凝罐模式所造成的附加测量偏差是完全不能被接受的。

我们假设与弯管传感器连接的导压管具有一段相当长的水平管段，用来代替冷凝罐的工作，达到保持冷凝水液面的稳定和平衡。所谓相当长的水平管是指即使管道内的蒸气是过热度很高的过热蒸汽，通过相当长管段的导压管换热之后保证在相当长的水平管段尾部之前一定有冷凝水产生。其结果是：处于水平管近端（与弯管传感器连接）导压管中的介质必然是蒸汽；处于导压管远端中的介质必然是冷凝水。蒸汽和冷凝水的交界面必然处于水平导压管中间的某一点上，具体位置对于冷凝水液柱的高度无关。管道中蒸汽压力、温度的变化或者是周围换热条件的变化使水平导压管中的部分冷凝水闪发或者是部分蒸汽冷凝，只会使水汽交界面在水平导压管中来回移动，它不会造成冷凝水液柱高度的变化。这是因为这根导压管处于水平状态下工作的缘故。这样就保证了导压管中冷凝液液面的平衡和稳定。

     足够长的水平导压管安装、使用都不方便。如果能够将足够长的水平导压管给它盘起来，加工成为一个水平盘管使用就十分方便、合理。这就是水平盘管产生的原因。弯管流量计配置了专用的水平盘管就解决了冷凝水液面平衡和稳定的问题。

      处于寒冷地区的蒸汽流量测量装置，差压变送器测量室和导压管中的冷凝水容易结冰，造成系统无法正常工作。保温和伴热就是蒸气流量测量必须要考虑的技术措施。

      蒸气流量测量系统采用保温和伴热是一件十分麻烦的事。在可能的条件下将流量测量装置安装在环境温度较高的室内是寒冷地区最佳的选择。

      在采取伴热、保温方案时，要特别注意处于垂直状态条件下的正负导压管所处温度的一致性。这是因为导压管中（冷凝）水的密度是温度的函数。如果处于垂直状态下的两根导压管工作在不同的温度条件下，管内的冷凝水密度是不一样的。工作温度差异越大，产生的附加差压值就越大；垂直距离越高，产生的附加差压值就越大。这个问题必须引起我们的高度重视。

      解决这个问题的方法是：将处于垂直状态的正负压两根导压管和伴热管组合在一起，并保持它们之间有相同的间隔距离，使两根导压管中的冷凝水处于同样的温度状态下工作，保证不会因为管道内水的密度不同引起测量偏差。 之所以强调处于垂直状态下的导压管而不重视水平导压管的温度差，是因为水平导压管中液体的温度变化引起的密度变化不会造成差压值的变化，不会造成测量的附加误差。

      测量蒸汽流量的弯管流量计在实际停止使用蒸汽的状态下，流量计仍然会有指示这个问题给用户造成很大的困惑。其实，这也是蒸汽冷凝惹的祸。我们知道，弯管传感器是安装在蒸汽管道上进行流量测量的。当用户停止用汽时，会将蒸汽阀门关闭。但是，弯管传感器本身仍然处于蒸汽管道中。这时管道中的蒸汽虽然不再正常流动了，但是，随着管道的冷却，管道中不断有部分蒸汽变成为冷凝水，客观上仍然有蒸汽在管道中无序的流动着。弯管传感器属于双向式流量传感器，无论蒸汽流动的方向如何改变，它都能够产生正向的差压信号。于是，弯管流量计在这样的状态下仍然有“相当的流量值”，引起人们的猜疑。如果弯管传感器安装在蒸汽截止阀的前面，无论蒸汽截止阀关闭与否，它始终处于蒸汽管道中，蒸汽的冷凝和新蒸汽的补充没有尽头，这样的现象就会更加严重一些。但是，这种现象对于蒸汽正常流动时的工作并不产生任何影响。解决停止用汽后依然有流量显示的方法是二次表设置小信号切除，即当差压信号低于一定数值后流量计按没有流量处理。

      如果现场安装的是90°弯管传感器，那么弯管传感器的安装状态是必须注意的一个问题。

      水平安装的90°弯管传感器，它的两个取压孔同样可以处于水平的状态下工作。同样可以保证两根导压管中冷凝液液面的平衡和稳定。这样的安装方式也可以不考虑对于差压变送器的迁移和补偿。所以，水平安装是采用90°弯管传感器首选的安装模式。

      弯管传感器有多种结构形式，安装在九十度折弯处的“C”型90°弯管传感器和安装在直管上的“V”型弯管传感器是其中的两种。由于蒸气介质的特殊性，在蒸气流量测量系统中，选择那一种弯管传感器对于保证流量测量结果是有一定的影响的。

    “V”型弯管传感器可以安装在任意空间状态的直管上工作，且能够保证两个取压孔一定可以处于同一水平位置上。这样的安装模式可以保证蒸气冷凝液液位始终处于相同的水平面上，这时不需要对差压变送器进行任何的迁移或补偿。使系统的工作简单、方便、准确。因此，“V”型弯管传感器是蒸气流量测量中次首选的弯管传感器。

      垂直安装的“C”型90°弯管传感器，它的两个取压孔不处在同一水平面上。两个取压孔之间存在一个高度差。取压孔位置高度差的存在使两根导压管中冷凝液液面存在一个相同数量的冷凝液液位的高度差。这样的安装方式必须考虑对于差压变送器进行相应的迁移和补偿才能够保证系统的正常工作。

      迁移的数值当然是两个取压孔位置高度差与冷凝液密度的函数。问题是冷凝液（水）的密度是环境温度的函数，而环境温度并不是一个固定值。于是，这样的测量方法必然会带来附加的偏差。当环境温度差异很大时，需要对差压变送器的迁移值进行实测校准，尽可能减小误差的产生。

      在条件允许的情况下，我们应该尽可能的避免使用垂直安装的“C”型90°弯管传感器。

      弯管流量计配置有专用的二次表，它具备测量蒸汽介质所有的补偿、修正、运算、存储、输出等等功能。它可以是盘装式、挂装式或者是卡装式的。其中流量转换器是专门用来与计算机系统匹配使用的。

      蒸汽流量测量系统除需用配置高质量的差压变送器之外，还需要配置压力变送器和温度测量元件。

      对于蒸汽介质，由于其工作压力和工作温度都比较高，为保证操作安全，差压变送器必须配置三阀组件才能使用。（新型的差压变送器生产厂商虽然已经明确承诺，在不使用三阀组件的条件下仍然可以保证差压变送器的正常工作，使现场使用更加方便，故障率更低。）

      测量蒸汽流量时，导压管中的蒸汽会因为与环境换热而成为冷凝水，为了保证冷凝水能够完全充满导压管和差压变送器的测量室，系统在投运前必须要进行排汽操作。排汽操作的要点是用蒸汽将导压管中的空气彻底吹扫干净。这样的操作是由排污阀来完成的。因此，测量蒸汽流量的弯管流量计系统必须配置排污阀。对于被测介质是高温、高压的过热蒸汽时，排污阀最好采用双阀结构（将两个排污阀重叠安装使用），保证不发生排污阀泄漏，以免影响系统的正常运行。

      品质不太高的饱和蒸汽其温度测量保护套管可以用普通的直管型不锈钢保护套管，高温高压的过热蒸汽温度测量保护套管必须采用耐高温、高压的锥形保护套管。

      测量蒸汽的“C”型90°弯管传感器要尽可能采用水平安装方式，或者选择“V”型弯管传感器，以保证正负取压孔处于同一水平的位置上。尽量避免由于取压孔高度不一致而必须采用差压变送器正负迁移的工作模式。

       为了保证导压管中冷凝液液位的稳定，测量蒸汽的弯管传感器必须配置盘式冷凝器。盘式冷凝器可以直接与取压接管焊接使用。
根部阀安装在盘式冷凝器下部出口管上，使它工作在温度比较低的冷凝水介质中，这样可以改善根部阀的使用环境，大大增加它的使用寿命。

      到目前为止，我公司生产的弯管流量计已经在全国100多个城市的200多个热电厂和供热系统中得到应用。这些应用的方式和场合可概括归纳为4种应用方式。①热电厂锅炉给水和蒸汽生产的计量，用于锅炉和汽机的生产管理（包括热电厂工业蒸汽用户网的计量管理）。②集中供热锅炉房的热水锅炉产热量计量（包括对单台锅炉的产热量计量和热源出口总热量的计量），以及在锅炉自动控制系统中担当流量、热量过程控制测量。③在数值化城市集中供热系统建设中测量热力站的流量、热量。④对独立集中热用户的热量计量和收费管理。在这四种应用方式中，弯管流量计用量最大和影响最突出的是在对热力站的数值化管理和控制中的应用。

      广州紫坭热电有限公司现有三台65T/H中温中压煤粉锅炉（3×12MW机组），是热电联产的主体设备，为地域内各工业企业提供蒸汽，13万吨蒸汽/年；向系统电网输送电力（110kV），供电约2亿千瓦时/年。公司被列入广东省第一批33家应依法清洁生产审核的企业之一。公司在2003年投入405万元对锅炉烟气脱硫除尘达标治理，并已达到80%脱硫效率的良好效果，但是，供电能耗仍达到586克/千瓦时，与同类行业相比差距较大。为全面贯彻落实《清洁生产促进法》（2003年1月1日起实施），达到“节能、降耗、减污、增效”清洁生产目的，从2003年2月起，我们对汽轮机发电原蒸汽汽耗率偏高的根源，进行了详细分析和论证，认为现有生产流程中两个孔板流量计的阻力损失是使蒸汽汽耗率偏高的主要原因。遂决定采用“弯管流量计”代替现用的“孔板流量计”。原有生产工艺如图1。

