葉志剛

(北京燕山石油化工分公司，北京 102500)

過(guò)熱蒸汽是各化工生產(chǎn)裝置最常見(jiàn)的動(dòng)力能源。蒸汽的準(zhǔn)確計(jì)量是企業(yè)進(jìn)行成本核算、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗及安全環(huán)保等工作的基礎(chǔ)。隨著公司專(zhuān)業(yè)化重組的深入，統(tǒng)計(jì)調(diào)查中心對(duì)蒸汽計(jì)量的完善工作更加細(xì)致，蒸汽計(jì)量的全面性和準(zhǔn)確性逐步提高。差壓式流量計(jì)在東區(qū)蒸汽計(jì)量?jī)x表總量中占60%，尤其對(duì)于大口徑，高溫、高壓的蒸汽輸送，幾乎全部使用差壓式流量計(jì)。隨著冬季的到來(lái)，差壓式蒸汽計(jì)量?jī)x表的投用和防凍等工作尤為突出。

1 差壓法工作原理

蒸汽的質(zhì)量計(jì)量通常是通過(guò)測(cè)量蒸汽流過(guò)節(jié)流件時(shí)兩邊產(chǎn)生的差壓來(lái)進(jìn)行間接測(cè)量的，蒸汽流量的測(cè)量以由節(jié)流件孔板、噴嘴、文丘里管組成的差壓流量計(jì)為主，加以溫壓補(bǔ)償通過(guò)流量計(jì)算機(jī)計(jì)算出質(zhì)量。下面以孔板測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量為例介紹差壓法流量計(jì)工作原理，從國(guó)標(biāo) GB/T 2624—1993 知蒸汽質(zhì)量計(jì)算公式為

(1)

式中：qm——質(zhì)量流量，kg/s;C——流出系數(shù);d——工作條件下節(jié)流件的節(jié)流孔直徑，m;β——直徑比，β=d/D;D——工作條件下管道內(nèi)徑,m;ε——可膨脹性系數(shù); Δp——差壓，Pa;ρ1——流體密度,kg/m。

由式(1)可以看出,若把C，ε，β，d都看作常數(shù)時(shí)，那么Δp和蒸汽在該狀態(tài)下的ρ1成為計(jì)算qm的決定性因素,若Δp和ρ1任何一個(gè)測(cè)量產(chǎn)生偏差，其蒸汽質(zhì)量流量計(jì)算就會(huì)產(chǎn)生較大誤差,下面對(duì)該誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

當(dāng)流體參數(shù)如雷諾數(shù)、溫度、壓力、黏度等與節(jié)流件設(shè)計(jì)參數(shù)一致時(shí),qm與Δp的平方根成正比,然而實(shí)際流體的工作狀態(tài)總是在變化的。因此，qm不僅與Δp有關(guān)，還受其他參數(shù)變化的影響，只有當(dāng)流體工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)差別不大，可以近似認(rèn)為qm=KΔp,K為常數(shù)。當(dāng)流體工作狀況與設(shè)計(jì)狀況偏差較大或者雖然不大但需要較精確計(jì)量時(shí)，就必須知道實(shí)際狀況下各參數(shù)的值,以精確計(jì)算qm。

2 影響質(zhì)量流量測(cè)量的因素

2．1 差壓的測(cè)量及其誤差

在蒸汽的計(jì)量中,Δp的測(cè)量由差壓計(jì) (包括差壓變送器)完成。隨著差壓計(jì)準(zhǔn)確度的提高,差壓計(jì)本身準(zhǔn)確度對(duì)差壓測(cè)量的影響極小, 正確安裝和使用差壓變送器以真實(shí)地反映差壓的大小,便成了應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題。

根據(jù)式(1)，在不考慮其他參數(shù)變化的情況下，當(dāng)差壓引起的誤差在±0．25%時(shí)，流量的誤差在±5%。當(dāng)差壓較小時(shí)，差壓的較小誤差或者差壓有較小的變化，就能引起流量較大的變化，即在小流量時(shí),差壓微小測(cè)量誤差將對(duì)流量測(cè)量造成較大的誤差。

針對(duì)零點(diǎn)不準(zhǔn)確的情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。在工藝準(zhǔn)許的情況下，通過(guò)關(guān)閉正負(fù)取壓閥，打開(kāi)平衡閥的方法檢查儀表的零點(diǎn)。對(duì)于一體化節(jié)流裝置，需保證儀表正負(fù)取壓室的隔離液或冷凝液的液位高度一致，在必要的情況下需檢查和添加隔離液。

