昆山科爾源儀器儀表有限公司
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閱讀：4發(fā)布時間：2025-7-3
蒸汽作為地方熱力市場的一種特殊商品進(jìn)行生產(chǎn)與銷售，蒸汽計量的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到熱電廠與熱用戶雙方的切身利益，因此廠商與用戶十分重視。供熱計量中的優(yōu)化選型、正確安裝與維護(hù)，也就成為熱電廠計量技術(shù)工作的重點之一。
孔板流量計作為一種歷史悠久的計量儀表具有許多優(yōu)點，但存在壓力損失大、量程比小、小流量計量誤差大的先天缺陷，已很難滿足我公司生產(chǎn)與經(jīng)營的技術(shù)要求。因此1998年改用彎管流量計對熱電機(jī)組的一抽孔板流量計實施了技術(shù)改造，取得了較好的效益。
1 供熱機(jī)組原一抽蒸汽計量裝置存在的主要問題
公司的兩臺C15-49/0.98抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)，設(shè)計抽汽參數(shù)為0.98MPa、310℃（實際運行參數(shù)為1.0MPa、330℃左右，峰負(fù)荷時一抽蒸汽高達(dá)350℃）。單機(jī)額定抽汽量50t/h，抽汽量可達(dá)到75t/h。汽機(jī)一抽管道直徑設(shè)計為426mm，一抽蒸汽流量計原設(shè)計的是孔板流量計，量程為30t/h。
投產(chǎn)幾年來，實際使用出現(xiàn)兩個主要問題：一是計量誤差大。這種傳統(tǒng)的差壓式流量計，本身量程比僅為1:3，流量低于量程的1/3時計量誤差更大。區(qū)域性熱電廠外供熱負(fù)荷季節(jié)差大（1:2以上），日峰谷差更大。以該公司2002年冬季（12月5日）供熱高峰季節(jié)的日供熱負(fù)荷曲線為例，日供熱量為1264t，日平均負(fù)荷59t/h，峰負(fù)荷超出88t/h，谷負(fù)荷僅為17t/h，供熱峰谷比達(dá)到5:1。由于供熱負(fù)荷的峰谷差較大，如果仍用原孔板流量計，峰負(fù)荷大大超出量程時，即使擴(kuò)大量程到75t/h，谷負(fù)荷時的小流量（比量程的1/3還小8t/h）計量又不準(zhǔn)，測量精度無法保證。所以，孔板提供的數(shù)據(jù)只能作為一種參考。二是孔板流量計節(jié)流裝置難以維護(hù)。幾年來因孔板流量計法蘭泄漏而停機(jī)檢修的事件多次發(fā)生，在造成大量浪費的同時也給正常生產(chǎn)和經(jīng)營帶來了許多麻煩。
2 一抽流量計改造技術(shù)調(diào)研與彎管流量計的計量原理
2.1 一抽流量計技術(shù)改造項目的調(diào)研
為了解決抽汽出口的蒸汽計量問題，公司研究決定，由生產(chǎn)部牽頭組織一抽流量計技術(shù)改造項目的調(diào)研工作。我們調(diào)研了較長一段時間，市場上流量計的種類雖然很多，但大多無法滿足抽汽出口計量的特殊要求。阿牛巴流量計、旋翼式流量計精度低，新崛起的渦街流量計盡管量程比大（測量的流量上下限之比可達(dá)到1:15），測量精度高（計量精度可達(dá)1.0級），但渦街流量計在耐高溫、抗振動方面仍有不足之處，尤其是對測量介質(zhì)的溫度不得大于350℃的限制（即使不高于350℃，探頭長期在高溫環(huán)境工作，使用壽命也大大降低），面對經(jīng)常超出350℃的一抽蒸汽，也只能“望而卻步"。
河北理工學(xué)院研制的彎管流量計（重點火炬計劃項目）具有主體結(jié)構(gòu)簡單、無附加阻力損失、測量精度高（1.0級）、量程比大（1:10）、耐高溫、耐高壓、抗振性能好、直管段要求短等特點，比較適合抽汽出口的蒸汽計量。我們決定以彎管流量計實施一抽流量計的技術(shù)改造項目。
2.2 彎管流量計測量原理
