二次仪表在计算水蒸气流量时的补偿方法

: liubingrui

2007-08-11

二次仪表在计算水蒸气流量时的补偿方法

一、水蒸气密度计算的复杂性　　和一般通用气体相比，在计算水蒸气流量时有三个难点：
1.密度的确定：　　工程上应用的水蒸气大多处于刚刚脱离液态或离液态较近，它的性质与理想气体大不相同，应视为实际气体。水蒸气的物理性质较理想气体要复杂的多，故不能用简单的数学式子加以描述；所以，在以往的工程计算中，凡涉及水蒸气的状态参数数值，大都从水蒸气表中查出。把蒸汽表装入仪表中，数据量很大。
2.水蒸气在应用过程中由于参数的变化，会发生物态变化；如过热蒸汽变为饱和蒸汽，饱和蒸汽变为过热蒸汽。所以必须先判别蒸汽的状态（是饱和蒸汽或是过热蒸汽），再查不同的数表或用不同的公式计算。
3.湿饱和蒸汽含有饱和水，是两相流。要准确测量蒸汽流量还必须知道干度。而干度测量难度很大，国外已有一些研究成果，但未见普遍推广应用，国内目前仍处于研究阶段。　　随着电子技术的发展，计算机（或单片机）已广泛应用于流量测量仪表中，其存储能力、快速计算能力为准确、快速的确定水蒸气的密度提供了有力的手段。　　现在我们介绍在二次仪表中常用的水蒸气密度的确定方法。二、常用水蒸气密度的确定方法1.查表法：把水蒸气密度表装入计算机中，根据工况的温度、压力，从表中查出相应的密度值。2.计算法：①自己拟合公式（或者出版物给出的公式）②乌卡诺维奇公式③IFC1967公式三、各种密度确定方式之间的关系及比较1.我国没有制定"水蒸气热力学性质表"的国家标准，而是采用国外出版物的水蒸气热力学性质表。我国曾翻译过美国的、前苏联的、西德的水蒸气热力学性质表，不管是哪个国家的水蒸气性质表，凡符合IFC1967公式的数表，都是可以采用的。2.一些出版物给出的水蒸气密度计算公式都是根据水蒸气性质表拟合得到，这些公式一般都只能在一个小范围里，而且有一定的拟合误差。这些公式在一些特定的场所是可行的，但作为计量仪表的计算模型是不合适的。3.乌卡诺维奇公式是拟合的比较好的公式，在250℃以内的过热蒸汽和饱和蒸汽与数表有很好的符合程度（偏差在0.1%左右）；在250～300℃范围，在靠近饱和线附近偏差较大，可达1%；在300～350℃范围，靠近饱和线附近可达6%。由于公式比较简单，用在250℃以内是比较好的。
1.IFC1967公式的由来　　第二届和第三届国际水蒸气性质会议制定了众所周知的水蒸气骨架表，根据各国科学家的大量试验数据，列出了骨架上在某一压力和温度下蒸汽的热力性质。并给出了由于测量手段造成的误差。随后几届会议又将骨架表的压力和温度范围放宽，并加以改进，并在1963年举行的第六届会议上通过。该表根据当时为止对这些特性的全部可得到的，并被认为是可靠的测量结果编制的。　　从该表可以看出，无论是温度或压力的步长都比较大，例如温度步长为25℃～50℃，压力为0.25～0.5MPa。随着计算机技术的发展，设计优化的需求日益增长，国际水蒸气会议认为推导一套工业应用的水和水蒸气性质公式很有必要，因此在1963年的第六届会议上成立了国际公式化委员会（IFC），这个国际会议的公式是由一整套方程式组成，用该公式计算出的数值，不论在哪一点，都在骨架表的允差之内。我们用的水蒸气表的比容、焓、比热都是根据这些公式计算出来的，并被国际水蒸气性质协会成员国的决议确认为国际标准。所以我们说不管哪个国家出版的"水和水蒸气性质表"凡符合"工业用1967年IFC公式"都是正确的。工业用1967IFC公式将水和水蒸气的不同状态分为六个区，每个区都有不同的计算公式。六个区中，每个区都有不同的计算密度、比焓的公式。如果把所有的公式都装入计算机，不仅繁杂，更重要的是无此必要，在计算水蒸汽时采用Ⅱ区提供的公式，在计算水时用Ⅰ区提供的公式就是够用了。　　工业上最常用的是压力低于16。65Mpa范围的过热蒸汽及饱和蒸汽。在《流量测量节流装置设计手册》中，给出了第二区压力为0～16.65Mpa范围的实用性计算公式。个公式与"IFC1967公式"中第二区的公式是完全一致的，只不过更便于应用。

5.比较
①根据"IFC1967公式"制定的数表，考虑了各个不同区域的特性，它是最完整的、最全面的。但它数据量大，占了大量的空间，从工业实际应用看，有些区域无任何实际意义。应用数表要首先判断是饱和蒸汽或是过热蒸汽，再查不同的数表，另外数表的变量是有一定步长的非连续量，对于两点之间的数据，需经过数学处理获得。
② 应用公式计算；不需占用大量的内存空间，便于智能仪表应用，至于使用哪一个公式，根据不同场所，不同需要，选用不同公式。采用"IFC1967公式"虽然公式繁杂一些，但在压力为0～16.65Mpa范围内，计算的过热蒸汽及饱和蒸汽密度值完全符合国际标准。应用公式只需安装有温度、压力变送器不需要判断是饱和状态或过热状态就可以准确测量。对于确定是饱和蒸汽的场合，只需要将公式稍做变动，只用测温或测压，也可准确计算饱和蒸汽密度。

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