在現(xiàn)場(chǎng)用手持通信器檢查儀表的量程，有1%以?xún)?nèi)的少量遷移現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由3051差變的按鈕調(diào)零引起的，因此在儀表的檢查調(diào)零中要盡量使用通信器調(diào)零，不用調(diào)零按鈕，避免量程的遷移現(xiàn)象發(fā)生。

2．2 密度的測(cè)量及其誤差

蒸汽密度ρ的測(cè)量，通常是通過(guò)測(cè)量溫度和壓力來(lái)間接測(cè)量的。實(shí)際測(cè)量中，溫度的測(cè)量值常常是偏低的，有時(shí)會(huì)低30～40 ℃，這主要是安裝不正確(如安裝位置、插入深度、保溫情況等)引起的。 而壓力的測(cè)量值常常是偏高的，有時(shí)高幾十甚至幾百千帕，這主要是由冷凝水產(chǎn)生的靜壓沒(méi)有消除引起的。

部分測(cè)量點(diǎn)由于蒸汽管線保溫破損、蒸汽溫度測(cè)量?jī)x表故障等因素引起蒸汽溫度指示的偏差。如僅考慮溫度對(duì)密度的影響，對(duì)于3．5 MPa蒸汽，溫度為300 ℃時(shí)，蒸汽密度為15．09 kg/m3，因溫變故障或保溫原因造成溫度偏高或偏低30 ℃，即溫度指示330 ℃或270 ℃時(shí)密度分別為14．03 kg/m3和16．45 kg/m3，依據(jù)式(1)計(jì)算，僅溫度偏差導(dǎo)致密度計(jì)算不準(zhǔn)確，給蒸汽的質(zhì)量流量造成的示值誤差分別為-3．6%和4．4%。

壓力測(cè)量?jī)x表的自校驗(yàn)可以保證壓力變送器準(zhǔn)確度在0．5級(jí)，但在部分壓力變送器引壓管從高空管廊引至地面表箱，由于引壓管中蒸汽凝液的存在，會(huì)造成壓力指示偏高。如引壓管中液柱高度在5 m，壓力指示偏高0．05 MPa。還以3．5 MPa蒸汽，溫度為300 ℃時(shí)為例，如因冷凝液柱的存在壓力指示為3．55 MPa，密度將指示為15．33 kg/m3。依據(jù)式(1)，因壓力偏高導(dǎo)致密度計(jì)算不準(zhǔn)確，給蒸汽的質(zhì)量流量造成的示值誤差為0．8%。

2．3 補(bǔ)償方式

根據(jù)式(1)可以看出，過(guò)熱蒸汽溫度、壓力、實(shí)際流量偏離設(shè)計(jì)值不僅導(dǎo)致密度的變化，也導(dǎo)致節(jié)流件C，ε等中間參數(shù)的改變。密度的計(jì)算公式應(yīng)按IFC1967公式或過(guò)熱蒸汽密度表查取，其他參數(shù)的改變計(jì)算亦十分復(fù)雜，在DCS中難以直接組態(tài)。

目前部分蒸汽計(jì)量中，補(bǔ)償仍直接在DCS中進(jìn)行，補(bǔ)償?shù)墓綖?/p>

(2)

式中： qm0——補(bǔ)償后質(zhì)量流量；qmi——補(bǔ)償前測(cè)量質(zhì)量流量；Ti——實(shí)際測(cè)量溫度；T0——理想狀態(tài)溫度；pi——實(shí)際測(cè)量壓力；p0——理想狀態(tài)壓力。

該公式為理想氣體的補(bǔ)償公式，過(guò)熱蒸汽為實(shí)際氣體時(shí)不能使用該公式，在《中石化企業(yè)計(jì)量設(shè)備配備指導(dǎo)意見(jiàn)》中也明文規(guī)定了這一點(diǎn)。

個(gè)別補(bǔ)償采用DCS廠家提供的簡(jiǎn)單補(bǔ)償公式，這類(lèi)公式在一些計(jì)量點(diǎn)補(bǔ)償尚可，在另一些計(jì)量點(diǎn)則誤差很大。要實(shí)現(xiàn)較為全面、準(zhǔn)確的補(bǔ)償，需要專(zhuān)門(mén)的流量計(jì)算機(jī)。采用差壓式測(cè)量的蒸汽計(jì)量的補(bǔ)償回路如圖1所示。

