淺析蒸汽流量計存在的問題及應(yīng)對措施

蒸汽是各生產(chǎn)企業(yè)的重要的二次能源之一，有的直接參與化學(xué)反應(yīng)，但多數(shù)是用其熱能。企業(yè)在談?wù)摴?jié)能降耗一般會先想到"蒸汽"。從眼前本單位利益出發(fā)，降低生產(chǎn)成本需要降低蒸汽損耗;從大處想，我國能源短缺，更需要降低各種能耗。談?wù)摴?jié)能降耗，應(yīng)先想到是能源的"計量"，只有有了準確計量，才有資格說節(jié)約了多少能源。在蒸汽計量方面，現(xiàn)狀如何?中石化一些大型企業(yè)做得怎樣?　　　　燕山石化公司是大型企業(yè)，在這個大型企業(yè)里，能源計量管理方面的任務(wù)相當(dāng)繁重，以1990年的數(shù)據(jù)為例說明。全公司一級（各廠際之間的）計量儀表共有523套，其中蒸汽系統(tǒng)的計量儀表84套，占公司一級計量表的16%。燕化自備電站和部分產(chǎn)汽生產(chǎn)裝置合計，每年產(chǎn)汽量約一千萬噸（其中本公司內(nèi)消耗985萬噸，對外供15萬噸），面對的耗汽用戶是國營、集體和個體數(shù)十個企業(yè)，數(shù)百個用戶。其蒸汽量是如何計量和管理的呢?

對比較大型的用戶，各生產(chǎn)廠的蒸汽管理主要是由公司動力處和調(diào)度處管理，所用計量器具是各生產(chǎn)廠自己管理，發(fā)生計量糾紛由公司計控處負責(zé)仲裁處理。對于地方小企業(yè)用戶，由燕化公司水電汽管理所負責(zé)簽合同處理。

計量器具的選用，由于孔板側(cè)量技術(shù)發(fā)展成熟，有相應(yīng)的國標(biāo)和標(biāo)準作支持，本身結(jié)構(gòu)簡單、造價低，耐高溫性能和抗振性能好，所以對于大中型管道，如Dg200mm以上管道，多是采用孔板差壓式流量計，尤其是高壓過熱蒸汽，全部是采用孔板差壓式流量計。對于中小管道，一般在Dgl00以下，除了孔板差壓式以外，渦街流量計使用數(shù)量越來越多。而對于更小的用戶，管徑在Dg50mm以下的，多為渦街流量計和分流旋翼式流量計。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

對于各廠生產(chǎn)裝置內(nèi)及車間級的蒸汽側(cè)量及計量，也多是采用孔板差壓式流量計。除了上述流量計之外，也有用阿丑巴等流量計的?？偟臄?shù)量有數(shù)百臺，不再細說。

從計量管理角度，燕化公司根據(jù)"GBl7167-83"規(guī)定，明文對蒸汽測量系統(tǒng)提出如下要求:廠際蒸汽計量系統(tǒng)要有溫度和壓力補償環(huán)節(jié);對其系統(tǒng)側(cè)量誤差要求:過熱蒸汽計量系統(tǒng)誤差不大于±2.5%；飽和蒸汽計量系統(tǒng)誤差不大于±4%。

二、蒸汽計量系統(tǒng)運行情況關(guān)于蒸汽流量計量，燕山石化公司各廠際之間，多次因計量不準，供需雙方發(fā)生計量糾紛。近幾年隨技術(shù)進步、計量器具產(chǎn)品質(zhì)量的提高和加強了蒸汽系統(tǒng)的管理，大多數(shù)的蒸汽計量系統(tǒng)運行正常。能夠正常運行的測量系統(tǒng)，一般都是領(lǐng)導(dǎo)重視，工程技術(shù)人員精心設(shè)計，認真選型，成套性完善齊全，投入較大。如采用計算機管理、帶壓力溫度補償、變送器選用的精度較高、系統(tǒng)帶小信號切除、隨時跟蹤測試計算、自動打印日報、月報等功能。但是對一些中、小用戶，如采用分流旋翼式流量計的問題較多。系統(tǒng)測量精度不高，故障率高，甚至用不到一個采暖期就損壞等。

2005年7月25-29日，于杭州"蒸汽準確計量技術(shù)研討會"上了解到，全中石化系統(tǒng)乃至冶金、熱電等系統(tǒng)，蒸汽計量狀況大同小異，有的單位更差些:如有的單位"供需雙方偏差達45%，偏差在20%以上是經(jīng)常的事，分析原因，有的是孔板流量計運行十多年從沒有檢查清洗;有的在一根管線上，有三、四種計量方式（至少裝有三、四臺流量計），數(shù)據(jù)不一致"。

