李智慧

摘 要：根據(jù)中國(guó)石化洛陽(yáng)石化公司蒸汽差率大產(chǎn)生的原因，本文提出了計(jì)量器具全過(guò)程管理的具體做法和使用雙向流量計(jì)消除蒸汽系統(tǒng)工藝盲點(diǎn)的思路，探討了節(jié)能減排新形勢(shì)下企業(yè)蒸汽計(jì)量管理再上新臺(tái)階的設(shè)想。

關(guān)鍵詞：蒸汽;差率;計(jì)量;準(zhǔn)確性

中圖分類(lèi)號(hào)：TH814文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）02-0123-04

Research on Methods of Improving the Accuracy of Steam Measurement

LI Zhihui

（Sinopec Luoyang Petrochemical Company，Luoyang Henan 471012）

Abstract： According to the reason for the large steam difference of Sinopec Luoyang Petrochemical Company， this paper proposed the specific method of the whole process management of measuring instruments and the idea of using two-way flowmeter to eliminate the blind spots of the steam system， and discussed the idea of enterprise steam metering management to a new level under the new situation of energy saving and emission reduction.

Keywords： steam;difference rate;measure;veracity

中國(guó)石化洛陽(yáng)石化公司（簡(jiǎn)稱(chēng)洛陽(yáng)石化）低壓蒸汽供汽方共有10個(gè)界區(qū)，用汽方共有20個(gè)界區(qū)（冬季采暖用汽單位不計(jì)），共有99塊蒸汽計(jì)量表。中壓蒸汽供汽方共有6個(gè)界區(qū)，用汽方共有18個(gè)界區(qū)，共有58塊蒸汽計(jì)量表。

1 企業(yè)蒸汽能源計(jì)量現(xiàn)狀

蒸汽計(jì)量由各單位提報(bào)數(shù)據(jù)到MES系統(tǒng)，檢驗(yàn)計(jì)量中心數(shù)據(jù)管理崗位進(jìn)行合理還原后，每月發(fā)布一次用能情況。2020年1—7月，洛陽(yáng)石化中低壓蒸汽綜合差率情況如表1所示。

從表1可以看出，洛陽(yáng)石化蒸汽綜合差率為5%左右，隨著節(jié)能減排工作的深入開(kāi)展，人們需要進(jìn)一步提高計(jì)量準(zhǔn)確性，減少差量，降低差率。

2 提高蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確性的辦法

蒸汽差率大的原因主要有兩點(diǎn)，一是蒸汽計(jì)量器具測(cè)量誤差大，二是蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)量存在盲點(diǎn)[1-2]。

2.1 加強(qiáng)計(jì)量器具全過(guò)程管理，提高計(jì)量準(zhǔn)確性

2.1.1 做好計(jì)量器具選型，減小測(cè)量誤差。流量計(jì)的初步選型要根據(jù)工藝參數(shù)、運(yùn)行環(huán)境、所測(cè)介質(zhì)等情況綜合考慮，使配置的流量計(jì)準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、測(cè)量范圍及分辨率滿(mǎn)足測(cè)量點(diǎn)的要求，并且設(shè)備性能可靠，易于維修，安裝方便[3]。選擇合適的計(jì)量器具是提高計(jì)量準(zhǔn)確性的前提，幾種常用蒸汽流量計(jì)的特點(diǎn)如表2所示。

2.1.2 保證計(jì)量器具在適當(dāng)?shù)墓r條件下運(yùn)行，提高蒸汽測(cè)量的準(zhǔn)確性。不合適的工況條件主要是指工藝參數(shù)提報(bào)得不準(zhǔn)確或工藝條件變化后新的工藝條件不能滿(mǎn)足原流量計(jì)的計(jì)量要求和計(jì)量器具參數(shù)不合適，這兩種情況會(huì)使蒸汽計(jì)量表測(cè)量不到數(shù)據(jù)或者測(cè)得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