圖1 過(guò)熱蒸汽補(bǔ)償回路構(gòu)成示意

2．4 二次儀表參數(shù)設(shè)置

由于蒸汽用量是按噸結(jié)算，因此蒸汽密度的變化會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。蒸汽的密度隨著工況溫度、壓力的變化而變化，要求配套使用的二次儀表一定要具有對(duì)流量信號(hào)進(jìn)行溫度、壓力實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)墓δ堋．?dāng)配套使用的流量計(jì)為節(jié)流式流量計(jì)時(shí)，二次儀表還必須具有對(duì)ε和C的補(bǔ)償功能等，所以參數(shù)的設(shè)置至關(guān)重要。當(dāng)設(shè)計(jì)溫度壓力與實(shí)際溫度壓力不一致時(shí)，將導(dǎo)致測(cè)出的流量不能真實(shí)地反映其工作狀態(tài)下的實(shí)際流量，計(jì)量的準(zhǔn)確性無(wú)從談起。

3 減少誤差的方法

1) 盡可能選用準(zhǔn)確度較高的檢測(cè)儀表。壓力和溫度的準(zhǔn)確測(cè)量同樣不能忽視。溫度指示應(yīng)當(dāng)定期檢查，通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)指示是否準(zhǔn)確，對(duì)儀表故障要盡快消除。壓力變送器也應(yīng)定期校驗(yàn)，引壓管中凝液造成的壓力指示偏高問(wèn)題應(yīng)在變送器中作相應(yīng)的遷移處理。

2) 對(duì)節(jié)流件及檢測(cè)儀表應(yīng)定期檢定或校驗(yàn)，保證經(jīng)常處于完好狀態(tài)，并按要求灌裝隔離液。流量計(jì)零點(diǎn)檢查調(diào)校時(shí)盡量使用手持通信設(shè)備，不使用表體上的調(diào)零按鈕，那樣可能造成量程的少量遷移。

3) 測(cè)量設(shè)備要正確安裝，這里包括導(dǎo)壓管及閥門(mén)的正確安裝，否則準(zhǔn)確度再高的儀表也無(wú)法得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

4) 蒸汽的補(bǔ)償應(yīng)當(dāng)使用專(zhuān)門(mén)的流量計(jì)算機(jī)補(bǔ)償方式，比在DCS中用簡(jiǎn)單公式組態(tài)進(jìn)行補(bǔ)償要準(zhǔn)確，建議有條件的盡可能利用流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償。

5) 通過(guò)蒸汽平衡核算關(guān)系對(duì)蒸汽計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。加強(qiáng)對(duì)各單位能耗數(shù)據(jù)的考核,切實(shí)將能耗指標(biāo)落實(shí)到各單位，促使各單位節(jié)能降耗、加強(qiáng)管理,定期發(fā)布真實(shí)的能耗計(jì)量數(shù)據(jù)。充分利用信息化技術(shù)，通過(guò)蒸汽平衡核算關(guān)系對(duì)蒸汽計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，強(qiáng)化計(jì)量數(shù)據(jù)管理。將數(shù)采數(shù)據(jù)與班組日常巡檢數(shù)據(jù)相互比對(duì)印證，既保證了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確又為儀表維護(hù)人員提供了方便，也避免了計(jì)量抄表員的誤抄誤報(bào)，同時(shí)可以利用數(shù)采隨時(shí)跟蹤所有計(jì)量?jī)x表的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，以便減少計(jì)量損失。

6) 建議加強(qiáng)計(jì)量人員培訓(xùn)，強(qiáng)化能源計(jì)量的現(xiàn)場(chǎng)管理。分級(jí)分層作好人員培訓(xùn)： 針對(duì)管理層進(jìn)行計(jì)量法律法規(guī)、能源計(jì)量管理要求等方面的培訓(xùn); 對(duì)技術(shù)員、檢定員、儀表專(zhuān)業(yè)維護(hù)人員定期進(jìn)行計(jì)量專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、生產(chǎn)過(guò)程能源控制、安裝技巧和操作技能、測(cè)量設(shè)備的檢定/校準(zhǔn)等方面培訓(xùn)。

7) 同時(shí)希望在蒸汽計(jì)量的方法上加以改進(jìn)。從傳統(tǒng)的質(zhì)量計(jì)量到熱量計(jì)量的轉(zhuǎn)變，更為直觀準(zhǔn)確地體現(xiàn)一個(gè)單位的能耗情況，更準(zhǔn)確更便捷地服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)際。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，正確的儀表選型是準(zhǔn)確計(jì)量的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的密度補(bǔ)償方法是準(zhǔn)確計(jì)量的關(guān)鍵，規(guī)范的檢定與測(cè)試是準(zhǔn)確計(jì)量的依據(jù)，嚴(yán)密的安裝調(diào)試過(guò)程是準(zhǔn)確計(jì)量的保證，現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)管理模式是準(zhǔn)確計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)。蒸汽計(jì)量及平衡存在的問(wèn)題還有很多，提高蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確性的工作任重道遠(yuǎn)，還需從事該項(xiàng)工作的技術(shù)管理人員堅(jiān)持不懈的努力。

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