      锅炉主蒸汽（3.82MPa、450℃）计量原采用孔板流量计。经测定，蒸汽流过孔板流量计造成压力损失约0.05MPa，蒸汽由锅炉进入汽轮机需经过两个孔板流量计，在孔板流量计上造成的压力损失约0.1MPa，加上蒸汽管道及阀门造成的压力损失，使锅炉过热器集汽联箱出口至汽轮机进汽口之间管道损失达到0.4MPa。即使锅炉压红线运行（3.82MPa）、汽轮机进汽压力只能达3.4MPa(设计进汽压力为3.47MPa)，致使发电汽耗上升，发电煤耗上升。

      据测算，减少蒸汽管道上的压力损失0.1Mpa，在锅炉工况不变的情况下提高汽轮机进汽压力0.1MPa，使汽轮机进汽压力提升至3.5MPa，根据12MKW汽轮机负荷特性曲线，满负荷的情况下进汽压力由3.4MPa提升至3.5MPa，负荷增加200kWh，发电汽耗下降0.1kg/kWh。从而达到节能降耗目的。

      现有三台65吨/时锅炉，每台锅炉主蒸汽管道原安装两个孔板流量计，共六台。在原址利用蒸汽管道上现有的弯头位置安装弯管流量计，共六台，代替原有孔板式流量计。改进工艺见图2。

      从2005年3月投入调试的实测数据复算表明，节约原煤4200吨/年，减少生产成本达到210万元，投资回收期仅3个月，同时减少二氧化碳排放量达到54吨/年，减少二氧化硫排放量21.5吨/年。由此可见孔板流量计的压力损失不可小视，由此带来的能源消耗很大，应引起企业的高度重视。

      无锡协联热电有限公司在2004年的三期工程项目中，在220T/H级循环流化床锅炉主汽管道上大胆尝试，取消了其中一台炉的长颈喷嘴这一常规节流装置，改用弯管流量计（主汽压力9.9MPa 、主汽温度545 ℃，管径325*25。见右图3）。几年来运行稳定、精度高，常年免维护。由于没有压力损失，与另一台炉（仍用喷嘴流量计，前后压降达52.7KPa）相比，相同蒸汽流量时每年多发很多电，而且发电后对外供热抽气流量明显高于对方。节能计算如下：
汽轮机组的功率
                    （1）
      其中，D     汽轮机组蒸汽流量；                     h1： 进汽机蒸汽焓值
h2：  汽机出口蒸汽(抽汽)焓值              ηi：汽轮机相对内效率（约为82%）；
               ηm：  汽轮机机械效率（约为98%）； ηg：  发电机效率（约为98%）；

      注：汽机总效率包括锅炉效率（约94%）、管道效率（97%）、汽轮机相对内效率（82%）、汽轮机机械效率（98%）、发电机效率（98%）、朗肯循环热效率（40－45%），以上效率的乘积才为总效率。此处仅涉及3个效率。

      电厂为了监测和计量需要，通常在锅炉出口和汽轮机入口的管道上加装节流孔板，造成初压P1降低；在汽轮机外供蒸汽总管加装节流孔板，造成供热总出口蒸汽压力P2的升高，这两个参数的变化均会造成汽轮机功率的降低，下面分别加以说明：

      蒸汽流经锅炉出口和汽轮机入口的节流孔板是一个绝热节流过程，蒸汽焓值不变。汽轮机功率的变化可以用莫里尔焓熵图进行计算（如图1，h为焓值，s为熵）。已知节流前的状态P1、t1及节流后的压力P1’，根据节流前后焓值相等的特点，可在h-s图上确定节流后的各状态参数。如图1所示，点1的参数是P1、t1及h1，在图1上过点1按定焓画水平线与P1’相交得1'，即可得节流后的参数。汽轮机的做功为可逆绝热膨胀过程（即等熵过程），水蒸汽在节流前由点1经可逆绝热膨胀至抽汽压力P2时，可利用的焓降为h1-h2，而经节流后的水蒸汽，同样经可逆绝热膨胀至压力P2时，可利用的焓降为h1’-h2’,显然h1-h2 > h1’-h2’，节流以后蒸汽可作出功减少。

      对于本例，已知锅炉出口喷嘴压力损失52.7KPa，使汽轮机初压降低0.0527MPa；常用流量220t/h。
      ① 无节流件时汽轮机初参数P1＝9.9MPa，T1＝545℃，由工程热力学计算得h1＝3486.58655KJ/Kg，s1=6.73838；
      ② 加节流后初参数P1’ ＝9.9-0.0527=9.8473MPa，由图1知h1’= h1＝3486.58655KJ/Kg，s1’=6.740779；
      ③ 节流前供热抽汽压力P2＝0.8MPa， s2=s1，  则h2 ＝2820.17KJ/Kg；
      ④ 节流后抽汽参数P2’=P2＝0.8MPa，s2’=s1’， h2’＝2821.30KJ/Kg；
      由公式（1），计算出汽轮机功率下降值Px为

      即锅炉出口一套节流装置每小时使汽轮机少发电54.4度，按每度电0.4元计算，为21.8元/小时。每小时节能的费用似乎很小，但滴水成渊，全年330天运行少发电合人民币21.8＊24*330＝172656元。如用弯管流量计取代喷嘴，则将浪费的能源完全节省下来。因此，弯管流量计使用几个月节能的钱就将整套流量计设备改造投资全部收回！每个电厂节流装置上百套，如果全面更换为无压力损失的弯管流量计，节能效果是非常显著的。

      外网总管道供汽压力是随外网末端压力波动的，本公司末端蒸汽用户要求压力0.55MPa。为满足需要，如果管道输送过程中压力损失较大，只有抬高出口压力来弥补。反之，去掉不必要的节流损失，出口压力低一些即可满足末端要求。

      由图5可以看到，水蒸汽在由初参数点1经可逆绝热膨胀至抽汽压力P2时，可利用的焓降为h1-h2，而可逆绝热膨胀至抽汽压力P2’时，可利用的焓降为h1-h2’，显然h1-h2 > h1-h2’，抽汽压力升高时蒸汽可作出功减少。因此，抽汽孔板换成弯管可使抽汽压力降低，既满足供热要求又增加发电量，此处不再计算。

      综上所述，无锡协联热电有限公司采用弯管流量计改造锅炉主蒸汽、汽机出口以及厂内供热管网的孔板节流装置，减少压降、降低成本、控制能耗、扩大供热半径，取得了显著成效。实际运行的节能数据与计算值基本相符。各热电企业可根据自己的工艺参数进行节能潜力测算。

      以无锡协联热电有限公司为例，它是一家以供热为主的中泰合资企业。公司现有供热管网190公里左右，1999年前整个热网每个分支均采用孔板流量计计量蒸汽流量。由于供热半径较大（一些大的热用户都在5公里以外），而孔板属于高差压流量计，压损相当大。不但降低了蒸汽品质，影响运行效率，而且严重制约了远方热用户的发展。

      1999年，无锡协联热电有限公司热网南北两大分支中，南表首先采用弯管流量计。为检验弯管流量计测量精度，孔板暂时没有拆，还特意更换一台新的节流件，与弯管流量计进行测试比对。二台表的数据均输入同一计算机，绘制瞬时流量曲线。公司通过计量曲线检验任意时刻二台表的一致性。经过多次抽样对比，弯管流量计的精度完全满足当前生产需要。而且在低流量的情况下，比孔板流量计具有更稳定的特点。于是该公司把出厂总管的三块表都换成了弯管流量计。

      原外网总管孔板流量计不可恢复的压损较大，采用弯管流量计后（孔板拆下）管网压降减少很多，再配合管道扩径等措施，供热半径达到了15公里。以2000年度统计资料来看，当年管损为5.1%，而1999年度管损为10.4%，同比供热损失降低5.3个百分点。拓展了蒸汽用户，同时取得可观的经济效益。

      通过装在锅炉出口的弯管流量计（锅炉的供回水温差），可方便的显示锅炉的产热量或功率。包括对单台锅炉的产热量计量和热源出口总热量的计量，以及在锅炉自动控制系统中担当流量、热量过程控制测量。有了锅炉热量或功率的参数值，才能方便而又量化的实现锅炉的变负荷运行和在对应负荷下的优化燃烧，才能达到锅炉的经济运行，才能实现节能降耗，才能谈到科学化管理。一些供热的锅炉，尤其是小型锅炉，由于以往计量设备的不可靠和对计量工作的不重视，而没有加装任何计量设备，全凭锅炉运行人员的经验行事，结果是浪费严重，而且还浑然不知。安装现场如图6所示。

      近年来，我公司在供热管理理论和技术方面更有新的创新和发展。经过自1997年至今10年间先后实施的数十个城市集中供热监控系统的应用研究，推出了“LZK—2000集中供热节能监控管理系统”，该系统突出了“热量”管理的思想，应用了“基于线性系统理论的热网周期热量平衡方法”，拥有丰富而又实用的预报规划、数据采集、分析与控制、经济分析、故障诊断、地理信息等管理功能。它为三北地区成千上万的供热企业提供了解决供热难题的强有力的技术平台，使供热管理的科学化水平有了质的飞跃，应用该技术的40多家供热企业均取得了前所未有的良好经济效益和社会效益。

