1、工業(yè)供熱中蒸汽流量計(jì)的發(fā)展與現(xiàn)狀

目前,我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱已經(jīng)成為工民用熱主要熱源,在工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)隨處可見一條條供熱管道,一些熱電企業(yè)可向300500戶企業(yè)供熱,單線供熱管道長(zhǎng)度30km-40km常熟某熱電廠三條主線長(zhǎng)度已超100km,所有管線長(zhǎng)度已超350km,用戶達(dá)400家,管網(wǎng)運(yùn)行管損10%左右。

(1)大口徑遠(yuǎn)距離輸送。比如:DN400—DN800管徑輸送距離在8-30km,有的區(qū)域網(wǎng)間管線甚至達(dá)到40km輸送管

(2)運(yùn)行方式多為遠(yuǎn)距離、偏離設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行方式比如:低負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行

(3)商業(yè)結(jié)算表計(jì)大部分采用渦街流量傳感器居多,按質(zhì)量流量計(jì)量

(4)大部分熱網(wǎng)采用了熱網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng),使用了GPRS信號(hào)傳輸、預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)等,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。如南通萬寶的具有預(yù)付費(fèi)、多重防雷防盜、分時(shí)計(jì)費(fèi)、故障診斷、容錯(cuò)自動(dòng)切換、斷電計(jì)量、斷電判斷、協(xié)議計(jì)量、啟停診斷等。

(5)供用熱結(jié)算流量裝置都按合同約定進(jìn)行了超量程處理等措施,對(duì)管損進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膹浹a(bǔ),這些功能稱為“協(xié)議計(jì)量

商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)與過程蒸汽流量計(jì)已經(jīng)完全不同商業(yè)結(jié)算流量計(jì)不僅包含過程蒸汽流量計(jì),而且包含了大量供用熱計(jì)量管理內(nèi)容,如供用熱雙方合同條款在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)算、啟停操作控制,還包含了了解用熱人的經(jīng)營(yíng)狀況。蒸汽流量計(jì)量技術(shù)比較成熟,但成為商業(yè)結(jié)算后,計(jì)量數(shù)值跟蒸汽款項(xiàng)成比例,所以在供用熱結(jié)算中,商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)時(shí)常不能工作在流量計(jì)量程范圍內(nèi)與設(shè)計(jì)工況條件下如用熱人有意不準(zhǔn)確申報(bào)量程范圍與用汽方式、供熱工況改變由過熱蒸汽變?yōu)楹枯^大濕蒸汽狀態(tài)等,這些現(xiàn)象均造成了過程流量計(jì)不準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)甚至不能工作。因此,商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)更多內(nèi)容要表現(xiàn)在人的行為規(guī)范上,供用熱雙方的合同、企業(yè)的管理制度等都變成技術(shù)問題參與流量裝置的組態(tài)中。

2、商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)“協(xié)議計(jì)量”功能的實(shí)現(xiàn)

商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)的積算儀時(shí)常支持協(xié)議上限計(jì)量、協(xié)議下限計(jì)量、溫壓容錯(cuò)等等。
(1)協(xié)議上限計(jì)量:為鼓勵(lì)用戶計(jì)劃用能不超過設(shè)定范圍運(yùn)行。供需雙方可約定某流量為“流量上限”,并商定“協(xié)議系數(shù)”,當(dāng)實(shí)際流量超過約定“流量上限”時(shí),對(duì)超出部分按照乘以“協(xié)議系數(shù)”的值進(jìn)行計(jì)量。

(2)協(xié)議下限計(jì)量:任何流量計(jì)都有保證精度的ZUI小流量,如果流量進(jìn)一步減小,將會(huì)出現(xiàn)靈敏度喪失,或被當(dāng)作小信號(hào)切除。這對(duì)供熱單位是不利的。為防止效益的流失,供需雙方可約定某一 流量為“流量下限”。在實(shí)際流量小于流量約定值時(shí)。按約定值進(jìn)行計(jì)量。(流量停止或流量信號(hào)小于設(shè)定的小信號(hào)切除時(shí),儀表計(jì)量仍為零)

(3)溫壓容錯(cuò):溫度、壓力補(bǔ)償信號(hào)測(cè)量量異常時(shí),用對(duì)應(yīng)的手動(dòng)設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。

上述功能在流量積算儀中都比較容易實(shí)現(xiàn),但是他們的驅(qū)動(dòng)(觸發(fā))信號(hào)是什么?我們逐一討論,不妨先舉一個(gè)例子:供用熱合同約定,需方蒸汽參數(shù)為:溫度〉150℃,壓力>0.4pa,流量3-6t/h。以渦街流量計(jì)為例(差壓流量計(jì)類似),怎么選型呢?如果按照Z(yǔ)UI大流量選型,有利于下限精度保證,而超上限具體量判斷就無法判斷;如果按照***流量1.5倍選型,有利于超上限具體量判淅,而下限精度保證就不利;針對(duì)這現(xiàn)象,需綜合考慮,建立判斷流量超上限的模型。

