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涡街流量计与孔板流量计在蒸汽计量中不准确分析

时间:2018/12/17来源:未知

    目前我国在热能利用上,城镇集中供热得到蓬勃发展,区域性热电公司以及大型化工企业利用规模较大的供热装置向社会集中供热等形式,受到人们的欢迎。为了适应这一发展的需要,在上级部门的同意下,笔者会同一批长期从事流量计量方面的技术,在上海吴径地区设立了上海化宜计量公正行,开展了对热能贸易中公正与准确计量方面的探索与研究。在供热系统中,载能工质一般为蒸汽和热水,其中蒸汽在南方和北方均很普遍。
    一、从两个实例谈起:
    用以计量物品重量(质量)的衡器,都有规定的计量上限和保证计量准确度的计量下限;用来对蒸汽进行计量的表计,同样有规定的上限和下限。如果超过此上限或下限,器具就会丧失计量能力或达不到规定的准确度。
    1.关于涡街流量计的一个实例    上海某区一家热电公司曾经遇到一件麻烦事,该公司所属区域有一家热水店买该热网的蒸汽生产开水,然后用槽车运送到洗浴中心等热用户。
    该蒸汽计量点及相关管道如图1所示,其中涡街流量计采用DY080型,并在FC6000流量演算器中完成温度压力补偿。
图1热水店用户计量系统图

图1热水店用户计量系统图
    热水店老板摸索到每生产h开水所耗蒸汽量同加热时蒸汽瞬时流量的关系。发现将阀门v2开足,单耗较低,这时1t汽可烧30t开水。因此,这位热水店老板赚得了丰厚的利润。
    热电公司的管理人员去现场巡查时发现,流量计总管道内压力为0.7MPa,而流量计出口处压力在(0.22~0.26)MPa之间变化,温度为2600C,此时的蒸汽流量显示值为1.St1h ,而且涡街流量计处有啸叫声.显然流过涡街流量计的蒸汽流速非常高,又听说热水店的蒸汽单耗如此先进,初步判断这套流量计显著偏低。
    热电公司处理这件事先从流量计出口端压力偏低入手,于是,在流量计上游的DN80管道旁又增设了一路DN65的管道,两根管道并联使用,以降低管道上的压力损失。但运行结果、效果并不显著,只是流量计前面和后面的压力略有升高,计量值偏低的情况并无改观。
    热电公司为此事向笔者进行咨询,笔者先从流量计前后压力计算流过涡街流量计的平均流速。
    因为流体流过涡街流量计时,流量计前后压差同流速之间有下面的关系:
计算公式
    基于上述计算结果,笔者为热电公司提了3个建议: 
   (1)限制用户端的阀门v2的开度,将瞬时流量限制在DN80涡街流量计允许的上限流量值以内。
    (2)将涡街流量计通径适当放大,使得v2开足时,流过涡街流量计的流速也不超过其允许的***高流速80m/s。
    (3)将涡街流量计(连同温度压力测量元件)移至距总管较近的位置。    首先,个方法如果能得以实现,既能保证计量准确度又不用增加开支,但是买方反对。因为瞬时流量减小就意味着热水店单耗升高,而且因为v:阀门属用户资产,阀门的开度供方无权约束,也没有违反双方已订的协议。
    第三个方法是基于式(3)所示的关系。
计算公式
计算公式
    在管道内蒸汽高速流动的条件下,管道上的压损相应增大,流量计前移则流量计安装地点的蒸汽压力相应升高。压力的升高使得对应的蒸汽密度马增大,从而降低流过发生体的蒸汽流速。但若只移位不换大口径并不能解决根本问题。    关于流速高于80m/s后流量计偏低这个问题只见过零星报道,未见有人做过专门研究。    横河公司的资料中给出了斯特罗哈尔数S,与雷诺数的关系,但并未提到流速高于80m/s的上限流速后误差的方向。
图2斯特罗哈尔数与雷诺数的关系
图2斯特罗哈尔数与雷诺数的关系
    从涡街流量计现场实际运行情况看,制造厂用“漏脉冲”现象解释,即流速高于上限流速后,涡街流量传感器输出的频率与流速成正比的关系就会被破坏,而且流速越高,漏脉冲的现象越严重。
    在上面的实例中,按照温度压力参数和流速的数据计算,流过涡街流量计的流量应有11.9t1h,但仪表的显示值只有1.St1h,只相当于实际流量的1/8。显然被漏掉的脉冲不是少数,而是多数。
    解决上述问题的根本方法是将涡街流量计口径换大,例如,从DN80换大到DN150,并将流量计前后规定长度的直管段相应换大。
    由于仪表通径换大后,流过流量计的流速降低,所以,流量计出口端压力也会显著升高,从而将流速降到80m/s以下。