      该技术的前提是热力站的数值化管理尤其是热量的计量，热量计量就要用弯管流量计。如果沿用以往的二次网回水温度的管理方法则是粗放式的、不科学的，例如某热力公司的其中一个换热站的二次网回水温度是34℃，比其它热力站低6℃，而用户的室内温度已达26℃，原因是这个热力站的用户是地暖采暖。按温度管理的方式，还要继续给这个热力站增加热量，以提高二次网的回水温度。仅举一例，可见一斑。

      图7表明对于热力站中除了对每一个供热机组的一次网要安装弯管流量计测量流量、热量外，还要对二次网各分支的流量、热量进行测量，以便于在热网监控中心不仅能够对一次网的热力平衡情况进行监控，而且也可以对各热力站的二次网各分支的平衡给出数值化的调节管理。二次网的平衡在供热运行管理中往往是热网平衡管理的关键问题！热网计算机监控系统包涵对二次网的平衡管理实际上强化了它的实用性，对于这一点在许多计算机监控系统的建设中经常被忽略。

图8为弯管流量计在热力站现场安装的几种形式。

      小流量计量是所有流量计共同的难题。但是在工业现场由于设计、工艺等环节的问题，小流量计量的出现又是会经常发生的。
弯管流量计在低于流量测量下限的小流量工作时会发生：1、测量精度低，2、流量时有时无（小信号切除大和差压变送器零点偏低），3、管道阀门关闭后会依然有流量显示（小信号切除小和差压变送器零点偏高）等现象发生。

      究其原因是由于弯管传感器管径选择阶段对小流量运行工况估计不足而选择流量计管径偏大造成的。在新建工程中由于考虑扩容（如供热的热水和蒸汽管道）和在压损要求很严的场合（如钢铁厂的煤气管道），往往选择大的管道管径，流体流速低，而弯管传感器的管径按照管道的相同管径选择，这样就造成了流速低于弯管流量计允许使用的下限流速（通常液体0.3米/秒和气体7米/秒）。

      方法一：局部缩颈。根据流体介质类别、最小流量、工作温度、工作压力和弯管流量计最小流速要求，确定弯管传感器管径。如果确定的传感器管径显著小于工艺管道的管径，则应局部缩径处理，如图9所示。

      例如：某公司现场，测量介质为蒸汽，原管道管径DN600，工艺最小流速2.71m/s；局部缩颈后弯管传感器管径DN350，最小流速7.95m/s，缩径处理后既可以满足弯管流量计测量要求，同时经计算也满足工艺压损要求。

      方法二：双套差压配置。有些工艺管道的实际需求是，流量大小变化频繁，且没有固定的规律。最大流量和最小流量的比值远远大于10（最大流量时，压损大，但工艺允许）。一般在供热行业不会出现，在此不做详述。

      方法三：双套传感器配置。最大流量和最小流量的比值远远大于10，但大流量和小流量分时段运行，有固定的规律。（如果采用既照顾大流量又照顾小流量的折衷方案不是最优方案）。例如：某企业是热电厂的热用户，蒸汽管道夏季时只满足生产需要，冬季时既满足生产需要，同时还要满足供暖需要。这种情况下可以采用双弯管传感器技术（如图3所示），大流量测量时，打开3、5，关断4、6，相应的在二次表中设定弯管传感器管径为大口径值，此时大口径弯管传感器投入计量使用。小流量测量时，操作相反。在经济允许的情况下，可以配置两台差压变送器，同时进入二次表中，减少二次表参数的更改和弯管传感器一次阀的开和关等操作；再进一步，如果管道阀门为电动阀，二次表控制，系统可实现全自动计量。

      盘式冷凝器是我公司的一项专利技术，它在蒸汽测量中是非常实用的。遇到现场弯管传感器垂直向下转水平安装时，现场技术人员把两侧的盘式冷凝器人为的安装到同一高度，如图12所示，正压侧盘式冷凝器抬高至与负压侧的平行，认为这样安装即可消除取压体不同高度造成的附加压差，从而省去了差压迁移的工作。结果是好心办了错事。这样安装测量的流量要比实际值小，小流量时仪表甚至不显示流量。

      原因分析：盘式冷凝器的主要作用是使导压管中的水位始终维持在一个固定的高度，无论蒸汽的压力温度如何变化，保持水位高度不变，为差压测量创造一个稳定的条件。盘式冷凝器的正常工作状态为：在其入口水平导压管内部应为饱和蒸汽，压力与管道中的压力相同，温度通常应在100℃以上，压力越高温度越高；而在盘式冷凝器的出口前应为较高温度的水，一般在30至50℃左右。盘式冷凝器的抬高势必造成取压体和盘式冷凝器之间安装一段较长的的导压管，且倾斜向上抬高，散热量极大，造成在倾斜部位就形成饱和状态，从而在倾斜导压管内的上部是水，下部是蒸汽，且分界点随管道中蒸汽的压力温度变化而变化，并且该水位在倾斜导压管中不稳定，盘式冷凝器没有起到应有的平衡液位作用，出现上述现象是必然的。

      正确安装方式见图11所示，检测出高差造成的附加压差，在差压变送器或二次表中迁移，即可消除影响，保证正常计量。

      在测量含气量高的水流量时，按图13方式安装，现象是：正压侧排污时出现大量气泡，排污后流量显示正常，过一段时间后，流量显示值缓慢下降，有时甚至显示零流量，再次排污又恢复正常，如此反复。

      原因是：在管道的最上方积聚了大量的气体，流体的流动造成气体进入正压侧取压体和导压管中，使得流量下降，小流量时不显示流量。

      测量水或蒸汽，安装在室外，管道较高，差压变送器的保温箱安装在地面上，导压管采用自恒温伴热电缆和保温层防冻。出现的问题：不使用伴热电缆时，流量显示正常，启动伴热电缆，流量变化，小流量时变化极大。原因分析：正负压侧的导压管分别伴热保温，保温效果不一致，造成导压管内水的温度和密度不等，系统产生了一定的附加压差，例如，管道距差压变送器高度h＝4米，正压侧水温度为50℃，对应密度ρ50＝988.5kg/m3，负压侧水温度为30℃，对应密度ρ30＝996.2kg/m3，则产生的附加压差为△P=（ρ30－ρ50）×h×g=(996.2－988.8) ×4×9.8＝290Pa，对于小流量计量，该误差影响是非常大的。

      正确的做法是将正负压侧取压体后的导压管以最短的距离合并在一起，再向下引至差压变送器，导压管外先做一薄层保温，然后再铺设伴热电缆，最后共同保温，尽量做到两个导压管的温度相同，问题即可解决。

      在供热系统中的首站和热力站的二次网经常涉及到供水和回水流量的测量，目的是为了考察失水量和更精确的计量热量。如果流量点选择在供水和回水管道上，利用供水减去回水间接获得补水量，在失水量小或断续补水的情况下，有时甚至出现回水流量大于供水流量的现象。如果失水量在2%左右，那么应用1%准确度等级的流量计通过供水减去回水间接获得补水量就很困难。对于这种情况失水量的多少应通过单独测量补水量确定。

      A、关死主管道阀门，调节差压变送器静态零点至4mA输出，关闭三阀组平衡阀，打开两侧阀，差压变送器输出5.2mA，约为225Pa，这个数值应为正负压侧盘式冷凝器高度差造成的压差；但经测量该高度差为190mm，计算理论压差为1860Pa，相差太大，为什么？

      B、在上述状态下，将差压变送器的5.2 mA输出调为4mA，即认为差压动态迁移完成，可是当主管道阀门略开启，流量迅速增长至24吨/小时，而此时工艺用汽量约只有3吨/小时，为什么？

      A、根据管道中的蒸汽温度198℃、压力1.4MPa，判断为湿饱和状态，在主管道阀门关闭一段时间后，阀前管道（包括横管道）可能积聚大量的198℃、1.4MPa的饱和水，在此情况下，正负压侧盘式冷凝器高度差应产生差压值为：“高温水”和“常温水”因密度的不同在盘冷高差之间产生的差压：（998-866.7）×（0.707×250÷1000）×9.816＝227Pa，接近实测的225 Pa；由此可以认为管道中积聚了大量的高温水，并且至少淹没过了正压侧取压口的位置。

      B、差压变送器动态零点是由5.2mA调为4mA，迁移量只有225Pa，这个动态迁移是虚假的；而由盘式冷凝器高度差190mm计算的差压迁移量为1860 Pa，实际少迁移1860-225＝1635 Pa；当主管道阀门打开时，管道中积聚的水流走，作用在差压变送器上的附加压力差即为+1635 Pa；而流量24吨/小时对应的压差为1666 Pa，即实际流动产生的压差为1666-1635=31Pa，对应的流量为3.27吨/小时，与实际用汽量基本相符。

      C、排污时，首先短时间喷出水，后变为蒸汽，这一现象似乎管道中均为蒸汽，但若为温度198℃、压力1.4MPa的饱和水，也会出现上述现象，压力突降，温度变化很小，饱和水会变为饱和蒸汽。所以第三个现象也是可以解释的。

      解决方法：在管道阀的上方加装疏水阀，减少管道中的积水量，再次进行差压迁移，就不会出现上述问题。

      以上案例提醒我们，一台流量计能够正常的使用需要正确的安装、使用和维护保养、是准还是不准，不一定就是流量计的问题，它仅是工艺链条上的一个点，是和前后的工艺紧密关联的，因此我们希望在选择弯管流量计时，应尽可能提供详实的工艺信息，以便我们把服务工作做得更到位。