3、商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)量系統(tǒng)物理模型

一般渦街流量傳感器要求安裝在與其相同管徑的直管段上,不同廠家前后直管段要求略有不同,但都是要求越長(zhǎng)越好。如是測(cè)定質(zhì)量流量,通常增加溫度與壓力補(bǔ)償測(cè)定其中取壓元件大部分要求在渦街傳感器前面,溫度測(cè)點(diǎn)布置在后面,如圖例1所示。

流量積算儀中蒸汽質(zhì)量流量計(jì)算表達(dá)式

F=1/ka*k*f/kt*R1

F——瞬時(shí)流量kα——流量系數(shù)非現(xiàn)行補(bǔ)償系數(shù)(雷諾數(shù)補(bǔ)償)

k——補(bǔ)償系數(shù)(使用狀態(tài)密度)f——測(cè)定流量頻率輸入信號(hào)

R1——瞬時(shí)流量單位時(shí)間校正系數(shù)kt——頻率式流量計(jì)流量系數(shù)

其中:補(bǔ)償系數(shù)k是蒸汽溫度與壓力的函數(shù)。因蒸汽管道都采取保溫設(shè)施,并距離比較小,不妨把流量計(jì)測(cè)量段看作絕熱的過程,按照流體力學(xué)知識(shí),為可壓縮的蒸汽,確定管網(wǎng)物理特性(密度、粘度)與操作參數(shù)(壓力、溫度、流量)的關(guān)系,形成管網(wǎng)水力學(xué)模型,得到管段壓降與流量的關(guān)系建立水力學(xué)模型,為了簡(jiǎn)化分析,取壓力損失作為分析對(duì)象。根據(jù)渦街流量計(jì)產(chǎn)品說明書提供的壓力損失計(jì)算

表達(dá)式

△p=108E-5*pf*v2或△p=135*pf*Qf2/D1

式中:△p——壓力損失(kpa)pf——工作狀態(tài)下的密度(kg/m3)

v——流速(m/s)Qf

Qf——實(shí)際際流量(m3/s)

D一—內(nèi)徑(mm)

所以,流過流量傳感器的蒸汽質(zhì)量流量、壓力損失均與體積流量有關(guān)。

4、蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)模型分析

先看一個(gè)實(shí)例:某公司熱網(wǎng)一用戶,蒸汽流量計(jì)采用日本橫河高溫型渦街傳感器D100,蒸汽壓力為0.6mpa,溫度為210℃,密度為2.773kg/方,傳感器處流速為80米/秒

計(jì)算壓力損失如下

△p=108E-5*Pf*v2=108E-5×2.773×80×80=19.2kpa

根據(jù)壓力損失計(jì)算表達(dá)式,蒸汽通過渦街流量傳感器的壓力損失與通過渦街流量傳感器的流量平方成正比,因此可以通過測(cè)量渦街流量傳感器前后的差壓來判斷渦街流量傳感器的工作狀況,特別是在量程上限時(shí),一般流速大于60米/秒時(shí),壓差達(dá)10kpa級(jí),所以取壓正確還是可以保證精度。經(jīng)渦街傳感器前后差壓修正的模型見圖例2。

5、帶差壓判斷蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的功能一一協(xié)議計(jì)量功能

采用渦街傳感器前后壓差判斷送進(jìn)流量積算儀(二次表),流量積算儀功能如下:

1)低下限流量處理:根據(jù)溫度、壓力、差壓變化,小流量時(shí)按“協(xié)議下限”功能計(jì)量,簡(jiǎn)單操作辦法,在合同ZUI好約定不用汽時(shí)必須關(guān)閉流量計(jì)前總閥門,否則積算儀在壓力>0.1mpa、溫度〉100℃時(shí)就按照小流量計(jì)量。

(2)超上限流量處理:因渦街流量計(jì)通常是超過量程上限時(shí),測(cè)定顯示值反而減小,但是差壓與流速平方成正比,很容易判斷超流量時(shí)流量,實(shí)現(xiàn)超流量吋超出部分翻倍計(jì)量,超流量時(shí)按“協(xié)議上限”功能計(jì)量。ZUI簡(jiǎn)單的實(shí)踐驗(yàn)證辦法,在安裝時(shí)開大流量計(jì)后閥門逐步增加流量至ZUI大流量時(shí)對(duì)應(yīng)差壓設(shè)入流量積算儀作為上限值。

(3)測(cè)定值超差處理:根據(jù)流量顯示值與差壓顯示值長(zhǎng)期記錄、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比,當(dāng)壓力損失計(jì)算值與流量值之間對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化時(shí),可以快速判斷流量傳感器工作是否正常。通過帶差壓判斷蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的模型,能彌補(bǔ)“渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量時(shí),在下限流量以下測(cè)量不到與在上限流量時(shí)測(cè)量值變小以及流量傳感器超差時(shí)計(jì)量不準(zhǔn)的特性”的不足,提出了判斷與補(bǔ)償措施,實(shí)現(xiàn)了商業(yè)計(jì)量結(jié)算。

6、建立商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)的運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)

為了采用帶差壓判斷蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)能夠更好實(shí)現(xiàn)協(xié)議計(jì)量功能,需要計(jì)量管理系統(tǒng)建立運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù),發(fā)現(xiàn)或懷疑表計(jì)運(yùn)行異常時(shí),調(diào)用歷史數(shù)據(jù)、對(duì)比分析,在實(shí)踐中不斷總結(jié)、完善。