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。

流量计内部最低压力点的部位因仪表测量原理和结构而异，且有些流量计的最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)计算最小背压，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最易发生气穴；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最大流量为40m3/h，选用DN50涡街流量计时的最大压力损失为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——最低管道压力(绝对压力)， MPa；

ρ——流体的饱和蒸气压(绝对压力)， 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，幸运的是该公式的第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。