      弯管流量计这个新产品在过去的二十年间得以生存和发展首先要感谢我国热力界同志的信任和大力支持。特别是城镇供热协会的各位领导和专家给予的厚爱是自始至终的。这也是我们能坚持20年不间断努力探索和发展的动力源泉。我们认为我们有责任与供热界同仁紧密配合，把城市集中供热事业做的更好！特别是经过近几年我们和近10个热力公司同志共同展开的以节能为目标，强调运行管理实用性的计算机热源—热网监控系统的运行研究表明：我们能在帮助大家降低供热成本，把供热转向良性发展的工作中，做出贡献。能为实现建设部和协会提出的节能目标做出贡献，把那些良好的愿望转变成现实。

      [1]  Lizhi, Wangchi. On the Standardization of Elbow Flow Meters. Proceeding of ICFM’ 2004. Guilin China.
      [2]  李志等，弯管流量计的研究，计量学报，2003（3）。
      [3]  马竹梧，弯管流量计的进展及其在工业中的应用与前景，冶金自动化，2005（3）。
      [4]  李志等，基于线性系统理论的热网平衡方法研究——用“周期供热量”调节热网平衡，区域供热，2005（3）。
      [5]  Spink.L.k Principles and Practice of flow meter engineering. The Foxboro Company,1958,17
      [6]  Murdock JM. Performance Characteristic of Elbow Flow Meters. Trans of ASME.1964, D86.
      [7]  李志，弯管流量计及其在供热系统中的应用
      [8]  高向升等，弯管流量计应用技巧实例分析
      [9]  谢明均，无锡协联热电使用弯管流量计节能效益分析
      [10]  赵颖麟等，锅炉主蒸汽采用弯管流量计取代孔板的节能效益分析
      [11]  高向升等,弯管流量计是蒸气流量测量的最优选择

      面向我国城市集中供热必将走向科学化发展的需要，1987年解鲁生教授提出了研制热力站“热量”计量检测的项目建议，并且同时提出了采用弯管流量计作为流量计量的设想。我们积极的响应了这个建议并且和唐山热力公司的同志们进行了联合攻关，并且很快的在1991年完成了由河北省科委下达的热力站“流量、热量积算仪”研制项目。从那时起至今的20年，我们始终持续不懈的围绕着这个课题进行了深入细致的研究。后续的研究的内容主要分为两个大的分支方向，第一个研究方向是弯管流量计的产品研究，其动力来源于这种流量计没有附加的压力和能源损失、对前后直管段的要求短，节省占地面积、多年使用性能稳定、重复性好，还有它的结构简单、没有易损件、抗脏污能力强、几乎不需要维护的优良性能。坚持这个研究方向我们又先后研制成功了“蒸汽用弯管流量计”和多种液体、气体用弯管流量计。在这些研究工作过程中除了得到相关行业协会和广大用户给予的大力支持和配合外，唐山技术监督局、河北省技术监督局和国家计量院以及多个国家计量检定部门都给予了积极配合和大力支持。2004年在12届国际流量大会上（THE 12th INTERNATIONAL CONFERENCE ON FLOW MEASURMENT）我们发表的“弯管流量计标准化研究”论文（The Study of Standardization of Elbow Flow Meter）受到了国际计量界专家的高度重视和良好评价。Harris主席高兴的说：“你们做的很棒！”目前弯管流量计已在我国的28个省（包括台湾）的多个行业得到应用，总用量约为10000台。其中供热行业有近200家的应用，用量6000台左右。这些流量计有的已经使用十五年以上，可靠的支持了供热企业的计量管理工作。

      我们的第二个研究和发展方向是在完成了热力站热量计量基本单元研究的基础上逐渐升级展开的以节能降耗运行管理为目标、以全热量管理为特征的热源自控和热源—热网统一计算机监控管理系统的研究和应用推广工作。我们和数十家热力公司的良好合作，有效的支持了这些兄弟热力公司的科学化管理工作，为他们的管理升级和节能降耗工作做出了贡献。我们在过去十年间研制和参与研制的数十套计算机监控系统到目前为止无一失效的支持着那些系统的供热运行。这些计算机监控系统能够可靠运行首先得益于成功地使用了弯管流量计。正是弯管流量计具有多年运行可靠和免维护等性能保证了它可以长期、连续、可靠的提供计量数据支持才实现了计算机监控系统的可靠运行，使得我们可以不断的在那些计算机监控系统上灵活自如的运行各种热网管理的奇思妙想。

      我们承担的“弯管流量计”项目作为重点国家级火炬计划项目（编号Z2001007）已在全国许多行业得到推广应用，本文重点讨论弯管流量计在供热系统中的应用。

      供热行业的测量介质多为：热水、低温低压蒸汽、中温中压蒸汽。蒸汽又分过热蒸汽和饱和蒸汽。在热力站中，测量介质多为热水，它的特点主要是间隔运行、脏污、易结垢。这些特性对于其他流量计是致命的问题，而对于弯管流量计确是无关紧要的，这里不再详细说明。对于蒸汽，特性比较复杂，在弯管流量计出现前，还没有一种流量计可以很好的满足蒸汽的计量要求。人们在孔板的基础上也作了坚持不懈的改进，如偏心孔板、圆缺孔板、高级孔板阀、内锥等，但都不尽如人意。弯管流量计它保留了差压式流量计的优点，克服了它的缺点，弯管流量计的出现使蒸汽的计量峰回路转、柳暗花明。下面重点阐述蒸汽的计量特性。

      蒸汽可分为饱和蒸汽和过热蒸汽。饱和蒸气又可分为干饱和蒸气和湿饱和蒸气。在流量测量过程中，蒸气的性质有时会产生变易。也就是说，它们之间可能会相互转换。这对蒸气流量的准确计量带来一定的困难。

      准确确定蒸气的在线密度是确保蒸气流量测量精度的最重要的条件之一。

      A.  饱和蒸气的密度水经过加热蒸发变成蒸汽，这就是饱和蒸汽。饱和蒸汽的温度与压力之间有着严格的一一对应关系。饱和蒸汽的密度可以是其温度或者是其压力的单一函数。根据饱和蒸汽的温度值或者是压力值的大小，将其代入饱和蒸汽密度计算公式就可以计算出准确的饱和蒸气的密度值。

      对于含有一定水份的湿饱和蒸汽，其密度不仅与蒸汽的温度（或压力）有关，而且与蒸汽的湿度有关。对此弯管流量计的二次表增加了湿度设定功能，可以根据实测的蒸汽湿度对二次表进行设定补偿，确保流量测量准确。

      B.  过热蒸气的密度

      过热蒸汽是将饱和蒸汽进行再加热后获得的一种具有特殊品质的蒸气。它打破了饱和蒸汽所固有的温度与压力严格一一对应的关系。也就是说，在固定的蒸汽压力条件下，凡是温度超过对应压力条件下饱和温度的蒸汽都被称为过热蒸汽。由于过热蒸汽具有过热度，因此在输送和流量测量过程中一般不容易发生性质变异（不容易产生冷凝水析出），在流量测量过程中可以将过热蒸汽作为单一介质看待。

      过热蒸汽的密度是其温度和压力的综合函数，密度值可以根据过热蒸汽的温度值和压力值通过过热蒸汽密度计算公式准确计算获得。采用在线温度、压力密度补偿的方法可以获得准确的过热蒸汽密度，可以保证在过热蒸汽流量测量过程中不会因为密度的问题带来额外的测量误差。

      管道中蒸汽的实际流速一般都比较大。在正常条件下，蒸气在管道中的经济流速在40～70m/s之间。有时蒸气的流速高达100m/s以上也不鲜见。高速的蒸汽对于流量测量元件的影响主要表现为：磨损和冲击。

      弯管传感器流道通畅，不容易产生磨损；弯管传感器对于微量磨损不敏感；另外，弯管传感器中不存在节流件和插入件，因此，对于管道中可能存在的冲击（水锤现象）影响不大。

      弯管流量计的以上特点与孔板流量计有较大的区别。孔板对磨损特别敏感（入口锐角）；孔板由于是节流件，对于管道中可能产生的水锤冲击影响巨大。很多实际使用的蒸气孔板，往往都会或多或少地产生变形（成为碗形）就是由于管道中水锤冲击造成的。所有这些都会直接影响孔板流量计的测量精度。

      在采用弯管流量计测量蒸气流量的系统中，由于蒸气的流速相当高，使弯管传感器能够产生足够大的差压信号值。这对于差压变送器的选择十分有利，对于提高弯管流量计的测量精度十分有利。

      高温、高压的蒸气在流量测量过程中对于测量装置的要求是非常高的。主要表现在：传感器材质的选择；安装的可靠性和安全性；防止发生跑冒滴漏；防止高温蒸气对于测量元件的影响和损坏等等。

      弯管传感器具有各种材质的品种可供选择。在高温、高压的蒸气管道上安装使用的弯管传感器完全可以选用与工艺管道相同材质的弯管（传感器）。这样的选择就很好地解决了传感器的材质问题。

      弯管传感器具有良好的耐磨性能，可以长周期、高精度、高稳定地工作。因此，弯管传感器可以采用直接焊接的方式进行安装。具体的方法就是将弯管传感器直接和工艺管道焊接在一起。这样的安装方法完全可以解决蒸气流量测量过程中可能出现的跑冒滴漏的问题。

      孔板流量计为了解决跑冒滴漏的问题，在市场上曾经出现过一种焊接式孔板。但是，由于孔板不具备耐磨的特性，它的检修周期最长只有一年。焊接式孔板它是以损失测量精度为代价来解决蒸气流量测量中的跑冒滴漏问题的，这当然不是一个好办法。因此，焊接式孔板最终不能够被人们广泛接受。

