一. 弯管流量计测量系统的组成
弯管流量计属于差压式流量计的范畴。其测量系统主要由三大基础部件组成。它们是弯管传感器、差压变送器和二次表（主机）。
弯管流量计除主要配置之外，针对具体的测量对象，还需要配置不同的辅助设备或者辅助仪表，组成具体的测量系统。本文主要是讨论弯管流量计在蒸气测量系统中的应用和组成。因此，我们只是针对测量蒸汽时需要的配置进行讨论。
弯管流量计在测量蒸气流量时，为了解决蒸气的在线密度补偿，因此需要配置蒸气的压力和温度的测量装置。它们是压力变送器和温度测量组件。其中，温度测量组件包括：温度变送器；与温度变送器配套的铂热电阻或者是热电偶；安装使用的保护套管和凸台等等。另外，还需要配置专为弯管流量计设计的、为解决蒸气冷凝液液面稳定的专用的盘式冷凝器。
二. 蒸汽的性质特点及其对流量测量的影响
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。
1. 蒸气的密度
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。
在实际的应用中，理想的干饱和蒸汽几乎是不存在的。也就是说，现实中的饱和蒸汽一般都是湿蒸汽。即现实中的饱和蒸汽必然会带有一部分饱和水。即使是性能非常良好的饱和蒸汽锅炉生产出的饱和蒸汽也会带有少量的饱和水。这是因为饱和蒸汽锅炉的汽包中饱和蒸汽和饱和水是共存的，从饱和水中蒸发出来的饱和蒸汽虽然经过汽水分离器将大部分饱和水分离析出。但是，汽水分离器的工作效率不可能达到百分之百，因此，饱和蒸汽中必然会带有一小部分的饱和水。合格的饱和蒸汽锅炉生产的饱和蒸汽其带水量大致在3～5％之间（重量比）。另外，饱和蒸汽经过管道输送之后，由于蒸汽温度的下降，会使饱和蒸汽中含有的饱和水量增加，饱和蒸汽的湿度进一步加大；由于蒸汽压力的降低，会使一部分饱和水闪发变成饱和蒸汽，使饱和蒸汽的湿度减小。以上两种变化所获得的结果是相反的。运行条件的不确定使饱和蒸汽中含有的饱和水份额不能准确地确定。饱和蒸汽中含有的饱和水虽然体积很小，其质量却很大，它的存在对于饱和蒸汽实际密度的影响是很大的。在具体的流量测量计算中，不能随意忽略这个影响。饱和蒸汽流量的精确测量由于其实际密度不能准确确定而变得十分困难。
混杂在饱和蒸汽中的饱和水会随着输送距离的增加而增多，甚至会有一部分游离冷凝水产生，在饱和蒸汽输送管道上安装一些疏水器用来随时排出过多的冷凝水就是明证。饱和蒸汽中夹带冷凝水的存在使饱和蒸汽的密度更加难以准确确定，所以大家都认定饱和蒸汽流量的精确测量是“世界难题”。
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。
2. 蒸气的流速对流量测量的影响
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。
3. 高温、高压的蒸汽对流量测量的影响
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。
4. 蒸气的冷凝对于流量测量的影响
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。
A. 如何保证正负导压管中冷凝水液面的平衡和稳定
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。
B. 冷凝罐工作状态分析
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。
C. 实际冷凝罐工作状态的分析
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。
D. 弯管流量计使用冷凝罐模式的可能性
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。
E. 盘式冷凝器（专利号：ZL03 2 77262.9）的开发与应用
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。
F. 保温和伴热
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。
G. 蒸汽冷凝对于处于停用状态流量计的影响
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。
三. 弯管传感器结构形式的选择
1. 水平安装是“C”型90°弯管传感器（专利号：ZL03 1 37147.7）安装模式的首选
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。
2. “V”型弯管传感器（专利号：ZL03 2 65143.0）是蒸气流量测量系统的次首选
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。
3. 处于垂直安装状态下工作的“C”型90°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。
四. 弯头现场打孔改造成弯管传感器使用的不科学性分析
由于蒸气的特殊性，尤其是高温、高压的过热蒸气，它对于管道的材质、焊接的要求都十分严格。另外现场的原有弯头尺寸一般都不规则，并且测量困难。因此我们不推荐部分厂家提倡的“利用原有工艺管道上的弯管现场打孔改造成为弯管传感器使用的方案”。这样做，弯管传感器的尺寸精度无从保证，弯管流量计也就不可能达到理想的测量精度，这是一种单纯的迎合用户的做法，是不负责任的做法。
对于特大型管道，并且测量精度要求不高的情况下，退而求其次，可以考虑“现场打孔”，但必须做到两点：一是对现场管件进行精确测量，而是通过我公司的“NS方程的真实粘性流体的计算流体力学分析”软件一事一议的计算流量系数，否则是不可能保证流量计的测量精度的。
五. 大气压对蒸汽流量测量的影响
由于蒸气的工作压力一般都比较高，大气压的微小变化对于蒸汽密度的计算影响不大，可以忽略。
六. 蒸汽流量测量其它应该注意的问题
1. 二次表
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。
2. 变送器
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。
除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外，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。
温度测量元件一般有两种：热电偶和电阻体。电阻体测温不存在冷端补偿的问题，测量精度相对较高。
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。
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