三、存在問題及應(yīng)采取的對策由于蒸汽系統(tǒng)溫度較高，飽和蒸汽又易變?yōu)槠?、液兩相流，相比之下測量難度大，甚至無法測量。因此對蒸汽測量系統(tǒng)的要求就高一些，有些計量器具滿足不了它的要求?！　　　奶幚硌嗷緝?nèi)部計量糾紛情況看。從1993年4月至1995年4月兩年時間內(nèi)收到"申請仲裁書"12件，其中蒸汽計量糾紛有5件，占整個公司計量糾紛的41.7%，占的比重是很大的。如果統(tǒng)計到1998年4月，5年內(nèi)共收到25件計量糾紛，蒸汽計量糾紛仍為上述5件（這三年出現(xiàn)的蒸汽差量均在下邊協(xié)商解決了），所占比例為20%，說明近幾年蒸汽計量工作有所改善，但是此數(shù)也不小。產(chǎn)生計量糾紛的原因是什么呢?通過數(shù)次對現(xiàn)場調(diào)查分析，歸納有三條:一是計量器具方面的原因；二是管理方面的原因；再就是人為因素。現(xiàn)就計量器具方面原因分析主要有以下幾個問題:

3.1蒸汽計量器具的性能有待提高，選型范圍有待擴寬根據(jù)我公司蒸汽計量采用孔板差壓式流量計較多，別是七十年代建的老裝置中，可以說大多數(shù)為此類儀表。該類計量器具存有一定的弱點:它的量程比小，一般為3:1,若運行在30%流量刻度以下時，其精度下降較大;運行工況條件離開原設(shè)計條件，側(cè)量誤差會增大，再如孔板檢側(cè)系統(tǒng)中部件多，引壓管系統(tǒng)易堵、易漏、易凍、易汽化等點，造成儀表一次安裝工程量大，費用高;維修工作量亦大;孔板為節(jié)流型壓損大，長期運行耗能大，費用高;長期運行中孔板幾何尺寸變化，銳角變鈍（銳角要求r=0.0004d，而有關(guān)專家試驗后公布，運行的頭二或三年中每年磨損半徑廠增加0.04mm，而五、六年之后才趨向穩(wěn)定。由于銳角變鈍，孔板流量系數(shù)會變小!）;甚至有的孔板在開停車過程中，由于蒸汽管道中易存冷凝水，開停蒸汽管道過程中產(chǎn)生水垂，致使孔板變形，甚至變成喇叭口。所有這些都說明，孔板差壓式蒸汽流量計很難保證其原設(shè)計測量精度。雖然目前已出現(xiàn)孔板、變送器一體化產(chǎn)品，二次儀表也已微機化、智能化，使孔板量程比可提高到l0:1。但是孔板本身銳角會變鈍造成流出系數(shù)變化，使測量誤差增大尚不能克服改善。盡管已有鈍化的孔板產(chǎn)品出現(xiàn)，但其相應(yīng)的鈍化標(biāo)準及其檢測器具配套尚待完善，再者它屬于非標(biāo)準孔板，應(yīng)經(jīng)過逐臺檢定，才可用于計量。標(biāo)準孔板運行、磨損幾年后，應(yīng)檢定測出新的流出系數(shù)，才可保證其側(cè)量準確度。但是目前無有這方面的要求和標(biāo)準。

隨著機加工技術(shù)的提高相進步，采用標(biāo)準噴嘴節(jié)流裝置的越來越多，如45萬噸乙烯改造中，在DN200mm以上管道的氣體和蒸汽測量出現(xiàn)六套標(biāo)準噴嘴（30萬噸乙烯中一套也無有）。它z大的優(yōu)點是比標(biāo)準孔板壓力損失小。缺點是加工制造難度大，檢驗技術(shù)高難度大，也存在運行多長時間后檢定的問題。

隨著儀表制造技術(shù)的提高，耐高溫的渦街流量計、阿丑巴（均速管之類）流量計等在蒸汽系統(tǒng)測量中應(yīng)用越來越多，但是它們也各有各的弱點，像渦街流量計它耐高溫只能達到200℃多度，對320℃以上的蒸汽系統(tǒng)使用禍街流量計尚缺乏經(jīng)驗，何況它側(cè)量要求的雷諾數(shù)比孔板差壓式流量計高出一倍，其更大的弱點是抗振性能差。阿丑巴、彎管等之類的流量計所產(chǎn)生的差壓信號值較低，給差壓信號檢測帶來一定難度。這些流量計都屬于強檢計量器具，應(yīng)全部走周期檢定，目前尚有難度?？傊m用蒸汽計量的檢測儀表的性能還應(yīng)大力提高相改進，適用蒸汽計量的計量器具的選擇余地還應(yīng)再擴寬?！　　　?.2蒸汽計量表的檢定　　　　

蒸汽計量表的檢定目前尚不完備，是制約蒸汽計量工作的一個重要環(huán)節(jié)。以蒸汽為工作介質(zhì)的"蒸汽流量計量檢定裝置"在煙臺、廣州、蘭州等地都出現(xiàn)過，由于這種裝置浪費能源、難以操作、檢定精度低、費用高，無發(fā)展前途，堅持下來的沒有。正因蒸汽流量計無處檢定，應(yīng)走周檢的渦街、阿丑巴、分流旋翼式等流量計，也難以實現(xiàn)。這里提到蒸汽計量檢定裝置有它的不足之處，將陸續(xù)退出歷史舞臺，代之興起的是用壓縮空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定，這是方向。但是它還有待研究完善。目前看，這方面的資料、數(shù)據(jù)還太少，更無有什么標(biāo)誰可依。無論是從理論上還是實踐數(shù)據(jù)上，還應(yīng)作大量的實踐工作，以達到標(biāo)準化。

