供热流量偏差的分析与处理（转载）

供热流量偏差的分析与处理

作者：范正勇1 盖新华2

单位：1.连云港市财政局 2.江苏新海发电有限公司

【摘要】供热出口端的流量与用户进口端的流量间存在偏差，这是很多供热企业都遇到并深受其困扰的问题。新海发电有限公司为解决供热流量偏差的问题做了很多工作并取得了明显效果。本文分析了供热流量测量系统常用的孔板式流量计和涡街流量计间出现测量偏差的原因，探讨了减少偏差的思路和措施，介绍了取得的成效和今后的打算，相信其中的一些看法和体会对有相同问题的企业有一定的借鉴作用。 【关键词】供热流量计  偏差 1　概况 江苏新海发电有限公司位于江苏省连云港市海州区，总装机容量110MW。为了实现集中供热，控制锅炉灰尘排放量的目标，该公司在完成繁重的生产任务同时，还向东线发酵厂、西线啤洒厂和麦芽厂、北线双菱和德邦集团等用户供热（各用户的供热参数见表一）。为计量对外供汽的流量，新海发电有限公司在厂内东、西、北三条供汽管线上都装有孔板式流量计。2004年上半年按照到户计量的要求，各用户又在本单位供热蒸汽管线入口端装设了青岛旭光仪表公司生产的LUGB型涡街流量计，作为用户的结算仪表。但是当用户端涡街流量计投用后发现，涡街流量计的指示值均低于供热端孔板式流量计，偏差一般在25%以上。其中尤以东线和西线严重，有时高达40%，甚至超过50%。如此大的偏差深深地困扰着新海发电有限公司，由此造成的可观的经济损失更使新海发电有限公司焦虑不安。 表一  各热用户供热设计参数 参数 热用户 压力P Mpa 温度T ℃ 最大流量 t/h 常用流量 t/h 最小流量 t/h 管径（内径） mm 1 双菱集团 0.6 300 25 15±5 0 φ200 2 德邦精细 0.6 300 10 5±3 0 φ200 3 发酵厂 0.6 300 25 10±5 0 φ250 4 麦芽厂 0.6 300 10 5±2 0 φ200 5 啤酒厂 0.6 300 25 15±5 0 φ250 为查清供热蒸汽量测量方面存在问题的根源，提高计量检测精度，减少经济损失，新海发电有限公司下决心解决供热流量偏差的问题，他们与相关单位合作共同进了行攻关研究。经过一年多时间的努力取得了一定成效，目前已经将东线和西线供热流量的偏差基本稳定在了15%左右。 2　负荷和测量装置的特点 2.1　定义 供热流量偏差在本文主要是指供热端和用户端蒸汽流量计测量数值的差值，供热流量偏差=（出口端流量-入口端流量）/出口端流量×100%。一般情况下，该偏差应该在一个合理的范围内，但存在于新海发电有限公司与东、西线用户间的流量偏差明显是不正常的。 2.2　用户特点 为了查清偏差反常的原因，新海发电有限公司收集了东、西线大量的供热数据，这些数据揭示出，间歇性和波动大是东、西线热负荷的共同特点，这种特点鲜明的表现在图一、图二和附图的曲线中。根据数据统计，东、西线负荷一般都在1-20t/h范围内变化，其中东线瞬间最大用汽量能达到25t/h左右；西线麦芽厂用汽量约1-3t/h，啤酒厂用汽量约2-15t/h，西线最大用汽瞬间可达25t/h左右；东线供热流量偏差约35%-45%左右，西线供热流量偏差约35%-60%左右。鉴于东、西线流量偏差问题严重，故新海发电有限公司把东、西线作为攻关的重点。 在一年多的时间里，通过深入研究流量计误差原理，使用数据跟踪分析和比对试验等措施和手段，新海发电有限公司有的放矢的对东、西线进行了整治，已经取得了成效。 图一  2004年7月11日西线热负荷变化曲线 图二  2004年8月6日西线热负荷变化曲线 2.3　流量测量装置特点 a 孔板式流量计 当蒸汽通过孔板节流件时将产生压差，其大小与通过孔板的蒸汽流速和蒸汽密度有关，通过孔板的质量流量与压差和介质密度乘积的平方根成正比。因蒸汽的密度与其压力和温度有关，故必须检测蒸汽的温度和压力，计算出对应的密度，求出对应的实际的蒸汽量。 孔板式流量计已有百余年的历史，有技术最为成熟，在发电厂应用业绩最多、使用经验最为丰富的优势，广泛应用于多种介质的在线鉴定试验或流量测量。但是受限于流量与压差和介质密度乘积的平方根成正比的关系，孔板式流量计的量程比偏小（3:1或4:1）。 b 涡街流量计 涡街流量计是根据流体绕流阻流体后其尾流的两侧产生对涡(即卡门涡街)原理设计的，在一定雷诺数下，旋涡的释放频率仅与流速成正比。