      弯管流量计属于差压式流量测量装置，它是通过差压变送器将差压信号转换成为电信号进行流量测量的。而差压变送器又是通过导压管与弯管传感器连接的。由于导压管的存在，高温、高压蒸汽并不直接与信号转换器（在这里就是差压变送器）直接接触。因此，不存在转换器受高温、高压蒸汽影响的问题。

      这一点与涡街流量计不同。涡街流量计的旋涡检测元件是直接与蒸汽接触的，因此，它的耐温性能就受到限制。

      蒸汽是由水加热蒸发生成的。对于差压式流量测量装置而言，差压式传感器（包括：孔板、弯管传感器、均速管、威力巴测量管等等）必须通过导压管与差压变送器连接，将传感器产生的差压信号送入差压变送器进行信号转换。那么处于导压管中的蒸汽会因为与环境换热而冷凝成为冷凝水。

      在蒸汽流量测量过程中，如何妥善解决由于冷凝水的生成而带来的一系列问题。这是需要我们特别的注意问题。

      保证两根导压管中冷凝液液面处于同一高度是保证蒸气流量测量装置准确测量的前提条件。如果两根导压管中的冷凝液液面高度不相等，那么，冷凝液液柱的高度差会使差压变送器接受一个附加的差压值，这个差压值将使蒸气流量测量的精度大受影响。

      传统的流量测量装置（如：孔板流量计、喷嘴流量计等等）在测量蒸汽流量时都配有冷凝罐作为保证冷凝液液位平衡和稳定的器件。

      冷凝罐有两个接口，处于下面的一个接口是通过导压管与差压变送器连接的；处于侧面的另一个接口则与流量传感器的取压孔连接。由于差压变送器在工作中处于封闭状态，冷凝罐实际上只有一个与流量传感器连接的通孔，我们习惯称只有一个通孔的容室为盲室。冷凝罐就是一个盲室，它只有一个与流量传感器联通的通道。

      冷凝罐的理想工作状态应该是这样的。蒸汽在冷凝罐中因为与环境换热而不断冷却，如果蒸汽冷却后的温度低于该蒸汽压力下的饱和温度时，就会有一部分蒸汽冷凝成水析出。于是，冷凝罐中的冷凝水液位不断抬高，一直达到与传感器连接的水平接口处。继续冷凝的冷凝水应该通过与传感器连接的水平导压管返回流量传感器（蒸汽管道），冷凝罐中的冷凝水液位保持稳定不变。如果正负两侧的冷凝罐侧面的连接孔处于同一水平状态，则两个冷凝罐中的冷凝水液位高度就相等。这就是冷凝罐保证冷凝液液位平衡的基本构想。

      在运行过程中，冷凝罐中冷凝水与蒸汽相接触部分的蒸汽和冷凝水都处于饱和状态。由于管道中蒸汽压力的突然变化会引起冷凝罐中部分饱和蒸汽突然冷凝（蒸汽压力增加）或者是部分饱和水突然闪发（蒸汽压力降低）。为了使突然冷凝或者闪发造成的冷凝水液位变化尽可能小，增加冷凝罐的截面积是一个可取的方法。常见的冷凝罐截面积相对于导压管来说要大得很多，这有利于维持冷凝水液位的相对稳定。这是冷凝罐的另一个重要的作用。

      如果被测蒸汽为饱和蒸汽或者是过热度相对很低的过热蒸汽。冷凝罐中的蒸汽与环境换热后就会有较多的冷凝水产生。为了维持冷凝罐中冷凝水液位的稳定，多余的冷凝水必须要流回蒸汽管道。冷凝罐中多余的冷凝水通过导压管流回蒸汽管道的条件是：这段导压管必须处于水平状态或者有一点点倾斜度，该倾斜度使冷凝水容易流回蒸气管道。

      实际情况是:在这段水平导压管上通常安装有一个根部阀。而根部阀一般都选择耐压性能比较好的针型阀。针型阀的流通通径特别小，且流通通道还存在弯曲，冷凝水在这里自由流动是极其困难的。

      另外，冷凝罐中多余冷凝水流回管道的动力非常小，它是依靠冷凝罐中存在的一点点液柱高度来完成的。由于导压管的内径一般只有d =10mm左右，冷凝水流动的差压动力最大不可能超过10mm水柱。同时，冷凝水又有相当大的表面张力，冷凝水的流动并不顺畅，极易使水平导压管内形成满管水柱，阻塞冷凝水流动。一旦流道中存在水柱阻塞了液体的自由流动，那么就会出现以下的情况。

      因为冷凝罐是节流盲室，节流盲室只有一个通道，它既是冷凝水的流通通道，又是冷凝罐蒸汽空腔与流量传感器之间蒸气压力平衡的通道。在导压管形成水柱阻塞冷凝水流动时，同时也阻塞了蒸汽流通的通道，此时冷凝罐中的蒸汽如果继续冷凝成冷凝水，冷凝罐中原有的蒸气空间的压力就会因为蒸汽的冷凝而下降，它会进一步限制多余的冷凝水流向流量传感器。相反，它会使冷凝液流入冷凝罐。蒸汽管道中的蒸汽不能够补充进入冷凝罐。最终冷凝水会充满整个冷凝罐的蒸汽空腔。

      冷凝罐处于注满冷凝水的工作状态虽然不会造成冷凝水液位的不平衡和不稳定。但是，冷凝罐的作用在这里并没能体现。严格地说，此时有无冷凝罐似乎并不重要。

      如果被测蒸汽是过热度相当高的过热蒸汽，情况就是另一个样子了。此时，冷凝罐通过导压管的传热处于很高的温度状态下，冷凝罐的实际温度超过了蒸汽工作压力下的饱和温度值，不足以使冷凝罐中的蒸汽冷凝成为冷凝水。蒸汽在冷凝罐中不能够冷凝或者是冷凝量不足。此时冷凝水的液位可能处于冷凝罐下部某一个位置上，甚至是处于冷凝罐下面导压管中的某一个位置上。这时冷凝水液位的高度是随机的，是不确定的。在这样的工作状态下，冷凝罐不能很好地体现其平衡和稳定冷凝水液位的功能。安装冷凝罐的理由也就变得不充分了。

      冷凝罐中冷凝水液位的不确定性必然会造成蒸气流量测量的附加误差。但是，孔板流量计在这样的条件下工作已经有许多年了，人们从来没有对冷凝罐是否有效工作产生过怀疑。人们并没有发觉由于冷凝罐工作状态的不理想会造成流量测量值的过度偏差，这是为什么呢？

      第一，由于孔板流量计两个取压孔处于基本相同的位置上，两个冷凝罐处于同样的环境条件下工作，在很多情况下，两个冷凝罐甚至是焊接在一起工作的。不管被测的蒸汽是饱和蒸汽还是过热度很高的过热蒸汽，也不管冷凝罐被冷凝水充满，还是冷凝罐中根本就没有冷凝水。其正负压侧的冷凝水真实液位的高度都相差不多。这是由于两个冷凝罐以及两根导压管工作环境几乎相同所造成的结果。于是，不会产生过大的液位偏差。

      第二，由于孔板流量计在正常工作条件下产生的差压值很高。与真实冷凝水液位的微小差别比较，人们甚至没有发现冷凝罐工作状态不正常这个客观现实。这就是传统的冷凝罐真实工作状态的分析。

      弯管流量计在测量蒸汽流量时是绝对不能应用冷凝罐模式的。如果使用这种模式进行蒸气流量测量，其测量偏差值将是一个完全不能接受的巨大差值。分析原因如下。

      首先，我们仍然要强调，冷凝罐在实际工作中是不能够起到稳定冷凝液液位和平衡冷凝液液位的作用的。

      其次，弯管传感器的两个取压孔不同于孔板的两个取压孔，它们是处于弯管传感器内外两侧。也就是说，它们是处于完全不同的换热环境和条件下工作的。如果采用冷凝罐模式，那么在测量蒸汽流量时是完全不能保证两侧冷凝水液位的平衡和稳定的。实际使用也证实了这个问题的严重性，在弯管流量计测量蒸气流量的系统中如果是用冷凝罐模式所造成的附加测量偏差是完全不能被接受的。

我们假设与弯管传感器连接的导压管具有一段相当长的水平管段，用来代替冷凝罐的工作，达到保持冷凝水液面的稳定和平衡。所谓相当长的水平管是指即使管道内的蒸气是过热度很高的过热蒸汽，通过相当长管段的导压管换热之后保证在相当长的水平管段尾部之前一定有冷凝水产生。其结果是：处于水平管近端（与弯管传感器连接）导压管中的介质必然是蒸汽；处于导压管远端中的介质必然是冷凝水。蒸汽和冷凝水的交界面必然处于水平导压管中间的某一点上，具体位置对于冷凝水液柱的高度无关。管道中蒸汽压力、温度的变化或者是周围换热条件的变化使水平导压管中的部分冷凝水闪发或者是部分蒸汽冷凝，只会使水汽交界面在水平导压管中来回移动，它不会造成冷凝水液柱高度的变化。这是因为这根导压管处于水平状态下工作的缘故。这样就保证了导压管中冷凝液液面的平衡和稳定。

     足够长的水平导压管安装、使用都不方便。如果能够将足够长的水平导压管给它盘起来，加工成为一个水平盘管使用就十分方便、合理。这就是水平盘管产生的原因。弯管流量计配置了专用的水平盘管就解决了冷凝水液面平衡和稳定的问题。