2.关于孔板流量计的一个实例:
    这个故事发生在我国北方的一家热电公司,该公司按照某大型食品企业的要求为其供汽,讲明***大流量为20t/h。这种情况下,蒸汽流量计会长时间超过满度运行,而孔板流量计由于有“封顶”的特性存在,实际流量再高也只按满刻度流量计费,从而使买方获得可观的效益。
    热电公司发现这一情况后,为了维护自己的利益,将流量计量程作了扩大.从而在各种情况下.流量都不超过量程上限。
    但是新的问题又产生了,因为流量计为了克服蒸汽停用时出现“无中生有”现象,一般均设计有小信号切除功能,切除点一般为流量满量程的2%~8%,流量满量程的提高,小信号切除点所对应的流量值也相应升高,从而导致生产流程保温时收不到热费。
    对于这一左右为难的尴尬局面.笔者向热电公司介绍了体现公正计量的“贸易结算功能”。
    贸易结算功能是由上海宝科自动化仪表研究所与上海张江高科技园区热力中心为了维护供用双方的正当权益,于1997年联合开发的,在这一组功能中,有“下限流量计费功能”和“超计划耗用计费功能”,其中,“下限流量计费功能’,是为了防止热用户利用流量计的下限可测流量不为零的缺陷“找窍门”而设计的。
    任何流量计都有一个保证准确度的***小流量值,如果被测流量进一步减小,先是误差增大,然后就有可能出现灵敏度丧失(如涡街流量计)或被当作小信号予以切除(如差压式流量计),这对供方来说都是不利的,有失公正。为此,在具有“小流量计费功能”的流量计中,设计有两个专用的窗口:一个是“下限流量约定值”;另一个是“下限收费流量”。其中,前一个窗口写入供用双方根据仪表的测量能力协商得到的下限流量约定值;后一个窗口写入实测流量低于此约定值后,实际执行的收费流量。
    贸易结算功能的另一个重要内容是“超计划耗用计费功能”。    流量计如果超范围运行,一般均会导致计量值偏低。除此之外,在热网中如果超计划耗能,还将影响热网的供热品质。这不仅损害供方利益,而且损害其他用户利益。为了鼓励用户计划用能,热力公司一般同需方约定***大用能量,如果超过此量,一般约定加1倍或数倍收费。    在流量仪表中实现这一功能,一般占用两条菜单:一条写入“***大耗用流量”;另一条写入“超用费率”。仪表运行时,依次显示两个流量:一个是“实际流量”;另一个是“计费流量”。
    该热电公司采纳了这个方法,维护了计量的公正性。

    二、结束语:
    1.在供热行业,通过计量表“找窍门”的现象普遍存在,应认真对待,做到公正与准确计量,减少企业效益流失。
    2.任何一种表计,其计量能力都是有限的,涡街流量计和孔板流量计也不例外。仅仅做到表计本身准确可靠,性能符合标准.还不能保证计量的公正性.必须辅之以必要的管理制度,才能保证表计的正确使用,做到公正计量。
    3.在热能贸易结算中,保证表计正确使用,做到公正计量的方法很多,例如下限流量计费功能、超计划耗用计费功能、断电记录功能、无纸记录功能以及应用数据采集与管理系统进行实时监测等。        4.魔高一尺,道高一丈。杜绝不公正计量的方法层出不穷,本文所述只是其中的两例。

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