液氨流體在流量測量時氣穴和汽蝕形成原因及如何防止流體汽化對策

在測量液體流量時，流量計流量檢測部位產生氣穴將導致錯誤的測量。氣穴產生的原因是流量計內部壓力低于液體蒸汽壓所致。應提高工作壓力或在流量計下游裝背壓閥以提高儀表內部壓力，勿使其低于標準規范或制造廠規定的值。

流量計內部低壓力點的部位因儀表測量原理和結構而異，且有些流量計的低壓力低于背壓很多，例如孑L板鄰近其下游側，RZ-LWGQ蒸汽渦輪流量計的渦輪處，渦街流量計的旋渦發生體處。防止流量計產生氣穴所需背壓是多少？對于節流差壓式流量計的檢測件應不低于它們的初始氣穴數；其他流量計按式(2.39)計算小背壓，例如對渦輪流量計和渦街流量計式中A、B兩常數分別是3和1.5。這是較保守的估計值，欲知所選用流量計的允許實際值應向制造廠查詢。

流量計上游管線配件產生的氣穴是常被忽視的—個禍源，特別是燃料、石油制品和有機溶劑產生的氣穴形成云霧狀氣泡，在其下游會保持相當長的距離，極易造成儀表測量誤差。流量控制閥在接近關閉狀態時易發生氣穴；某些三通閥和四通閥在改變流通方向時也容易產生強烈的氣穴。

在液體流動的管路中，如果某一區域的壓力降低到液體飽和蒸氣壓力之下，那么在這個區域內液體將會產生氣泡，這種氣泡聚集在低壓區域附近，就會形成氣穴，發生氣穴現象。在裝有透明管道的試驗裝置上，能觀察到氣穴的存在，它表現為在管道內一個基本不變的區域出現一個氣團。

在水流管路中，這種氣泡所包含的主要是水蒸氣，但是由于水中溶解有一定量的氣體，所以氣泡中還夾帶有少量從水中析出的氣體。這種氣泡隨著水流達到壓強高的區域時，氣泡中的蒸氣會重新凝結為液體，此時氣泡會變形破裂，四周液體流向氣泡中心，發生劇烈的撞擊，壓力急劇增高，其值可達幾百個大氣壓，不斷破裂的氣泡會使流道壁面的材料受到不斷的沖擊，從而使材料受到侵蝕。如果管路上裝有流量計，則汽蝕現象將引起測量誤差增大，并能損壞一次裝置。氣泡從形成、增長、破裂以及造成材料侵蝕的整個過程就稱為汽蝕現象。

汽蝕現象與熱力學中的沸騰現象有所不同，兩者雖然都有氣泡產生，但是汽蝕起因是由于壓強降低，而沸騰則是由于溫度升高。

液氨同其他飽和蒸氣壓較高的流體一樣，在流量測量中，流量一次裝置內或出口端極易出現氣穴現象。

處于汽液平衡狀態的流體，在溫度升高或壓力降低時，必然有部分液體發生相變。例如液氨在10℃條件下，平衡壓力為O.595lMPa，如果將壓力降低一些(例如將液氨中間槽中的氣態氨排掉一些)，必然引起一定數量的液氨汽化，升騰到氣相中。由于這一蒸發過程是從液相中吸取汽化熱，所以汽化現象發生的同時，液相溫度下降，一直降低到與槽中新的壓力相對應的平衡溫度。

同樣，如果為槽中的氣相提供一定的冷量，則有一部分氣態氨變成液態氨，槽中氣相壓力相應下降。

處于汽液平衡狀態的氨，在輸送過程中，如果溫度不變而將其壓力升高(例如用泵加壓)，或者壓力不變而將其溫度降低(例如用冷卻器將液氨冷卻)，則液氨進入過冷狀態。

處于過冷狀態的液氨，如果壓力降低一些，只要不低矛當時液氮溫度相對應的平衡壓力，液氨不會出現汽化現象。

液氨儲槽或中間槽總有一定高度，在穩態情況下，處于汽液平衡狀態的液氮，僅僅是氣液兩相分界面處的那一部分，如果槽中無冷卻管之類的附件，槽中液體的溫度可看作是均勻一致的。因此，分界面以下液位深處的液氨，由于液柱的作用使靜壓升高，所以進入過冷狀態。離分界面越遠，液氮過冷深度越深。

為了避免液氮流量測量時出現汽化現象，選用下面的設計和安裝方法將是有效的。

①選用壓力損失較小的儀表。例如有一液氨流量測量對象的大流量為40m3/h，選用DN50渦街流量計時的大壓力損失為0.02MPa，比選用DN50渦輪流量計的壓力損失(為0.025MPa)小。

②合理選擇安裝位置。流量傳感器 RZ-LWGQ蒸汽渦輪流量計 安裝位置應選擇在槽的底部出口管道上。在保證直管段的前提下，與槽的出口處應盡量近些。這樣，液氨在輸送過程中，可減少經輸送管道從大氣中吸收熱量。同時，安裝位置應盡量低些，這樣可提高過冷深度。

③將調節閥安裝在流量計后面。圖3.52所示的流程中，氨中間槽與氨分離器之間有較大壓差，此壓差絕大部分降落在調節閥上。液氨流過此閥時，壓力突然降低，一定數量的液體汽化，從而出現氣液兩相流。為了避免流過流量計的流體中存在兩相流，節流閥必須裝在流量計下游。如果氨分離器的液相出口配有切斷閥，則正常測量時必須將切斷閥開足。在現場曾經發生過切斷閥逐漸關小的同時，流量計示值不僅不下降反而大幅度升高的情況，就是因為切斷閥關小時，液氨迅速汽化，體積膨脹數十倍到數百倍，從而使輸出與體積流量成正比的速度式流量計輸出突然升高，出現短時間的虛假指示。

④提高過冷深度。潤中儀表科技有限公司提出了該公司生產的RZ-LUH型渦街流量計壓力損失和不發生氣穴現象的管道壓力計算公式，即

 式中 Δρ——壓力損失， MPa；

ρ——液體的密度， kg/m3；

V——流速， m/s；

p——低管道壓力(**壓力)， MPa；

ρ——流體的飽和蒸氣壓(**壓力)， MPa。

如果能滿足式(3.102)的要求，肯定能不產生氣穴，但是在使用現場往往滿足不了這一要求，幸運的是該公式的二項提供了解決問題的另一個方法，即降低液體的飽和蒸氣壓。從前面分析可知，對于一種確定的液體，其飽和蒸氣壓ρ0是其溫度的函數，溫度越低P0越低。液氮在進流量計前，經適度冷卻，使溫度降低，從而如降低，這樣，盡管流量計進口壓力不變，也能收到不產生氣穴的效果。

冷卻進流量計的液氮在氨廠不是一件難事，只要將流量計前一定長度的管道改為夾套管，并引入少量的液氨經節流膨脹，汽化后的氨溫度降低，為管中的液氨提供冷量，汽化后的氨放出冷量后進回收系統。流程示意如圖3.53所示。

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