液氨流体在流量测量时气穴和汽蚀形成原因及如何防止流体汽化对策

在测量液体流量时，流量计流量检测部位产生气穴将导致错误的测量。气穴产生的原因是流量计内部压力低于液体蒸汽压所致。应提高工作压力或在流量计下游装背压阀以提高仪表内部压力，勿使其低于标准规范或制造厂规定的值。

流量计内部低压力点的部位因仪表测量原理和结构而异，且有些流量计的低压力低于背压很多，例如孑L板邻近其下游侧，RZ-LWGQ蒸汽涡轮流量计的涡轮处，涡街流量计的旋涡发生体处。防止流量计产生气穴所需背压是多少？对于节流差压式流量计的检测件应不低于它们的初始气穴数；其他流量计按式(2.39)计算小背压，例如对涡轮流量计和涡街流量计式中A、B两常数分别是3和1.5。这是较保守的估计值，欲知所选用流量计的允许实际值应向制造厂查询。

流量计上游管线配件产生的气穴是常被忽视的—个祸源，特别是燃料、石油制品和有机溶剂产生的气穴形成云雾状气泡，在其下游会保持相当长的距离，极易造成仪表测量误差。流量控制阀在接近关闭状态时易发生气穴；某些三通阀和四通阀在改变流通方向时也容易产生强烈的气穴。

在液体流动的管路中，如果某一区域的压力降低到液体饱和蒸气压力之下，那么在这个区域内液体将会产生气泡，这种气泡聚集在低压区域附近，就会形成气穴，发生气穴现象。在装有透明管道的试验装置上，能观察到气穴的存在，它表现为在管道内一个基本不变的区域出现一个气团。

在水流管路中，这种气泡所包含的主要是水蒸气，但是由于水中溶解有一定量的气体，所以气泡中还夹带有少量从水中析出的气体。这种气泡随着水流达到压强高的区域时，气泡中的蒸气会重新凝结为液体，此时气泡会变形破裂，四周液体流向气泡中心，发生剧烈的撞击，压力急剧增高，其值可达几百个大气压，不断破裂的气泡会使流道壁面的材料受到不断的冲击，从而使材料受到侵蚀。如果管路上装有流量计，则汽蚀现象将引起测量误差增大，并能损坏一次装置。气泡从形成、增长、破裂以及造成材料侵蚀的整个过程就称为汽蚀现象。

汽蚀现象与热力学中的沸腾现象有所不同，两者虽然都有气泡产生，但是汽蚀起因是由于压强降低，而沸腾则是由于温度升高。

液氨同其他饱和蒸气压较高的流体一样，在流量测量中，流量一次装置内或出口端极易出现气穴现象。

处于汽液平衡状态的流体，在温度升高或压力降低时，必然有部分液体发生相变。例如液氨在10℃条件下，平衡压力为O.595lMPa，如果将压力降低一些(例如将液氨中间槽中的气态氨排掉一些)，必然引起一定数量的液氨汽化，升腾到气相中。由于这一蒸发过程是从液相中吸取汽化热，所以汽化现象发生的同时，液相温度下降，一直降低到与槽中新的压力相对应的平衡温度。

同样，如果为槽中的气相提供一定的冷量，则有一部分气态氨变成液态氨，槽中气相压力相应下降。

处于汽液平衡状态的氨，在输送过程中，如果温度不变而将其压力升高(例如用泵加压)，或者压力不变而将其温度降低(例如用冷却器将液氨冷却)，则液氨进入过冷状态。

处于过冷状态的液氨，如果压力降低一些，只要不低矛当时液氮温度相对应的平衡压力，液氨不会出现汽化现象。

液氨储槽或中间槽总有一定高度，在稳态情况下，处于汽液平衡状态的液氮，仅仅是气液两相分界面处的那一部分，如果槽中无冷却管之类的附件，槽中液体的温度可看作是均匀一致的。因此，分界面以下液位深处的液氨，由于液柱的作用使静压升高，所以进入过冷状态。离分界面越远，液氮过冷深度越深。

为了避免液氮流量测量时出现汽化现象，选用下面的设计和安装方法将是有效的。

①选用压力损失较小的仪表。例如有一液氨流量测量对象的大流量为40m3/h，选用DN50涡街流量计时的大压力损失为0.02MPa，比选用DN50涡轮流量计的压力损失(为0.025MPa)小。

②合理选择安装位置。流量传感器 RZ-LWGQ蒸汽涡轮流量计 安装位置应选择在槽的底部出口管道上。在保证直管段的前提下，与槽的出口处应尽量近些。这样，液氨在输送过程中，可减少经输送管道从大气中吸收热量。同时，安装位置应尽量低些，这样可提高过冷深度。

③将调节阀安装在流量计后面。图3.52所示的流程中，氨中间槽与氨分离器之间有较大压差，此压差绝大部分降落在调节阀上。液氨流过此阀时，压力突然降低，一定数量的液体汽化，从而出现气液两相流。为了避免流过流量计的流体中存在两相流，节流阀必须装在流量计下游。如果氨分离器的液相出口配有切断阀，则正常测量时必须将切断阀开足。在现场曾经发生过切断阀逐渐关小的同时，流量计示值不仅不下降反而大幅度升高的情况，就是因为切断阀关小时，液氨迅速汽化，体积膨胀数十倍到数百倍，从而使输出与体积流量成正比的速度式流量计输出突然升高，出现短时间的虚假指示。

④提高过冷深度。润中仪表科技有限公司提出了该公司生产的RZ-LUH型涡街流量计压力损失和不发生气穴现象的管道压力计算公式，即

 式中 Δρ——压力损失， MPa；

ρ——液体的密度， kg/m3；

V——流速， m/s；

p——低管道压力(**压力)， MPa；

ρ——流体的饱和蒸气压(**压力)， MPa。

如果能满足式(3.102)的要求，肯定能不产生气穴，但是在使用现场往往满足不了这一要求，幸运的是该公式的二项提供了解决问题的另一个方法，即降低液体的饱和蒸气压。从前面分析可知，对于一种确定的液体，其饱和蒸气压ρ0是其温度的函数，温度越低P0越低。液氮在进流量计前，经适度冷却，使温度降低，从而如降低，这样，尽管流量计进口压力不变，也能收到不产生气穴的效果。

冷却进流量计的液氮在氨厂不是一件难事，只要将流量计前一定长度的管道改为夹套管，并引入少量的液氨经节流膨胀，汽化后的氨温度降低，为管中的液氨提供冷量，汽化后的氨放出冷量后进回收系统。流程示意如图3.53所示。

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