该流量计通过尾流脉动力或噪音等机械运动与电信号的转换，将涡流转变为标准频率信号输出，再由二次仪表将频率信号计算出对应的流速、容积流量。对于质量流量的测量，涡街流量计必须根据来流的压力和温度(测点应在仪表前)，计算出对应状态下流体的密度，容积流量与密度的乘积即得质量流量。 涡街流量计是近十多年快速发展的新型流量测量仪表，有流动阻力损失小、量程比大（10:1）、安装方便等优点，广泛应用于多种介质容积流量和质量流量测量。但是，由于孔板流量计的显示值与介质密度的平方根成正比，而涡街流量计的显示值与介质密度成正比，故涡街流量计的测量精度受密度变化的影响大于孔板流量计。 3　流量测量偏差的分析与处理 在导致流量偏差的原因中，“跑、冒、滴、漏”造成的管损（介质损耗）是一个重要因素。但是在新海发电有限公司规范的设备检修制度的管理下，到目前为止还没有发现影响计量的管损，故管损对流量偏差的影响应该排除。而以下因素则是造成供热流量偏差的主要原因： 3.1　小流量因素的影响 3.1.1　分析 新海发电有限公司分析了大量数据后认为，忽视量程比（仪表或装置能校准到规定精确度等级内的最大量程与最小量程之比）对测量精度的影响应该是造成流量测量偏差的重要原因，当流量测量装置工作在最小量程以下时，测量误差将明显增大。 ａ．孔板式流量计对于压差测量的精度不仅受限于孔板的加工和安装精度，而且还与测量压差设备的精度有关。据资料介绍，即使加工和安装均符合要求，并采用高精度差压变送器，在低于最小量程范围工作时的相对误差将达到10%左右。 b．涡街流量计在最小量程范围和不稳定流动工况下工作时，尽管旋涡脱离的频率仍与流速成正比，但因旋涡脱离所释放的能量不等，少数旋涡达不到检测阈值，使涡街流量计测量值低于实际值，将造成小流量时很大的测量误差（10%左右）。 涡街流量计在不同参数下的最大量程见表二，东、西线孔板式流量计的最大量程见表三。 表二  不同管径、参数下涡街流量计的最大流量（t/h） 　　　　　　　　参数 管径mm 0.6 Mpa 300℃ 0.8 Mpa 300℃ 1 φ200 21t/h 27t/h 2 φ250 33t/h 42t/h 注：用户端蒸汽的参数一般都是300℃，0.8 Mpa左右 表三  供热出口端流量计的最大流量 　　　　　参数 热用户 压力P Mpa 温度T ℃ 最大流量 t/h 管径（内径） mm 1 东线 1.1 360 25 φ257 2 西线 1.1 185 33 φ257 根据两种不同流量装置的量程比，从表一、表二和表三推算出： a、东线用户端涡街流量计的最小程是3.3--4.2t/h，东线供汽端孔板式流量计的最小量程为6—8t/h之间； b、西线麦芽厂涡街流量计最小量程为2.1—2.7t/h，啤酒厂最小量程为3.3--4.2t/h，西线供汽端孔板式流量计的最小量程为8—11t/h。 显然，西线供热端和用户端的流量计有相当多的时间工作在最小量程以下，其中麦芽厂几乎就是在最小量程以下范围工作的。从西线瞬间用汽曲线图（图三）也能明显看出西线供热流量计工作在小量程以下范围的时间很可观。因此小流量对西线供热流量偏差的影响是显而易见的。同样，这种影响在东线也存在。 3.1.2　处理 根据以上分析，缩小涡街流量计管径和孔板式流量计的孔板内径减小最大量程，是解决高精度供汽量测量的重要手段。 根据上述原则，新海发电有限公司公司决定先行改造西线的孔板式流量计，首先确定了较合理的设计参数：最大流量20t/h，常用流量12t/h，最小流量2t/h，蒸汽压力0.8Mpa，蒸汽温度300℃。并以唯一性的要求为原则，重新选择了安装孔板的位置。新孔板在04年12月中旬投入运行后，西线供热流量的偏差逐步下降到20--25%左右，效果较为显著。 为了进一步减小偏差，经过友好协商，在用户的大力支持下，麦芽厂于05年4月下旬用内径φ125的涡街流量计更换了内径φ200的涡街流量计，此举又使偏差下降到了15%左右。见图三。 以上改进取得的成效说明最小量程对流量计计量误差的影响是真实存在的，不容轻视，选择恰当的测量范围，对提高流量计的测量精度至关重要。 3.2　压力测量的影响 气体介质的密度随温度、压力变化较大。由理想气体状态方程得知，气体介质的密度正比于压力(绝对压力)，反比于绝对温度(K)。