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(jiàn)一條條供熱管道,一些熱電企業(yè)可向300500戶(hù)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(hù)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(wàn)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(chēng)為“協(xié)議計(jì)量

商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)與過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(hù)計(jì)劃用能不超過(guò)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(guò)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(lèi)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(wú)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(guò)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(shuō)明書(shū)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(guò)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(hù),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(guò)渦街流量傳感器的壓力損失與通過(guò)渦街流量傳感器的流量平方成正比,因此可以通過(guò)測(cè)量渦街流量傳感器前后的差壓來(lái)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(jiàn)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(mén),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(guò)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(kāi)大流量計(jì)后閥門(mén)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(guò)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。