      处于寒冷地区的蒸汽流量测量装置，差压变送器测量室和导压管中的冷凝水容易结冰，造成系统无法正常工作。保温和伴热就是蒸气流量测量必须要考虑的技术措施。

      蒸气流量测量系统采用保温和伴热是一件十分麻烦的事。在可能的条件下将流量测量装置安装在环境温度较高的室内是寒冷地区最佳的选择。

      在采取伴热、保温方案时，要特别注意处于垂直状态条件下的正负导压管所处温度的一致性。这是因为导压管中（冷凝）水的密度是温度的函数。如果处于垂直状态下的两根导压管工作在不同的温度条件下，管内的冷凝水密度是不一样的。工作温度差异越大，产生的附加差压值就越大；垂直距离越高，产生的附加差压值就越大。这个问题必须引起我们的高度重视。

      解决这个问题的方法是：将处于垂直状态的正负压两根导压管和伴热管组合在一起，并保持它们之间有相同的间隔距离，使两根导压管中的冷凝水处于同样的温度状态下工作，保证不会因为管道内水的密度不同引起测量偏差。 之所以强调处于垂直状态下的导压管而不重视水平导压管的温度差，是因为水平导压管中液体的温度变化引起的密度变化不会造成差压值的变化，不会造成测量的附加误差。

      测量蒸汽流量的弯管流量计在实际停止使用蒸汽的状态下，流量计仍然会有指示这个问题给用户造成很大的困惑。其实，这也是蒸汽冷凝惹的祸。我们知道，弯管传感器是安装在蒸汽管道上进行流量测量的。当用户停止用汽时，会将蒸汽阀门关闭。但是，弯管传感器本身仍然处于蒸汽管道中。这时管道中的蒸汽虽然不再正常流动了，但是，随着管道的冷却，管道中不断有部分蒸汽变成为冷凝水，客观上仍然有蒸汽在管道中无序的流动着。弯管传感器属于双向式流量传感器，无论蒸汽流动的方向如何改变，它都能够产生正向的差压信号。于是，弯管流量计在这样的状态下仍然有“相当的流量值”，引起人们的猜疑。如果弯管传感器安装在蒸汽截止阀的前面，无论蒸汽截止阀关闭与否，它始终处于蒸汽管道中，蒸汽的冷凝和新蒸汽的补充没有尽头，这样的现象就会更加严重一些。但是，这种现象对于蒸汽正常流动时的工作并不产生任何影响。解决停止用汽后依然有流量显示的方法是二次表设置小信号切除，即当差压信号低于一定数值后流量计按没有流量处理。

      如果现场安装的是90°弯管传感器，那么弯管传感器的安装状态是必须注意的一个问题。

      水平安装的90°弯管传感器，它的两个取压孔同样可以处于水平的状态下工作。同样可以保证两根导压管中冷凝液液面的平衡和稳定。这样的安装方式也可以不考虑对于差压变送器的迁移和补偿。所以，水平安装是采用90°弯管传感器首选的安装模式。

      弯管传感器有多种结构形式，安装在九十度折弯处的“C”型90°弯管传感器和安装在直管上的“V”型弯管传感器是其中的两种。由于蒸气介质的特殊性，在蒸气流量测量系统中，选择那一种弯管传感器对于保证流量测量结果是有一定的影响的。

    “V”型弯管传感器可以安装在任意空间状态的直管上工作，且能够保证两个取压孔一定可以处于同一水平位置上。这样的安装模式可以保证蒸气冷凝液液位始终处于相同的水平面上，这时不需要对差压变送器进行任何的迁移或补偿。使系统的工作简单、方便、准确。因此，“V”型弯管传感器是蒸气流量测量中次首选的弯管传感器。

      垂直安装的“C”型90°弯管传感器，它的两个取压孔不处在同一水平面上。两个取压孔之间存在一个高度差。取压孔位置高度差的存在使两根导压管中冷凝液液面存在一个相同数量的冷凝液液位的高度差。这样的安装方式必须考虑对于差压变送器进行相应的迁移和补偿才能够保证系统的正常工作。

      迁移的数值当然是两个取压孔位置高度差与冷凝液密度的函数。问题是冷凝液（水）的密度是环境温度的函数，而环境温度并不是一个固定值。于是，这样的测量方法必然会带来附加的偏差。当环境温度差异很大时，需要对差压变送器的迁移值进行实测校准，尽可能减小误差的产生。

      在条件允许的情况下，我们应该尽可能的避免使用垂直安装的“C”型90°弯管传感器。

      弯管流量计配置有专用的二次表，它具备测量蒸汽介质所有的补偿、修正、运算、存储、输出等等功能。它可以是盘装式、挂装式或者是卡装式的。其中流量转换器是专门用来与计算机系统匹配使用的。

      蒸汽流量测量系统除需用配置高质量的差压变送器之外，还需要配置压力变送器和温度测量元件。

      对于蒸汽介质，由于其工作压力和工作温度都比较高，为保证操作安全，差压变送器必须配置三阀组件才能使用。（新型的差压变送器生产厂商虽然已经明确承诺，在不使用三阀组件的条件下仍然可以保证差压变送器的正常工作，使现场使用更加方便，故障率更低。）

      测量蒸汽流量时，导压管中的蒸汽会因为与环境换热而成为冷凝水，为了保证冷凝水能够完全充满导压管和差压变送器的测量室，系统在投运前必须要进行排汽操作。排汽操作的要点是用蒸汽将导压管中的空气彻底吹扫干净。这样的操作是由排污阀来完成的。因此，测量蒸汽流量的弯管流量计系统必须配置排污阀。对于被测介质是高温、高压的过热蒸汽时，排污阀最好采用双阀结构（将两个排污阀重叠安装使用），保证不发生排污阀泄漏，以免影响系统的正常运行。

      品质不太高的饱和蒸汽其温度测量保护套管可以用普通的直管型不锈钢保护套管，高温高压的过热蒸汽温度测量保护套管必须采用耐高温、高压的锥形保护套管。

      测量蒸汽的“C”型90°弯管传感器要尽可能采用水平安装方式，或者选择“V”型弯管传感器，以保证正负取压孔处于同一水平的位置上。尽量避免由于取压孔高度不一致而必须采用差压变送器正负迁移的工作模式。

       为了保证导压管中冷凝液液位的稳定，测量蒸汽的弯管传感器必须配置盘式冷凝器。盘式冷凝器可以直接与取压接管焊接使用。
根部阀安装在盘式冷凝器下部出口管上，使它工作在温度比较低的冷凝水介质中，这样可以改善根部阀的使用环境，大大增加它的使用寿命。

      到目前为止，我公司生产的弯管流量计已经在全国100多个城市的200多个热电厂和供热系统中得到应用。这些应用的方式和场合可概括归纳为4种应用方式。①热电厂锅炉给水和蒸汽生产的计量，用于锅炉和汽机的生产管理（包括热电厂工业蒸汽用户网的计量管理）。②集中供热锅炉房的热水锅炉产热量计量（包括对单台锅炉的产热量计量和热源出口总热量的计量），以及在锅炉自动控制系统中担当流量、热量过程控制测量。③在数值化城市集中供热系统建设中测量热力站的流量、热量。④对独立集中热用户的热量计量和收费管理。在这四种应用方式中，弯管流量计用量最大和影响最突出的是在对热力站的数值化管理和控制中的应用。

      广州紫坭热电有限公司现有三台65T/H中温中压煤粉锅炉（3×12MW机组），是热电联产的主体设备，为地域内各工业企业提供蒸汽，13万吨蒸汽/年；向系统电网输送电力（110kV），供电约2亿千瓦时/年。公司被列入广东省第一批33家应依法清洁生产审核的企业之一。公司在2003年投入405万元对锅炉烟气脱硫除尘达标治理，并已达到80%脱硫效率的良好效果，但是，供电能耗仍达到586克/千瓦时，与同类行业相比差距较大。为全面贯彻落实《清洁生产促进法》（2003年1月1日起实施），达到“节能、降耗、减污、增效”清洁生产目的，从2003年2月起，我们对汽轮机发电原蒸汽汽耗率偏高的根源，进行了详细分析和论证，认为现有生产流程中两个孔板流量计的阻力损失是使蒸汽汽耗率偏高的主要原因。遂决定采用“弯管流量计”代替现用的“孔板流量计”。原有生产工艺如图1。

      锅炉主蒸汽（3.82MPa、450℃）计量原采用孔板流量计。经测定，蒸汽流过孔板流量计造成压力损失约0.05MPa，蒸汽由锅炉进入汽轮机需经过两个孔板流量计，在孔板流量计上造成的压力损失约0.1MPa，加上蒸汽管道及阀门造成的压力损失，使锅炉过热器集汽联箱出口至汽轮机进汽口之间管道损失达到0.4MPa。即使锅炉压红线运行（3.82MPa）、汽轮机进汽压力只能达3.4MPa(设计进汽压力为3.47MPa)，致使发电汽耗上升，发电煤耗上升。

      据测算，减少蒸汽管道上的压力损失0.1Mpa，在锅炉工况不变的情况下提高汽轮机进汽压力0.1MPa，使汽轮机进汽压力提升至3.5MPa，根据12MKW汽轮机负荷特性曲线，满负荷的情况下进汽压力由3.4MPa提升至3.5MPa，负荷增加200kWh，发电汽耗下降0.1kg/kWh。从而达到节能降耗目的。

      现有三台65吨/时锅炉，每台锅炉主蒸汽管道原安装两个孔板流量计，共六台。在原址利用蒸汽管道上现有的弯头位置安装弯管流量计，共六台，代替原有孔板式流量计。改进工艺见图2。