工藝條件不能滿(mǎn)足原流量計(jì)的計(jì)量要求時(shí)，平時(shí)比較常見(jiàn)的是計(jì)量不準(zhǔn)確、超程或無(wú)流量，2015年大檢修期間，某裝置新上水表計(jì)量確認(rèn)時(shí)，流量計(jì)無(wú)流量顯示，對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況，就對(duì)裝置提報(bào)的工藝參數(shù)重新核對(duì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提報(bào)的工藝流量是120 t/h，設(shè)計(jì)部門(mén)據(jù)此進(jìn)行計(jì)量器具的選型。實(shí)際上，大檢修后，由于工藝線路變化，該管線只有8～10 t/h的流量，流速太小造成流量計(jì)測(cè)量不到流量，僅此一項(xiàng)，對(duì)全廠新鮮水的差率影響約為0.6%。

計(jì)量器具參數(shù)不合適對(duì)準(zhǔn)確度的影響很大，下面對(duì)節(jié)流式蒸汽流量計(jì)進(jìn)行分析。節(jié)流式流量計(jì)用于蒸汽計(jì)算的實(shí)用公式為：

[qm=C1-β4επ4d22ΔPρ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[qm]為質(zhì)量流量，kg/s;[C]為流出系數(shù);[β]為直徑比，即[d/D];[ε]為流束膨脹性系數(shù);[ΔP]為差壓，Pa;[ρ]為流體密度，kg/m3;[d]為工作條件下節(jié)流件的孔徑，mm;[D]為工作條件下上下游管道內(nèi)徑，mm。

這里的流出系數(shù)指的是通過(guò)節(jié)流裝置的實(shí)際流量值與理論流量值的比值，將它應(yīng)用到理論流量方程中以獲得實(shí)際的流量。對(duì)于給定的節(jié)流裝置，流出系數(shù)是雷諾數(shù)的函數(shù)，在一定的工藝條件下，[C]值是一個(gè)固定值。在大多數(shù)智能二次儀表或DCS中，人們都將流出系數(shù)按常數(shù)進(jìn)行流量計(jì)算，但圖1中（以法蘭取壓孔板為例），雷諾數(shù)[ReD]≥104時(shí)，流出系數(shù)[C]和雷諾數(shù)[ReD]的關(guān)系才進(jìn)入線性區(qū)，才能將流出系數(shù)[C]視為常數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)[ReD]<104時(shí)，誤差是顯而易見(jiàn)的。這將造成蒸汽計(jì)量測(cè)量的較大誤差。這種誤差隱蔽性很強(qiáng)，差量小時(shí)不太容易發(fā)現(xiàn)，往往在差量變大或進(jìn)行計(jì)量確認(rèn)時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

2.1.3 優(yōu)選具有溫壓補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)，提高蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確性。無(wú)論是差壓式蒸汽流量計(jì)還是渦街蒸汽流量計(jì)，都是速度式流量計(jì)，測(cè)的都是介質(zhì)的體積，中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司蒸汽默認(rèn)按噸進(jìn)行計(jì)量，蒸汽的質(zhì)量流量等于體積流量乘以密度，因此，人們需要得到準(zhǔn)確性較高的蒸汽密度。

蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，沒(méi)有固定的密度，其密度隨壓力和溫度而變化，壓力越大，蒸汽的密度越大，溫度越高，蒸汽密度越小。

經(jīng)過(guò)查尋相關(guān)表格，同樣是0.3 MPa的蒸汽，150 ℃時(shí)的密度為2.12 kg/m3，180 ℃時(shí)為1.96 kg/m3，其差率為（2.12-1.96）/2.12×100%=7.55%;同樣是220 ℃的蒸汽，1.15 MPa時(shí)的密度為5.84 kg/m3，0.90 MPa時(shí)為4.61 kg/m3，其差率為（5.84-4.61）/5.84×100%=21.06%。

由此可知，對(duì)于確定的蒸汽流量計(jì)，蒸汽密度準(zhǔn)確性直接決定著蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確性，在蒸汽壓力和溫度經(jīng)常變化的條件下工作，采取合適的溫度壓力補(bǔ)償措施，是準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量的關(guān)鍵影響因素。

