1、工業供熱中蒸汽流量計的發展與現狀

目前,我國熱電聯產集中供熱已經成為工民用熱主要熱源,在工業發達地區隨處可見一條條供熱管道,一些熱電企業可向300-500戶企業供熱,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,有的區域網間管線甚至達到40km輸送管

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

(3)商業結算表計大部分采用渦街流量傳感器居多,按質量流量計量。

(4)大部分熱網采用了熱網監控管理系統,使用了GPRS信號傳輸、預付費系統等,實現自動化管理。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、協議計量、啟停診斷等。

(5)供用熱結算流量裝置都按合同約定進行了超量程處理等措施,對管損進行了適當的彌補,這些功能稱為“協議計量”

商業結算蒸汽流量計與過程蒸汽流量計已經不同，商業結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容,如供用熱雙方合同條款在技術上實現經濟結算、啟停操作控制,還包含了了解用熱人的經營狀況。蒸汽流量計量技術比較成熟,但成為商業結算后,計量數值跟蒸汽款項成比例,所以在供用熱結算中,商業結算蒸汽流量計時常不能工作在流量計量程范圍內與設計工況條件下，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為含水量較大濕蒸汽狀態等,這些現象均造成了過程流量計不準確實現甚至不能工作。因此,商業結算蒸汽流量計更多內容要表現在人的行為規范上,供用熱雙方的合同、企業的管理制度等都變成技術問題參與流量裝置的組態中。

2、商業結算蒸汽流量計“協議計量”功能的實現

商業結算蒸汽流量計的積算儀時常支持協議上限計量協議下限計量、溫壓容錯等等。

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

(2)協議下限計量: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,但是他們的驅動(觸發)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;針對這現象,需綜合考慮,建立判斷流量超上限的模型。

3、商業結算蒸汽流量計量系統物理模型

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蒸汽流量計量系統模型圖

流量積算儀中蒸汽質量流量計算表達式:F=1/kα*k*f/kt*R1

F——瞬時流量kα——流量系數非現行補償系數(雷諾數補償)

k——補償系數(使用狀態密度)f——測定流量頻率輸入信號

R1-瞬時流量單位時間校正系數kt一頻率式流量量系數

其中:補償系數k是蒸汽溫度與壓力的函數。因蒸汽管道都采取保溫設施,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,確定管網物理特性(密度、粘度)與操作參數(壓力、溫度、流量)的關系,形成管網水力學模型,得到管段

壓降與流量的關系建立水力學模型,為了簡化分析,取壓力損失作為分析對象。

根據橫河渦街流量計產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—一工作狀態下的密度(kg/m3)

v——流速(m/s)
Qf——實際流量(m3/s)

D—一內徑(mm

所以,流過流量傳感器的蒸汽質量流量、壓力損失均與體積流量有關

4、蒸汽流量測量系統模型分析

先看一個實例:某公司熱網一用戶,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模型圖

5、帶差壓判斷蒸汽流量測量系統的功能一一協議計量功能

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:根據溫度、壓力、差壓變化,小流量時按“協議下限”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,實現超流量時超岀部分翻倍計量,超流量時按“協議上限”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入流量積算儀作為上限值

(3)測定值超差處理:根據流量顯示值與差壓顯示值長期記錄、統計、對比,當壓力損失計算值與流量值之間對應關系發生變化時,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,實現了商業計量結算

6、建立商業結算蒸汽流量計的運行數據庫

為了采用帶差壓判斷蒸汽流量測量系統能夠更好實現協議計量功能,需要計量管理系統建立運行數據庫,發現或懷疑表計運行異常時,調用歷史數據、對比分析,在實踐中不斷總結、完善。