      从2005年3月投入调试的实测数据复算表明，节约原煤4200吨/年，减少生产成本达到210万元，投资回收期仅3个月，同时减少二氧化碳排放量达到54吨/年，减少二氧化硫排放量21.5吨/年。由此可见孔板流量计的压力损失不可小视，由此带来的能源消耗很大，应引起企业的高度重视。

      无锡协联热电有限公司在2004年的三期工程项目中，在220T/H级循环流化床锅炉主汽管道上大胆尝试，取消了其中一台炉的长颈喷嘴这一常规节流装置，改用弯管流量计（主汽压力9.9MPa 、主汽温度545 ℃，管径325*25。见右图3）。几年来运行稳定、精度高，常年免维护。由于没有压力损失，与另一台炉（仍用喷嘴流量计，前后压降达52.7KPa）相比，相同蒸汽流量时每年多发很多电，而且发电后对外供热抽气流量明显高于对方。节能计算如下：
汽轮机组的功率
                    （1）
      其中，D     汽轮机组蒸汽流量；                     h1： 进汽机蒸汽焓值
h2：  汽机出口蒸汽(抽汽)焓值              ηi：汽轮机相对内效率（约为82%）；
               ηm：  汽轮机机械效率（约为98%）； ηg：  发电机效率（约为98%）；

      注：汽机总效率包括锅炉效率（约94%）、管道效率（97%）、汽轮机相对内效率（82%）、汽轮机机械效率（98%）、发电机效率（98%）、朗肯循环热效率（40－45%），以上效率的乘积才为总效率。此处仅涉及3个效率。

      电厂为了监测和计量需要，通常在锅炉出口和汽轮机入口的管道上加装节流孔板，造成初压P1降低；在汽轮机外供蒸汽总管加装节流孔板，造成供热总出口蒸汽压力P2的升高，这两个参数的变化均会造成汽轮机功率的降低，下面分别加以说明：

      蒸汽流经锅炉出口和汽轮机入口的节流孔板是一个绝热节流过程，蒸汽焓值不变。汽轮机功率的变化可以用莫里尔焓熵图进行计算（如图1，h为焓值，s为熵）。已知节流前的状态P1、t1及节流后的压力P1’，根据节流前后焓值相等的特点，可在h-s图上确定节流后的各状态参数。如图1所示，点1的参数是P1、t1及h1，在图1上过点1按定焓画水平线与P1’相交得1'，即可得节流后的参数。汽轮机的做功为可逆绝热膨胀过程（即等熵过程），水蒸汽在节流前由点1经可逆绝热膨胀至抽汽压力P2时，可利用的焓降为h1-h2，而经节流后的水蒸汽，同样经可逆绝热膨胀至压力P2时，可利用的焓降为h1’-h2’,显然h1-h2 > h1’-h2’，节流以后蒸汽可作出功减少。

      对于本例，已知锅炉出口喷嘴压力损失52.7KPa，使汽轮机初压降低0.0527MPa；常用流量220t/h。
      ① 无节流件时汽轮机初参数P1＝9.9MPa，T1＝545℃，由工程热力学计算得h1＝3486.58655KJ/Kg，s1=6.73838；
      ② 加节流后初参数P1’ ＝9.9-0.0527=9.8473MPa，由图1知h1’= h1＝3486.58655KJ/Kg，s1’=6.740779；
      ③ 节流前供热抽汽压力P2＝0.8MPa， s2=s1，  则h2 ＝2820.17KJ/Kg；
      ④ 节流后抽汽参数P2’=P2＝0.8MPa，s2’=s1’， h2’＝2821.30KJ/Kg；
      由公式（1），计算出汽轮机功率下降值Px为

      即锅炉出口一套节流装置每小时使汽轮机少发电54.4度，按每度电0.4元计算，为21.8元/小时。每小时节能的费用似乎很小，但滴水成渊，全年330天运行少发电合人民币21.8＊24*330＝172656元。如用弯管流量计取代喷嘴，则将浪费的能源完全节省下来。因此，弯管流量计使用几个月节能的钱就将整套流量计设备改造投资全部收回！每个电厂节流装置上百套，如果全面更换为无压力损失的弯管流量计，节能效果是非常显著的。

      外网总管道供汽压力是随外网末端压力波动的，本公司末端蒸汽用户要求压力0.55MPa。为满足需要，如果管道输送过程中压力损失较大，只有抬高出口压力来弥补。反之，去掉不必要的节流损失，出口压力低一些即可满足末端要求。

      由图5可以看到，水蒸汽在由初参数点1经可逆绝热膨胀至抽汽压力P2时，可利用的焓降为h1-h2，而可逆绝热膨胀至抽汽压力P2’时，可利用的焓降为h1-h2’，显然h1-h2 > h1-h2’，抽汽压力升高时蒸汽可作出功减少。因此，抽汽孔板换成弯管可使抽汽压力降低，既满足供热要求又增加发电量，此处不再计算。

      综上所述，无锡协联热电有限公司采用弯管流量计改造锅炉主蒸汽、汽机出口以及厂内供热管网的孔板节流装置，减少压降、降低成本、控制能耗、扩大供热半径，取得了显著成效。实际运行的节能数据与计算值基本相符。各热电企业可根据自己的工艺参数进行节能潜力测算。

      以无锡协联热电有限公司为例，它是一家以供热为主的中泰合资企业。公司现有供热管网190公里左右，1999年前整个热网每个分支均采用孔板流量计计量蒸汽流量。由于供热半径较大（一些大的热用户都在5公里以外），而孔板属于高差压流量计，压损相当大。不但降低了蒸汽品质，影响运行效率，而且严重制约了远方热用户的发展。

      1999年，无锡协联热电有限公司热网南北两大分支中，南表首先采用弯管流量计。为检验弯管流量计测量精度，孔板暂时没有拆，还特意更换一台新的节流件，与弯管流量计进行测试比对。二台表的数据均输入同一计算机，绘制瞬时流量曲线。公司通过计量曲线检验任意时刻二台表的一致性。经过多次抽样对比，弯管流量计的精度完全满足当前生产需要。而且在低流量的情况下，比孔板流量计具有更稳定的特点。于是该公司把出厂总管的三块表都换成了弯管流量计。

      原外网总管孔板流量计不可恢复的压损较大，采用弯管流量计后（孔板拆下）管网压降减少很多，再配合管道扩径等措施，供热半径达到了15公里。以2000年度统计资料来看，当年管损为5.1%，而1999年度管损为10.4%，同比供热损失降低5.3个百分点。拓展了蒸汽用户，同时取得可观的经济效益。

      通过装在锅炉出口的弯管流量计（锅炉的供回水温差），可方便的显示锅炉的产热量或功率。包括对单台锅炉的产热量计量和热源出口总热量的计量，以及在锅炉自动控制系统中担当流量、热量过程控制测量。有了锅炉热量或功率的参数值，才能方便而又量化的实现锅炉的变负荷运行和在对应负荷下的优化燃烧，才能达到锅炉的经济运行，才能实现节能降耗，才能谈到科学化管理。一些供热的锅炉，尤其是小型锅炉，由于以往计量设备的不可靠和对计量工作的不重视，而没有加装任何计量设备，全凭锅炉运行人员的经验行事，结果是浪费严重，而且还浑然不知。安装现场如图6所示。

      近年来，我公司在供热管理理论和技术方面更有新的创新和发展。经过自1997年至今10年间先后实施的数十个城市集中供热监控系统的应用研究，推出了“LZK—2000集中供热节能监控管理系统”，该系统突出了“热量”管理的思想，应用了“基于线性系统理论的热网周期热量平衡方法”，拥有丰富而又实用的预报规划、数据采集、分析与控制、经济分析、故障诊断、地理信息等管理功能。它为三北地区成千上万的供热企业提供了解决供热难题的强有力的技术平台，使供热管理的科学化水平有了质的飞跃，应用该技术的40多家供热企业均取得了前所未有的良好经济效益和社会效益。

      该技术的前提是热力站的数值化管理尤其是热量的计量，热量计量就要用弯管流量计。如果沿用以往的二次网回水温度的管理方法则是粗放式的、不科学的，例如某热力公司的其中一个换热站的二次网回水温度是34℃，比其它热力站低6℃，而用户的室内温度已达26℃，原因是这个热力站的用户是地暖采暖。按温度管理的方式，还要继续给这个热力站增加热量，以提高二次网的回水温度。仅举一例，可见一斑。

      图7表明对于热力站中除了对每一个供热机组的一次网要安装弯管流量计测量流量、热量外，还要对二次网各分支的流量、热量进行测量，以便于在热网监控中心不仅能够对一次网的热力平衡情况进行监控，而且也可以对各热力站的二次网各分支的平衡给出数值化的调节管理。二次网的平衡在供热运行管理中往往是热网平衡管理的关键问题！热网计算机监控系统包涵对二次网的平衡管理实际上强化了它的实用性，对于这一点在许多计算机监控系统的建设中经常被忽略。

图8为弯管流量计在热力站现场安装的几种形式。

      小流量计量是所有流量计共同的难题。但是在工业现场由于设计、工艺等环节的问题，小流量计量的出现又是会经常发生的。
弯管流量计在低于流量测量下限的小流量工作时会发生：1、测量精度低，2、流量时有时无（小信号切除大和差压变送器零点偏低），3、管道阀门关闭后会依然有流量显示（小信号切除小和差压变送器零点偏高）等现象发生。

      究其原因是由于弯管传感器管径选择阶段对小流量运行工况估计不足而选择流量计管径偏大造成的。在新建工程中由于考虑扩容（如供热的热水和蒸汽管道）和在压损要求很严的场合（如钢铁厂的煤气管道），往往选择大的管道管径，流体流速低，而弯管传感器的管径按照管道的相同管径选择，这样就造成了流速低于弯管流量计允许使用的下限流速（通常液体0.3米/秒和气体7米/秒）。