2016年，洛陽(yáng)石化對(duì)內(nèi)部蒸汽計(jì)量器具進(jìn)行排查，7月份給36臺(tái)蒸汽表增加了溫壓補(bǔ)償。一是對(duì)原計(jì)量表帶有溫度壓力測(cè)點(diǎn)的表計(jì)，在組態(tài)中將溫度壓力補(bǔ)償加入進(jìn)來(lái);二是對(duì)原計(jì)量表未帶有溫度壓力測(cè)點(diǎn)，但有工程師站或流量計(jì)算器的表計(jì)，抽取能代表其工況的溫度壓力參數(shù)進(jìn)行組態(tài)，作為權(quán)宜之計(jì);三是對(duì)不具備加入溫壓補(bǔ)償?shù)谋碛?jì)，內(nèi)置合適的工藝參數(shù)。還有小部分早期的表計(jì)，如發(fā)變電5#機(jī)的中壓蒸汽流量計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)只有一塊老舊的孔板流量計(jì)，既沒(méi)有接入DCS，也沒(méi)有流量計(jì)算器，不具備組態(tài)條件，仍然處于沒(méi)有溫壓補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)。

經(jīng)過(guò)上述工作后，流量計(jì)顯示流量有一定變化，某裝置原產(chǎn)汽計(jì)量表無(wú)溫壓補(bǔ)償，產(chǎn)汽量未14 t/h左右，增加溫壓補(bǔ)償后，產(chǎn)汽量降至12 t/h，合每月減少差量1 000多噸，對(duì)蒸汽差率貢獻(xiàn)0.2%左右。

洛陽(yáng)石化整體蒸汽差率也有一定幅度下降，具體情況如表3所示，低壓蒸汽差率下降2%左右，高壓蒸汽差率下降1%左右。

2.1.4 按規(guī)范安裝計(jì)量器具，提高蒸汽測(cè)量的準(zhǔn)確度。渦街式蒸汽流量計(jì)或差壓式蒸汽流量計(jì)主要針對(duì)的是上下游直管段的要求，一般是前10[D]（[D]為上下游管道內(nèi)徑）后5[D]，或遵循廠家提供的要求，有閥門(mén)彎管變徑時(shí)，另有要求。若直管段不足，則會(huì)導(dǎo)致流體中存在旋渦和剖面畸變，造成計(jì)量不準(zhǔn)確。另外，安裝要對(duì)中，沒(méi)有扭力。渦街式蒸汽流量計(jì)不安裝在震動(dòng)或強(qiáng)電磁環(huán)境中。上述情況造成的計(jì)量誤差不容易發(fā)現(xiàn)，也不容易定量驗(yàn)證，所以，要嚴(yán)格按規(guī)范要求執(zhí)行。

2.1.5 加強(qiáng)多專(zhuān)業(yè)聯(lián)合巡查，確保計(jì)量器具穩(wěn)定運(yùn)行。計(jì)量器具是一種特殊的設(shè)備，其巡查應(yīng)遵從其內(nèi)在的規(guī)律。對(duì)于常規(guī)的設(shè)備，人們可以通過(guò)流量、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、壓差和震動(dòng)等參數(shù)，大致判斷出其運(yùn)行工況，而對(duì)于計(jì)量器具來(lái)說(shuō)，在其各項(xiàng)參數(shù)都正常的情況下，輸出的數(shù)據(jù)未必是準(zhǔn)確的。比如，雖然水表計(jì)量器具完好，但是工藝條件變化會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。

2020年5月15日，洛陽(yáng)石化中壓蒸汽消耗突然增大，如圖2所示。經(jīng)了解，工藝上并未做大的調(diào)整，器具管理人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)下雨造成引壓管積液，這使測(cè)得的壓差增大，從而造成測(cè)量值增大。

排積液后計(jì)量正常，后對(duì)該流量計(jì)增加雨棚處理（見(jiàn)圖3），以防同類(lèi)故障再次發(fā)生。

這些故障會(huì)造成計(jì)量不準(zhǔn)確，單一專(zhuān)業(yè)人員也不容易發(fā)現(xiàn)處理，若數(shù)據(jù)管理、器具管理、工藝管理多專(zhuān)業(yè)聯(lián)合檢查，則利于故障的發(fā)現(xiàn)和排除，使計(jì)量器具運(yùn)行在合適的工況，以保證計(jì)量準(zhǔn)確可靠。