就用壓縮空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定的問題，插一段燕山石化公司在這方面工作:筆者1982年參加化工部系統(tǒng)流量側(cè)量技術(shù)交流會，會上交流一篇"淺談?wù)羝髁坑嫷臉?biāo)定"（后改為"介紹一種蒸汽流量計的標(biāo)定方法"，刊登在1983年的煉油化工自動化雜志上）。1989年燕化公司計控處自己設(shè)計一套蒸汽流量計量檢定裝置，是利用中壓過熱蒸汽（名義上壓力為1.5Mpa，溫度為25O℃），經(jīng)過檢定裝置后/降為0.3-0.5Mpa的低壓蒸汽作為罐區(qū)裝置伴熱和采暖用。同時引進工藝雜用風(fēng)（即壓縮空氣）。標(biāo)準是音速噴嘴。擬對同一臺蒸汽流計，用不同介質(zhì)進行檢定，找出空氣代蒸汽的規(guī)律，z終成為氣（汽）體流量計量檢定站。設(shè)計完后，先請計量院等單位的專家審核，定案后于1990年開工興建，建成后試壓、吹掃，送汽試運行完成后，即將試驗、測試數(shù)據(jù)，以便請計量院專家做技術(shù)性能測試檢定和請市局授權(quán)。然而，因30萬噸乙烯改造為45萬噸用地，立即拆除搬遷。由于各種原因至今未能建成投用（現(xiàn)仍在積活動爭取早日投用）。1994年筆者完成一篇"淺議以壓縮空氣代替蒸汽對蒸汽流量計進行標(biāo)定"的文章，95年在大慶全國流量專業(yè)技術(shù)交流會上交流，并被推薦到1996流量專業(yè)委員會召開的流量技術(shù)研討會上，文章被收錄到"96流量專業(yè)技術(shù)研討會論文集"內(nèi)。該文從流體力學(xué)角度出發(fā)，利用其相似原理，即兩種流體的流束幾何相似，雷諾準數(shù)相同，流量系數(shù)相等的原理，并以等體積法或等密度法，推算出空氣和蒸汽二者量的關(guān)系，說明以壓縮空氣代替蒸汽檢定蒸汽流量計是有理論依據(jù)的。

國外在以空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計標(biāo)定進行到什么程度，問過不少威權(quán)及商社，均得不到滿意的答復(fù)。直到今天我仍是有機會就向諸位專家、和國外大的蒸汽流量計儀表廠商咨詢，"有無有同一臺流量計分別用空氣和蒸汽檢定的數(shù)據(jù)"?"用空氣檢定某流量計誤差為X，用來測量蒸汽時誤差會是多少"等問題，均沒有得到肯定的回答。

插入上一段內(nèi)容的目的，是想說明，目前蒸汽流量計檢定是阻礙蒸汽準確計量的主要障礙!目前距用空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計檢定，還有一段距離!國內(nèi)，現(xiàn)實中也聽說有用空氣作介質(zhì)檢定蒸汽流量計的，如其分流旋翼式蒸汽流量計制造廠，稱其產(chǎn)品是請某檢定站逐臺檢定，精度準確可靠，問其流量計安裝到不同壓力和不同溫度蒸汽管道上應(yīng)用，誤差是多少?回答是在空氣裝置上優(yōu)于4%，測量蒸汽也在這個誤差范圍之內(nèi)。后來我了解到這家檢定站是用微壓-幾十毫米水柱壓力的空氣做介質(zhì)給檢定的。試想分流旋翼式蒸汽流量計一路走高溫高壓汽，一路（小孔）走冷凝水，而用微壓空氣檢定的誤差就是走蒸汽的誤差能說得通嗎?　

四、結(jié)束語為了搞好蒸汽的計量，建議有關(guān)部門投資搞好此項研究開發(fā)和建標(biāo)工作。具體作法是有關(guān)部門投資、立項，與有條件的企業(yè)結(jié)合（不能再搞浪費型蒸汽標(biāo)準裝置），選用數(shù)種類型、數(shù)種規(guī)格的蒸汽流量計，利用蒸汽和空氣兩種介質(zhì)進行檢定對比。在掌握有一定數(shù)量（當(dāng)然越多越好）的實踐數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，統(tǒng)計、歸納出某種公式或某系數(shù)及其誤差范圍后，召開具有一定級別的鑒定會進行鑒定，成熟的話就可推廣應(yīng)用直至建立節(jié)能型的以空氣代替蒸汽檢定蒸汽流量計的標(biāo)準裝置?！　　　∮胩岣哒羝挠嬃繙蚀_度，達到節(jié)能降耗的目的，盡快實現(xiàn)以空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定，應(yīng)是*。
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