，蒸汽流量的測量一般都是間接測量，首先測得一個與速度相關(guān)的量。再利用數(shù)學(xué)公式計算出蒸汽在管道內(nèi)的流速，乘以管道截面積就得到體積流量，稱為qv（單位為m3/s或m3/h），而蒸汽作為商業(yè)結(jié)算的單位通常都是噸數(shù)，它還必須由體積流量乘以蒸汽的密度才能計算出來。若要準(zhǔn)確計量，就必須考慮蒸汽密度的變化，即必須進(jìn)行蒸汽計量的在線溫度與壓力的補償。
彎管流量計與孔板流量計同屬于差壓式流量計。它是由90º標(biāo)準(zhǔn)彎管傳感器、差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器以及ZWLY系列主機(jī)配套組成的測量系統(tǒng)。彎管流量計與孔板流量計測量系統(tǒng)關(guān)鍵的區(qū)別就是安裝在管道上的傳感器不同，彎管流量計的一次傳感元件是按一定規(guī)格加工成外型類似標(biāo)準(zhǔn)90º直角彎頭，無插入件和節(jié)流件，在彎頭內(nèi)外側(cè)的45º中心處開兩個取壓口。其測量原理是當(dāng)一定流速的流體流經(jīng)彎管時，受到彎曲管道的限制，流體被迫作圓周運行。根據(jù)流體能量守恒定律，由于流過彎管外側(cè)的流體流速較內(nèi)側(cè)低，就形成了彎管內(nèi)外側(cè)流體的壓力差。因此，通過測量彎管內(nèi)外側(cè)壓差的大小即可算出流體的流速。另外由于流過彎管傳感器的流體密度可通過流體的溫度、壓力來精確測定，從而進(jìn)一步獲得準(zhǔn)確的質(zhì)量流量。流體流經(jīng)彎管的平均流速與慣性離心力的關(guān)系可用如下數(shù)學(xué)表達(dá)式：
式中：
為平均流速；α為流量系數(shù)；R為彎管曲率半徑；D為彎管內(nèi)徑；ρ為介質(zhì)密度；Δp為彎管的內(nèi)外側(cè)壓差。2.3 彎管流量計技術(shù)參數(shù)以及現(xiàn)場的施工設(shè)計
（1）合理選擇彎管傳感器的口徑。任何流量計均存在小流量問題。彎管流量計雖然其流量系數(shù)具有不隨流速變化而變化的優(yōu)點，相對其它流量計小流量性能好。但考慮到配套差壓變送器等設(shè)備的可靠工作范圍限制，仍存在一個小流量工作下限，即流速≥5m/s（彎管測蒸汽流速范圍5~120m/s）。依據(jù)我公司熱電機(jī)組一抽的額定與抽汽能力，結(jié)合目前的運行工況，沒有按原管徑（DN400）選擇，而選用DN350彎管流量計，將一抽流量測量管徑進(jìn)行縮管，保證谷負(fù)荷時段低流速時的計量準(zhǔn)確。這樣當(dāng)流速為5m/s時，流量為6.968t/h；流速為60m/s時，流量為73.165t/h。滿足公司計量需要。
（2）根據(jù)現(xiàn)場一抽管道的條件和流量計在管道中的前后直管段的要求，設(shè)計彎管流量計的實際安裝位置。由于我公司一抽蒸汽主管道布置在運行7m層以下，空間很擠，無法水平布置，2#抽汽出口彎管流量計安裝在垂直管道上（孔板要求前20D后10D，現(xiàn)場很難找到理想的安裝位置。而彎管流量計對直管段要求很短，前5D后2D甚至更短，安裝條件很容易滿足）。
3 彎管流量計在我公司運行的概況與效益分析
3.1 彎管流量計運行的概況
我公司于1998年與1999年利用機(jī)組大修的機(jī)會分別對1#和2#機(jī)組的一抽流量計作了技術(shù)改造，用彎管流量計取代了老式的孔板流量計。如圖1、2所示。
自技術(shù)改造以來彎管流量計在我公司運行良好。
（1）計量準(zhǔn)確可靠
我公司對外供熱的4條主干線出口流量計都是上海橫河的渦街流量計，全部經(jīng)過江蘇省流量檢測中心的檢定，在一年當(dāng)中，汽機(jī)一抽出口與4條主干線出口的偏差小于1.5%，為我公司供熱的生產(chǎn)與經(jīng)營經(jīng)濟(jì)核算提供了可靠依據(jù)。
（2）流量計運行穩(wěn)定