2.2 加強(qiáng)蒸汽系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管理，減小蒸汽系統(tǒng)差量

通過(guò)2015年和2019年兩次大檢修增上（或更新）了一部分蒸汽計(jì)量表，目前，蒸汽計(jì)量均配有計(jì)量器具，但仍存在幾處計(jì)量盲點(diǎn)，這里所說(shuō)的盲點(diǎn)主要指生產(chǎn)情況變化形成的無(wú)法計(jì)量或無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量的測(cè)點(diǎn)。比如，洛陽(yáng)石化某裝置正常生產(chǎn)時(shí)，裝置需要消耗1.0 MPa蒸汽，同時(shí)，其汽輪機(jī)背壓也產(chǎn)生1.0 MPa蒸汽，這樣，裝置所用1.0 MPa蒸汽由汽輪機(jī)背壓供給，多余蒸汽送入1.0 MPa蒸汽管網(wǎng)，若裝置用蒸汽量（1.0 MPa）大于產(chǎn)汽量，則由管網(wǎng)補(bǔ)入。該蒸汽計(jì)量表只能計(jì)量送入蒸汽管網(wǎng)的蒸汽量，無(wú)法計(jì)量管網(wǎng)補(bǔ)入的量，這就形成了計(jì)量盲點(diǎn)。

下面分析計(jì)量盲點(diǎn)測(cè)量現(xiàn)狀。計(jì)量盲點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理方面，洛陽(yáng)石化一般根據(jù)生產(chǎn)情況或相關(guān)計(jì)量表進(jìn)行估算，此外還有如下測(cè)量方法。

2.2.1 流量計(jì)并聯(lián)進(jìn)行雙向測(cè)量。洛陽(yáng)石化某裝置的蒸汽計(jì)量示意圖如圖4所示，當(dāng)蒸汽從左往右由管網(wǎng)進(jìn)入裝置時(shí)，閥V1關(guān)閉，V2打開(kāi)，流量計(jì)FIQ01進(jìn)行計(jì)量;蒸汽從右往左進(jìn)入管網(wǎng)時(shí)，閥V2關(guān)閉，V1打開(kāi)，流量計(jì)FIQ02進(jìn)行計(jì)量。這樣在切換閥門(mén)的配合下實(shí)現(xiàn)雙向流量測(cè)量。

這樣的設(shè)計(jì)并不理想。原因有兩個(gè)，一是投資成本增加，二是當(dāng)存在蒸汽雙向流時(shí)，往往是開(kāi)停工階段或生產(chǎn)不正常的情況，這時(shí)，蒸汽流動(dòng)方向不確定，而且現(xiàn)場(chǎng)是DN350的管線，閥門(mén)位于在數(shù)米高的管廊上，閥門(mén)較大，再加入生產(chǎn)異常情況下人手較緊，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的雙向計(jì)量不太現(xiàn)實(shí)。

2.2.2 串聯(lián)流量計(jì)進(jìn)行雙向測(cè)量。洛陽(yáng)石化某裝置的蒸汽計(jì)量示意圖如圖5所示，兩個(gè)孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)采用反向串聯(lián)連接。它不需要切換閥門(mén)，管路也很簡(jiǎn)化，當(dāng)蒸汽從左側(cè)由管網(wǎng)進(jìn)入裝置時(shí)，F(xiàn)IQ01進(jìn)行計(jì)量，當(dāng)蒸汽從右側(cè)由裝置送入管網(wǎng)時(shí)，F(xiàn)IQ02計(jì)量。

這樣的設(shè)計(jì)仍不理想，一是同樣存在投資成本增加的問(wèn)題，二是蒸汽經(jīng)過(guò)兩次節(jié)流的壓力損失成倍增加，而壓力損失實(shí)際上就是能量損失，三是該方案是兩套獨(dú)立的流量計(jì)，當(dāng)FIQ01正常測(cè)量時(shí)，F(xiàn)IQ02則顯示值，反之亦然，且兩臺(tái)流量計(jì)算器之間缺少協(xié)調(diào)，需要手工進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)量準(zhǔn)確度不可靠，目前處于停用狀態(tài)。