因为绝对温标是在摄氏温度上加273，故温度测量误差对密度计算的影 图三  05年5月份西线供热流量偏差曲线 响较小，压力测量误差对密度计算的影响较大。因此，测量质量流体的系统对压力测量要求很高。 对孔板式流量计而言，引进压力参数是对流经孔板的介质偏离设计参数时蒸汽密度出现的误差进行修正，保证测量的准确性；对于涡街流量计，压力测量提供的是由体积流量转换为质量流量的蒸汽密度。因此蒸汽密度是影响孔板流量计和涡街流量计测量精度的重要因素，但是涡街流量计的测量精度受蒸汽密度变化的影响要大于孔板流量计。所以，可靠的、高性能的压力测量装置对涡街质量流量计绝对是关键性因素。 为满足计量的要求，新海发电有限公司内所有对外供热流量测量系统均选用了美国罗斯蒙特公司3051型电容式压力变送器，这是一种高精度（0.075%）、高可靠性的压力测量装置。用户使用的是涡街流量计厂家配套的国产扩散硅式压力变送器，相对于3051型变送器，其可靠性和测量精度都有不小的差距。东、西线用户数次发生压力变送器故障并对计量造成影响的事例还说明，涡街传感器良好的测量精度，并不能保证质量流量的正确性,只有同时保证密度测量的正确性，才能保证涡街质量流量测量的高精度。因此选择高可靠性和高精度的压力测量装置同样是减少流量测量偏差的重要手段。 除了压力变送器性能对涡街流量计测量精度有决定性影响外，如果压力变送器取压阀门工作在节流状态下，也会因为被测压力的减小而影响对蒸汽密度的运算，此时的运算结果一定是质量流量被减少了。为加强对压力测量装置的管理，在用户的配合下，新海发电有限公司对三条供热管线上所有压力变送器的取压阀门都采取了封铅加锁措施，对可能发生的不规范行为起到了很好的防范作用。在采取封铅加锁措施后东线偏差明显下降，目前已经稳定在15%左右。见图四。 图四  05年5月份东线供热流量偏差曲线 4　下步打算 a．加强与东、西线用户的协商和沟通，帮助用户重新选择合理的流量计量程，说服用户更换高可靠、高性能压力变送器。由于西线热负荷主要由啤酒厂承担，如果该厂也能按要求对涡街流量计进行缩径改造，相信西线供热流量的偏差还会进一步减小，甚至能控制在10%以内。 ｂ．在帮助东线用户将涡街流量计最大量程降低到合理范围的同时，把新海发电有限公司东线孔板式流量计的最大量程也减少到18-20t/h，通过这些工作有望将东线供热偏差也控制在10%以内。 ｃ．为及时发现流量测量系统存在的故障，对供热系统供热端和用户端流量计进行科学、有效的管理是非常必要的。为此，新海发电有限公司计划对实施“供热系统流量测量实时监控网络系统”项目的可行性进行研究。该项目完成后，通过网络对各流量计的流量、压力和温度信号进行实时的监测，由计算机软件自动地处理供热端和用户端流量计的测量偏差，并由压力、温度信号分析偏差增大的原因，提出故障流量计的校验、维修计划，将大大提高分析和处理流量偏差的效率。 5　体会与看法 a．据了解，被供热流量偏差问题困扰的不仅仅只有新海发电有限公司，全国还有相当多供热企业在为这个问题伤脑筋。可见，供热系统中孔板式流量计和涡街流量计间的测量存在偏差的现象是普遍存在的。这个问题不但提出了蒸汽流量测量工程应用研究的新课题，同时也提醒我们，查清供热蒸汽量测量方面存在问题的根源，采取科学、合理方法消除测量偏差、提高计量检测精度，减少由此造成的经济损失，对供热企业和热用户都有着重要的现实意义。 ｂ．改变选择流量计最大流量时仅考虑瞬间最大用汽量，并过高估计最大用汽量的习惯做法。不以瞬时最大流量为基准，而以常用流量或最大概率流量做为选择量程范围的基准。为此，要准确掌握用户的负荷参数，合理确定流量测量装置的最大量程范围。 ｃ．压力测量装置对涡街质量流量计的测量精度有决定性影响，因而选择高可靠性和高精度的压力测量装置是减少流量测量偏差的重要手段，而加强压力测量装置的管理对保证流量测量的精度和减少流量偏差同样是不可缺少的。 ｄ．为规范供热行业的市场行为，政府主管部门应制定相应的规定和制度，定期或不定期地组织对用于结算的流量测量装置进行抽查，加强对不规范行为的防范措施，并将结算表计纳入强制检定的范围，最大限度地减少各方的经济损失。 参考文献 [1]Zaki D. 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