蒸汽流量計量失準的原因及解決方法

【摘 要】 蒸汽流量計量是供熱行業(yè)計量工作中的一項主要內(nèi)容，在實際運行過程中，現(xiàn)場儀表運行的不準確，溫壓補償方式選擇的不正確，導(dǎo)致參與計算的蒸氣密度有偏差，引起蒸汽供需雙方貿(mào)易糾紛的產(chǎn)生。本文從分析蒸汽流量計量出現(xiàn)的問題入手，結(jié)合GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》的要求，從技術(shù)和管理方向提出蒸汽流量計量問題的解決方案，即符合通則要求的流量計量系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】 蒸汽流量計量 溫壓補償 流量計量系統(tǒng)

能源消耗是所有企業(yè)必須要計入生產(chǎn)成本的重要項目，所以準確、合理地使用能源就成為了企業(yè)管理的重要內(nèi)容。談到節(jié)能降耗，應(yīng)首先想到能源的“計量”，只有有了準確計量，才有資格說節(jié)約了多少能源，準確的計量是提高能源管理水平的關(guān)鍵。蒸汽作為重要的二次能源，在采暖、制冷、生產(chǎn)工藝用熱中作為重要的載熱工質(zhì)，因此提高蒸汽的生產(chǎn)、輸送及使用效率可以節(jié)約大量的能源。由于蒸汽的特殊性，在計量方面存在諸多困難，長期以來一直是流量測量中的老大難問題。2007年1月1日，國標GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》正式實施，在通則的指導(dǎo)之下，逐步建立一套適合我國生產(chǎn)企業(yè)特點，具有科學(xué)性、經(jīng)濟性、實用性的蒸汽計量儀表的配備方案，是當(dāng)前能源計量管理的緊迫課題。

1 蒸汽計量中出現(xiàn)的問題

1.1蒸汽計量過程誤差原因的分析

要研究蒸汽計量中出現(xiàn)的問題，應(yīng)首先從蒸汽的特性入手。蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，有過熱和飽和兩種狀態(tài)。隨著工況（如溫度、壓力）的變化，過熱蒸汽經(jīng)常會轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽，其變化情況如圖1。

圖1 蒸汽（溫/壓）對照圖

圖中的縱坐標和橫坐標分別為（水）蒸汽的壓力和溫度值。圖中的曲線稱作飽和曲線。曲線上的點為飽和狀態(tài)的蒸汽參數(shù)值，飽和曲線以上部分為過熱蒸汽，以下部分為液態(tài)水。由此圖可以看出飽和蒸汽的溫度和壓力值是一一對應(yīng)的，即當(dāng)飽和蒸汽的溫度或壓力有其中一值確定，另一值也就可以確定了。而過熱蒸汽的溫度和壓力并不一一對應(yīng)，在圖中是在飽和曲線以上的區(qū)域。由于蒸汽存在這樣的性質(zhì)，需要在實際測量過程中實時測量其溫度以及壓力，以便確定其狀態(tài)，進行相應(yīng)的流量計算。

目前，我國對蒸汽的計量記錄及結(jié)算值的單位基本上是質(zhì)量流量，即噸或公斤。而蒸汽流量計測量值均是體積流量，即立方米，要準確計算質(zhì)量流量，需要知道蒸汽的密度，根據(jù)蒸汽的性質(zhì)，要實時采集蒸汽的溫度和壓力，進而在流量積算儀或計算機中根據(jù)查表插值的方法得出蒸氣密度進行補償。由于壓力傳感器、溫度傳感器（變送器）的誤差與導(dǎo)致質(zhì)量流量的誤差是關(guān)聯(lián)量，理論上其誤差可能達到數(shù)倍，因此我們在流量測量中使用的儀表應(yīng)該按照IFC1967公式進行實時的密度計算才是最理想和準確的方法。

以測量過熱蒸汽為例，如圖2。使用渦街流量計時應(yīng)安裝壓力變送器和溫度傳感器采集壓力和溫度值進行補償計算。這三路信號統(tǒng)一傳送至流量積算儀（或計算機采集系統(tǒng)），拋開渦街流量計、壓力變送器和溫度傳感器的精度來說，僅流量積算儀（或計算機采集系統(tǒng)）在參數(shù)設(shè)置或結(jié)算功能方面的錯誤就可使得流量傳感器、壓力、溫度傳感器傳輸?shù)臏蚀_信號幾乎失去計量作用。蒸汽在傳輸過程中，由于管網(wǎng)的原因，壓力和溫度是波動變化的，并不是一直不變，為了對其實時補償，需要準確的測量其壓力和溫度，以便準確確定實時密度。在圖2所示的流量測量系統(tǒng)中，渦街流量計的K系數(shù)作為重要的計量參數(shù)，應(yīng)準確的置入流量積算儀或者計算機采集系統(tǒng)中，小數(shù)點后應(yīng)至少保留二位有效數(shù)字，才能保證準確計量。我們在實際計量檢定工作過程中發(fā)現(xiàn)，部分流量積算儀沒有溫度壓力信號輸入端口，或者是有信號輸入和顯示，儀表內(nèi)部并沒有補償，只是在表內(nèi)程序設(shè)置了在設(shè)計工況下的溫度或壓力補償，即給出其固定工況下的密度進行質(zhì)量流量計算，這顯然是不能作為貿(mào)易結(jié)算儀表使用的。