      方法一：局部缩颈。根据流体介质类别、最小流量、工作温度、工作压力和弯管流量计最小流速要求，确定弯管传感器管径。如果确定的传感器管径显著小于工艺管道的管径，则应局部缩径处理，如图9所示。

      例如：某公司现场，测量介质为蒸汽，原管道管径DN600，工艺最小流速2.71m/s；局部缩颈后弯管传感器管径DN350，最小流速7.95m/s，缩径处理后既可以满足弯管流量计测量要求，同时经计算也满足工艺压损要求。

      方法二：双套差压配置。有些工艺管道的实际需求是，流量大小变化频繁，且没有固定的规律。最大流量和最小流量的比值远远大于10（最大流量时，压损大，但工艺允许）。一般在供热行业不会出现，在此不做详述。

      方法三：双套传感器配置。最大流量和最小流量的比值远远大于10，但大流量和小流量分时段运行，有固定的规律。（如果采用既照顾大流量又照顾小流量的折衷方案不是最优方案）。例如：某企业是热电厂的热用户，蒸汽管道夏季时只满足生产需要，冬季时既满足生产需要，同时还要满足供暖需要。这种情况下可以采用双弯管传感器技术（如图3所示），大流量测量时，打开3、5，关断4、6，相应的在二次表中设定弯管传感器管径为大口径值，此时大口径弯管传感器投入计量使用。小流量测量时，操作相反。在经济允许的情况下，可以配置两台差压变送器，同时进入二次表中，减少二次表参数的更改和弯管传感器一次阀的开和关等操作；再进一步，如果管道阀门为电动阀，二次表控制，系统可实现全自动计量。

      盘式冷凝器是我公司的一项专利技术，它在蒸汽测量中是非常实用的。遇到现场弯管传感器垂直向下转水平安装时，现场技术人员把两侧的盘式冷凝器人为的安装到同一高度，如图12所示，正压侧盘式冷凝器抬高至与负压侧的平行，认为这样安装即可消除取压体不同高度造成的附加压差，从而省去了差压迁移的工作。结果是好心办了错事。这样安装测量的流量要比实际值小，小流量时仪表甚至不显示流量。

      原因分析：盘式冷凝器的主要作用是使导压管中的水位始终维持在一个固定的高度，无论蒸汽的压力温度如何变化，保持水位高度不变，为差压测量创造一个稳定的条件。盘式冷凝器的正常工作状态为：在其入口水平导压管内部应为饱和蒸汽，压力与管道中的压力相同，温度通常应在100℃以上，压力越高温度越高；而在盘式冷凝器的出口前应为较高温度的水，一般在30至50℃左右。盘式冷凝器的抬高势必造成取压体和盘式冷凝器之间安装一段较长的的导压管，且倾斜向上抬高，散热量极大，造成在倾斜部位就形成饱和状态，从而在倾斜导压管内的上部是水，下部是蒸汽，且分界点随管道中蒸汽的压力温度变化而变化，并且该水位在倾斜导压管中不稳定，盘式冷凝器没有起到应有的平衡液位作用，出现上述现象是必然的。

      正确安装方式见图11所示，检测出高差造成的附加压差，在差压变送器或二次表中迁移，即可消除影响，保证正常计量。

      在测量含气量高的水流量时，按图13方式安装，现象是：正压侧排污时出现大量气泡，排污后流量显示正常，过一段时间后，流量显示值缓慢下降，有时甚至显示零流量，再次排污又恢复正常，如此反复。

      原因是：在管道的最上方积聚了大量的气体，流体的流动造成气体进入正压侧取压体和导压管中，使得流量下降，小流量时不显示流量。

      测量水或蒸汽，安装在室外，管道较高，差压变送器的保温箱安装在地面上，导压管采用自恒温伴热电缆和保温层防冻。出现的问题：不使用伴热电缆时，流量显示正常，启动伴热电缆，流量变化，小流量时变化极大。原因分析：正负压侧的导压管分别伴热保温，保温效果不一致，造成导压管内水的温度和密度不等，系统产生了一定的附加压差，例如，管道距差压变送器高度h＝4米，正压侧水温度为50℃，对应密度ρ50＝988.5kg/m3，负压侧水温度为30℃，对应密度ρ30＝996.2kg/m3，则产生的附加压差为△P=（ρ30－ρ50）×h×g=(996.2－988.8) ×4×9.8＝290Pa，对于小流量计量，该误差影响是非常大的。

      正确的做法是将正负压侧取压体后的导压管以最短的距离合并在一起，再向下引至差压变送器，导压管外先做一薄层保温，然后再铺设伴热电缆，最后共同保温，尽量做到两个导压管的温度相同，问题即可解决。

      在供热系统中的首站和热力站的二次网经常涉及到供水和回水流量的测量，目的是为了考察失水量和更精确的计量热量。如果流量点选择在供水和回水管道上，利用供水减去回水间接获得补水量，在失水量小或断续补水的情况下，有时甚至出现回水流量大于供水流量的现象。如果失水量在2%左右，那么应用1%准确度等级的流量计通过供水减去回水间接获得补水量就很困难。对于这种情况失水量的多少应通过单独测量补水量确定。

      A、关死主管道阀门，调节差压变送器静态零点至4mA输出，关闭三阀组平衡阀，打开两侧阀，差压变送器输出5.2mA，约为225Pa，这个数值应为正负压侧盘式冷凝器高度差造成的压差；但经测量该高度差为190mm，计算理论压差为1860Pa，相差太大，为什么？

      B、在上述状态下，将差压变送器的5.2 mA输出调为4mA，即认为差压动态迁移完成，可是当主管道阀门略开启，流量迅速增长至24吨/小时，而此时工艺用汽量约只有3吨/小时，为什么？

      A、根据管道中的蒸汽温度198℃、压力1.4MPa，判断为湿饱和状态，在主管道阀门关闭一段时间后，阀前管道（包括横管道）可能积聚大量的198℃、1.4MPa的饱和水，在此情况下，正负压侧盘式冷凝器高度差应产生差压值为：“高温水”和“常温水”因密度的不同在盘冷高差之间产生的差压：（998-866.7）×（0.707×250÷1000）×9.816＝227Pa，接近实测的225 Pa；由此可以认为管道中积聚了大量的高温水，并且至少淹没过了正压侧取压口的位置。

      B、差压变送器动态零点是由5.2mA调为4mA，迁移量只有225Pa，这个动态迁移是虚假的；而由盘式冷凝器高度差190mm计算的差压迁移量为1860 Pa，实际少迁移1860-225＝1635 Pa；当主管道阀门打开时，管道中积聚的水流走，作用在差压变送器上的附加压力差即为+1635 Pa；而流量24吨/小时对应的压差为1666 Pa，即实际流动产生的压差为1666-1635=31Pa，对应的流量为3.27吨/小时，与实际用汽量基本相符。

      C、排污时，首先短时间喷出水，后变为蒸汽，这一现象似乎管道中均为蒸汽，但若为温度198℃、压力1.4MPa的饱和水，也会出现上述现象，压力突降，温度变化很小，饱和水会变为饱和蒸汽。所以第三个现象也是可以解释的。

      解决方法：在管道阀的上方加装疏水阀，减少管道中的积水量，再次进行差压迁移，就不会出现上述问题。

      以上案例提醒我们，一台流量计能够正常的使用需要正确的安装、使用和维护保养、是准还是不准，不一定就是流量计的问题，它仅是工艺链条上的一个点，是和前后的工艺紧密关联的，因此我们希望在选择弯管流量计时，应尽可能提供详实的工艺信息，以便我们把服务工作做得更到位。

      弯管流量计这个新产品在过去的二十年间得以生存和发展首先要感谢我国热力界同志的信任和大力支持。特别是城镇供热协会的各位领导和专家给予的厚爱是自始至终的。这也是我们能坚持20年不间断努力探索和发展的动力源泉。我们认为我们有责任与供热界同仁紧密配合，把城市集中供热事业做的更好！特别是经过近几年我们和近10个热力公司同志共同展开的以节能为目标，强调运行管理实用性的计算机热源—热网监控系统的运行研究表明：我们能在帮助大家降低供热成本，把供热转向良性发展的工作中，做出贡献。能为实现建设部和协会提出的节能目标做出贡献，把那些良好的愿望转变成现实。

      [1]  Lizhi, Wangchi. On the Standardization of Elbow Flow Meters. Proceeding of ICFM’ 2004. Guilin China.
      [2]  李志等，弯管流量计的研究，计量学报，2003（3）。
      [3]  马竹梧，弯管流量计的进展及其在工业中的应用与前景，冶金自动化，2005（3）。
      [4]  李志等，基于线性系统理论的热网平衡方法研究——用“周期供热量”调节热网平衡，区域供热，2005（3）。
      [5]  Spink.L.k Principles and Practice of flow meter engineering. The Foxboro Company,1958,17
      [6]  Murdock JM. Performance Characteristic of Elbow Flow Meters. Trans of ASME.1964, D86.
      [7]  李志，弯管流量计及其在供热系统中的应用
      [8]  高向升等，弯管流量计应用技巧实例分析
      [9]  谢明均，无锡协联热电使用弯管流量计节能效益分析
      [10]  赵颖麟等，锅炉主蒸汽采用弯管流量计取代孔板的节能效益分析
      [11]  高向升等,弯管流量计是蒸气流量测量的最优选择