2.2.3 雙向測(cè)量流量計(jì)測(cè)量雙向流效果好。雙向測(cè)量流量計(jì)采用特殊的孔板（或差壓?jiǎn)卧谡磧蓚€(gè)方向各設(shè)置一個(gè)差壓變送器，測(cè)量正、反向蒸汽流量，正反向流量測(cè)量各配置一臺(tái)流量計(jì)算機(jī)（流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元）實(shí)現(xiàn)蒸汽流量的雙向測(cè)量。

這種測(cè)量方式實(shí)現(xiàn)雙向準(zhǔn)確測(cè)量的同時(shí)，避開(kāi)了切換閥門(mén)的不便，也避開(kāi)了壓力損失，資料顯示，其在兄弟廠家使用效果較好。

圖6、圖7為某單位重油催化裝置開(kāi)工趨于正常時(shí)1.0 MPa蒸汽管路上雙向測(cè)量流量計(jì)的流量趨勢(shì)。圖片顯示，時(shí)間為17：10：05時(shí)，蒸汽流量由輸入方式轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龇绞綍r(shí)的自由切換，這是人為切換無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，它有效解決了雙向流蒸汽準(zhǔn)確計(jì)量的問(wèn)題。

目前，洛陽(yáng)石化2#重整裝置低壓蒸汽計(jì)量雙向測(cè)量流量計(jì)正處于采購(gòu)階段。

3 結(jié)論

做好計(jì)量器具從選型、安裝、計(jì)量確認(rèn)到報(bào)廢的全過(guò)程的管理是提高蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確性和降低差率的基礎(chǔ)。同時(shí)，使用雙向流量計(jì)是解決洛陽(yáng)石化蒸汽系統(tǒng)工藝盲點(diǎn)的有效辦法。目前，洛陽(yáng)石化蒸汽采用質(zhì)量（單位為t或kg）計(jì)量，急需加強(qiáng)蒸汽計(jì)量管理。比如，因各種原因，中壓蒸汽供到各單位時(shí)，其溫度壓力不盡相同，而人們均按質(zhì)量和統(tǒng)一的能耗系數(shù)進(jìn)行核算，實(shí)際上，等質(zhì)量不同狀態(tài)下的蒸汽含有的熱能相差很大。例如，在壓力為3.6 MPa、溫度為450 ℃的條件下，每千克過(guò)熱蒸汽所含的熱能為3 336.6 kJ;在壓力3.3 MPa、溫度為390 ℃的條件下，每千克過(guò)熱蒸汽所含的熱能為3 204.6 kJ，二者相差4.1%。也就是說(shuō)，一臺(tái)汽輪機(jī)在消耗相同質(zhì)量的蒸汽時(shí)，如果蒸汽狀態(tài)變化，它消耗的能量就不相等，現(xiàn)在實(shí)際使用蒸汽時(shí)，溫度和壓力都有一定的變化，其焓值也會(huì)有差別，僅用消耗蒸汽質(zhì)量來(lái)評(píng)價(jià)用能單位或用能設(shè)備的耗能，不夠客觀，忽略了蒸汽本身質(zhì)量好壞的因素。蒸汽按熱能計(jì)量，并不需要太大的投資，依托洛陽(yáng)石化目前已配備的計(jì)量器具，投入較小資金即可完成。對(duì)于洛陽(yáng)石化近幾年增上或更新的計(jì)量器具，后臺(tái)增加計(jì)算軟件即可，老一些的計(jì)量表需要增加溫度計(jì)量和計(jì)量計(jì)算器。

目前，冬季供暖方面，洛陽(yáng)石化供應(yīng)的熱水已經(jīng)采用熱能表進(jìn)行計(jì)量，該計(jì)量表可以同時(shí)顯示供水量、供水溫度、回水溫度和所供熱能，2019—2020年冬季的使用表明，其應(yīng)用效果較好。

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