1.2補償方式的選擇

在蒸汽流量計量系統(tǒng)中，由于流體容易被壓縮，對于飽和蒸汽，為了保證計量準確，一般引入壓力補償，部分采用溫度補償。對于飽和蒸汽，采用壓力補償和溫度補償兩種方式，從理論上講沒有區(qū)別，原因在于飽和狀態(tài)的蒸汽，其壓力和溫度之間呈單值函數(shù)關(guān)系，因此只需知道其一，就可以確定蒸汽的狀態(tài)。飽和蒸汽的計量究竟是采用溫度補償還是壓力補償呢？在檢測工作中我們發(fā)現(xiàn)，部分采用單一溫度補償?shù)牧髁糠e算儀精度明顯低于同級別使用壓力補償?shù)牧髁糠e算儀，使用溫度補償?shù)膬x表，蒸汽貿(mào)易結(jié)算常常出現(xiàn)問題。經(jīng)分析，供熱單位供應(yīng)的蒸汽，其計量方式采用的是溫壓補償，蒸汽溫壓變化能自動補償，而使用單位使用量由渦街流量計和溫度變送器組成的計量系統(tǒng)計量，只采用了溫度補償。由于蒸汽生產(chǎn)廠家輸送的蒸汽是高壓蒸汽，經(jīng)減溫減壓變?yōu)榈蛪何⑦^熱蒸汽送出，蒸汽到達用戶時基本變?yōu)轱柡驼羝Ｓ捎陔姀S控制問題，送出蒸汽溫度偏高，使用溫度補償?shù)姆e算儀將高溫低壓的微過熱蒸汽當(dāng)作此溫度下飽和蒸汽進行積算，就會產(chǎn)生較大偏差。如電廠供出的蒸汽為0.6MPa、170℃的微過熱蒸汽，用戶的積算儀按170℃飽和蒸汽密度4.08kg/m3進行計算，而實際使用的0.6MPa、170℃的微過熱蒸汽密度為3.6kg/m3，密度差帶來的誤差13.3%。由此可見，溫度出現(xiàn)偏差容易導(dǎo)致這種以溫度方式補償?shù)挠嬃肯到y(tǒng)出現(xiàn)問題，為此需要增加壓力測量，以確定蒸汽的狀態(tài)，從而提高計量準確度。

另外兩個原因，我們也是推薦飽和蒸汽采用壓力補償，一，傳感器精度影響，測溫元件難以做到同等級別的壓力變送器的精度，并且受環(huán)境影響較大；二，安裝方式影響，溫度傳感器需要深入管路一定深度才能保證測量精度，如果深度沒有到達正確位置將影響傳感器的正確測量，而壓力變送器只需要在管路上留出取壓孔就能正確測量，顯然，壓力補償無論是精確度還是安裝方式都較溫度補償要好。

當(dāng)然，這里所說的誤差僅為溫度測量和壓力測量這兩個環(huán)節(jié)，至于流量測量系統(tǒng)的總的不確定度，還須計入流量二次表、流量傳感器、流量變送器等的影響。

2 保證蒸氣準確計量的流量系統(tǒng)

隨著成本意識的不斷增強，蒸汽供需雙方對能源計量的準確性提出了更高的要求，為保證計量系統(tǒng)的公正、公平，讓蒸氣用戶放心，蒸氣計量系統(tǒng)應(yīng)在技術(shù)和管理上具備以下特征：一、技術(shù)方面，補償功能完善且補償算法符合相關(guān)標準，具有歷史數(shù)據(jù)存儲、事件報警等管理功能，其中積算儀或計算機內(nèi)部參數(shù)只有計量部門才能修改，流量測量系統(tǒng)的整體不確定度，應(yīng)包含流量二次表、流量傳感器、補償傳感器的合成不確定，而且不應(yīng)超過GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》最低要求；二、管理上要做到一次儀表（包括流量計及影響密度補償?shù)膲毫ψ兯推骱蜏囟葌鞲衅鳎┒蝺x表（流量積算儀）同時送檢，定期檢定，一次儀表和二次儀表要配套使用，為防止改動一次儀表和二次儀表參數(shù)影響實際流量，對整個系統(tǒng)影響到流量的參數(shù)應(yīng)設(shè)置密碼，且只有計量部門才能對其設(shè)置。

3 結(jié)語

蒸汽流量測量還有很多問題亟待解決，在開發(fā)新的測量技術(shù)的同時，我們更應(yīng)注重運用現(xiàn)代科學(xué)手段，進行應(yīng)用技術(shù)深層次的開發(fā)，切實有效地解決一些實際問題。因此，應(yīng)從加強計量管理，建立健全法制制度入手，使該領(lǐng)域的產(chǎn)品、補償技術(shù)的使用走向正規(guī)化。

參考文獻：

[1]紀綱.流量測量儀表應(yīng)用技巧[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009

[2].蔡武昌.孫淮清.流量測量方法儀表的選用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001

[3].JJG1003-2005《流量積算儀》[S]

[4].GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》[s]