1、工業(yè)供熱中蒸汽流量計的發(fā)展與現(xiàn)狀

目前,我國熱電聯(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)達地區(qū)隨處可見一條條供熱管道,一些熱電企業(yè)可向300-500戶企業(yè)供熱,單線供熱管道長度30km-40km,江蘇常熟某熱電廠三條主線長度已超100km,所有管線長度已超350km,用戶達400家,管網(wǎng)運行管損10%左右。

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

(2)運行方式多為遠距離、偏離設(shè)計工況的運行方式,比如:低負荷或超負荷運行。

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

(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信號傳輸、預付費系統(tǒng)等,實現(xiàn)自動化管理。如具有預付費、多重防雷防盜、分時計費、故障診斷、容錯自動切換、斷電計量、斷電判斷、協(xié)議計量、啟停診斷等。

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

商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計與過程蒸汽流量計已經(jīng)不同，商業(yè)結(jié)算流量計不僅包含過程蒸汽流量計,而且包含了大量供用熱計量管理內(nèi)容,如供用熱雙方合同條款在技術(shù)上實現(xiàn)經(jīng)濟結(jié)算、啟停操作控制,還包含了了解用熱人的經(jīng)營狀況。蒸汽流量計量技術(shù)比較成熟,但成為商業(yè)結(jié)算后,計量數(shù)值跟蒸汽款項成比例,所以在供用熱結(jié)算中,商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計時常不能工作在流量計量程范圍內(nèi)與設(shè)計工況條件下，如用熱人有意不準確申報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不準確實現(xiàn)甚至不能工作。因此,商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計更多內(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“協(xié)議計量”功能的實現(xiàn)

商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計的積算儀時常支持協(xié)議上限計量協(xié)議下限計量、溫壓容錯等等。

(1)協(xié)議上限計量:為鼓勵用戶計劃用能不超過設(shè)定范圍運行。供需雙方可約定某一 流量為“流量上限”,并商定“協(xié)議系數(shù)”,當實際流量超過約定“流量上限”時,對超出部分按照乘以“協(xié)議系數(shù)”的值進行計量。

(2)協(xié)議下限計量:任何流量計都有保證精度的ZUI小流量,如果流量進一步減小,將會出現(xiàn)靈敏度喪失,或被作小信號切除。這對供熱單位是不利的。為防止效益的流失供需雙方可約定某一 流量為“流量下限”。在實際流量小于流量約定值時。按約定值進行計量。(流量停止或流量信號小于設(shè)定的小信號切除時,儀表計量仍為零)

(3)溫壓容錯:溫度、壓力補償信號測量量異常時,用對應的手動設(shè)定值進行補償運算。

上述功能在流量積算儀中都比較容易實現(xiàn),但是他們的驅(qū)動(觸發(fā))信號是什么?我們逐一討論,不妨先舉一個例子:供用熱合同約定,需方蒸汽參數(shù)為:溫度>150℃,壓力>0.4Mpa,流量3-6t/h。以渦街流量計為例(差壓流量計類似),怎么選型呢?如果按照ZUI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ZUI大流量1.5倍選型,有利于超上限具體量判斷,而下限精度保證就不利;針對這現(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,但都是要求越長越好。如是測定質(zhì)量流量,通常增加溫度與壓力補償測定,其中取壓元件大部分要求在渦街傳感器前面,溫度測點布置在后面,如圖例1所示

圖例1蒸汽流量計量系統(tǒng)模型圖

流量積算儀中蒸汽質(zhì)量流量計算表達式:F=1/kα*k*f/kt*R1

F——瞬時流量kα——流量系數(shù)非現(xiàn)行補償系數(shù)(雷諾數(shù)補償)

k——補償系數(shù)(使用狀態(tài)密度)f——測定流量頻率輸入信號

R1-瞬時流量單位時間校正系數(shù)kt一頻率式流量量系數(shù)

其中:補償系數(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,不妨把流量計測量段看作絕熱的過程,按照流體力學知識,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)水力學模型,得到管段

壓降與流量的關(guān)系建立水力學模型,為了簡化分析,取壓力損失作為分析對象。

根據(jù)橫河渦街流量計產(chǎn)品說明書提供的壓力損失計算表達式:

△p=108E-5*pf*v2或△p=135*pf*Qf2/D4

式中:△p—一壓力損失(kpa)
pf—一工作狀態(tài)下的密度(kg/m3)

v——流速(m/s)
Qf——實際流量(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、蒸汽流量測量系統(tǒng)模型分析

先看一個實例:某公司熱網(wǎng)一用戶,蒸汽流量計采用日本橫河高溫型渦街傳感器DN100,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)壓力損失計算表達式,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,一般流速大于60米/秒時,壓差達10kpa級,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。

圖例2帶差壓蒸汽流量測量系統(tǒng)模型圖

5、帶差壓判斷蒸汽流量測量系統(tǒng)的功能一一協(xié)議計量功能

采用渦街傳感器前后壓差判斷送進流量積算儀(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,小流量時按“協(xié)議下限”功能計量,ZUI簡單操作辦法,在合同ZUI好約定不用汽時必須關(guān)閉流量計前總閥門,否則積算儀在壓力>0.lmpa、溫度〉l00℃時就按照小流量計量

(2)超上限流量處理:因渦街流量計通常是超過量程上限時,測定顯示值反而減小,但是差壓與流速平方成正比,很容易判斷超流量時流量,實現(xiàn)超流量時超岀部分翻倍計量,超流量時按“協(xié)議上限”功能計量。***簡單的實踐驗證辦法,在安裝時開大流量計后閥門逐步增加流量至ZUI大流量時對應差壓設(shè)入流量積算儀作為上限值

(3)測定值超差處理:根據(jù)流量顯示值與差壓顯示值長期記錄、統(tǒng)計、對比,當壓力損失計算值與流量值之間對應關(guān)系發(fā)生變化時,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量系統(tǒng)的模型,能彌補“渦街流量計測量蒸汽流量時,在下限流量以下測量不到與在上限流量時測量值變小以及流量傳感器超差時計量不準的特性”的不是,提出了判斷與補償措施,實現(xiàn)了商業(yè)計量結(jié)算

6、建立商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計的運行數(shù)據(jù)庫

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