彎管傳感器維修工作量幾乎為零，差壓變送器與溫度、壓力補償及主機(jī)系統(tǒng)維護(hù)工作量也很少。技改幾年來從未因一抽流量計故障而停機(jī)檢修。
3.2 效益分析
從彎管流量計運行幾年來，既節(jié)省了維護(hù)費用，又避免了停機(jī)檢修的經(jīng)濟(jì)損失。準(zhǔn)確計量為對外供熱的生產(chǎn)經(jīng)營經(jīng)濟(jì)核算發(fā)揮了很大作用。以精確的數(shù)據(jù)指導(dǎo)我們重新分析我公司過去對外供熱的回收率，用科學(xué)的手段去抓供熱的計量管理，使我公司對外供熱的回收率從60%左右提高到目前的90%。公司年外供熱20～30萬t的蒸汽，噸蒸汽價格為100元，經(jīng)統(tǒng)計由于因表計量誤差減少而取得的效益為600萬元/年。
另外彎管傳感器沒有孔板那樣的節(jié)流裝置，無附加壓力損失，既不影響蒸汽品質(zhì)，又?jǐn)U大了供熱半徑，增加了許多遠(yuǎn)端用戶，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
4 彎管流量計的特點
（1）無附加壓力損失。彎管流量計結(jié)構(gòu)簡單，無任何附加節(jié)流件或插入件，因此無附加壓力損失，輸出蒸汽品質(zhì)高，節(jié)約能源。
（2）量程比大，精度高，小流量性能好。彎管流量計的量程比為1:10，彎管流量計系統(tǒng)準(zhǔn)確度優(yōu)于1級，其完善的冷凝液位技術(shù)，保證了小流量的高精度測量。因此彎管流量計在區(qū)域性地方熱電廠機(jī)、爐主蒸汽計量與供熱總管（流量波動大）中的計量具有更大優(yōu)勢。
（3）耐磨損，一次傳感器裝置免維護(hù)，壽命長。流體只對彎管口徑產(chǎn)生微小變化，對流量測量影響很小，所以彎管傳感器無需定期檢修。由于可以采用焊接式安裝，不會產(chǎn)生泄漏，無任何維修量，其壽命與主管道相同。
（4）耐高溫，耐高壓，耐沖擊，耐振動。彎管流量計和孔板流量計在較高的溫度與壓力下均可長期穩(wěn)定運行，但孔板流量計孔板平面易變形，需定期更換，否則會產(chǎn)生較大誤差。渦街流量計的測量介質(zhì)溫度不得高于350℃，而其測量的信號是頻率信號，管道振動會作為一個附加信號造成測量誤差。
（5）傳感器口徑范圍寬，前后直管段要求不嚴(yán)格，流量計現(xiàn)場容易布置。彎管流量計應(yīng)用口徑已達(dá)DN10～DN1600。對于前后直管段的要求，彎管只需保證前5D后2D甚至更小。
5 應(yīng)注意的幾個問題
（1）彎管流量計雖然測量范圍較寬，但仍有下限流速，因此要根據(jù)實際流量范圍選擇合適的彎管內(nèi)徑，確保小流量的準(zhǔn)確計量。
（2）由于沒有節(jié)流件，流體流經(jīng)彎管傳感器時差壓較?。ǖ土魉贂r尤為突出），應(yīng)選擇高精度差壓變送器與其配套。蒸汽計量與流速和密度有關(guān)。因此測量過熱蒸汽時須帶溫度、壓力補償，測飽和蒸汽只須溫度補償即可。
6 結(jié)束語
如上所述，鹽城熱電有限公司以彎管流量計改造熱電機(jī)組的一抽出口蒸汽計量，取得了顯著成效。彎管流量計與傳統(tǒng)的孔板流量計、新崛起的渦街流量計相比有的優(yōu)點，是取代老式孔板流量計的“綠色工業(yè)計量產(chǎn)品"，我們認(rèn)為市場發(fā)展前景很大，值得大力宣傳推廣與應(yīng)用。
［參考文獻(xiàn)］
［1］李志，等．彎管流量計的研究和應(yīng)用［J］．計量學(xué)報，2003，（3）：189-192
［2］李志，等．工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭彎管流量計研究［J］．計量技術(shù)，1994，（6）：23-24
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