能源工作在近 20 年來倍受國內外各界的廣泛重視, 并逐漸成為各行業不可或缺的重要部分 。能源計量是能源工作的重中之重, 它能直接體現出能源的消耗和經濟效益。本文介紹華北制藥股份有限公司能源計量監測管理系統中流量檢測儀表的設計選型及應用。

 

　　華北制藥股份有限公司能源計量監測管理系統是能源計量的集中監測管理系統。本系統中檢測儀表的設計選型 , 對系統數據的準確性和可靠性起著主要的作用, 是系統的重要組成部分。 本公司生產過程中使用大量的一次能源和二次能源 (轉化能源), 包括過熱蒸汽 、 上水、 壓縮空氣 、 氮氣 、 冷鹽水 、 冷媒水 、 循環水等諸多介質。進行正確的計量、 檢測和有效的管理 , 是節能降耗提高經濟效益的重要手段。

 

　　下面對能源計量的儀表選型及應用做一分析 。

　　1、選型的原則流量計選型是指按照生產要求：

 

　　從儀表產品供應的實際情況出發 , 綜合地考慮測量的安全準確和經濟性, 并根據被測流體的性質及流動情況確定流量取樣裝置的方式和測量儀表的形式和規格。流量測量的安全可靠 , 首先是測量方式可靠,即取樣裝置在運行中不會發生機械強度或電氣回路故障而引起事故 ;二是測量儀表無論在正常生產或故障情況下都不致影響生產系統的安全 。

 

　　例如 , 對發電廠高溫高壓主蒸汽流量的測量, 其安裝于管道中的一次測量元件必須牢固 , 以確保在高速汽流沖刷下不發生機構損壞 。因此 , 一般都優先選用標準節流裝置, 而不選用懸臂梁式雙重喇叭管或插入式流量計等非標準測速裝置 , 以及結構強度低的靶式、 渦輪流量計等 。燃油電廠和有可燃性氣體的場合, 應選用防爆型儀表。

 

　　在保證儀表安全運行的基礎上 , 力求提高儀表的準確性和節能性 。為此, 不僅要選用滿足準確度要求的顯示儀表, 而且要根據被測介質的特點選擇合理的測量方式 。發電廠主蒸汽流量測量 , 由于其對電廠安全和經濟性至關重要 , 一般都采用成熟的標準節流裝置配差壓流量計 , 化學水處理的污水和燃油分別屬臟污流和低雷諾數粘性流, 都不適用標準節流件。對臟污流一般選用圓缺孔板等非標準節流件配差壓計或超聲多普勒式流量計, 而粘性流可分別采用容積式 、 靶式或楔形流量計等。水輪機入口水量、 凝汽器循環水量及回熱機組的回熱蒸汽等都是大管徑 (400mm 以上)的流量測量參數 , 由于加工制造困難和壓損大,一般都不選用標準節流裝置。根據被測介質特性及測量準確度要求, 分別采用插入式流量計 、 測速元件配差壓計、 超聲波流量計, 或采用標記法 、 模擬法等無能損方式測流量 。

 

　　為保證流量計使用壽命及準確性, 選型時還要注意儀表的防振要求。在濕熱地區要選擇濕熱式儀表。正確地選擇儀表的規格, 也是保證儀表使用壽命和準確度的重要一環 。應特別注意靜壓及耐溫的選擇。

 

　　儀表的靜壓即耐壓程度, 它應稍大于被測介質的工作壓力 , 一般取 1.25 倍 , 以保證不發生泄漏或意外。量程范圍的選擇 , 主要是儀表刻度上限的選擇。選小了, 易過載 , 損壞儀表;選大了, 有礙于測量的準確性 。一般選為實際運行中***大流量值的 1.2 ～1.3 倍 。

 

　　安裝在生產管道上長期運行的接觸式儀表, 還應考慮流量測量元件所造成的能量損失 。一般情況下,在同一生產管道中不應選用多個壓損較大的測量元件, 如節流元件等。

 

　　總之 , 沒有一種測量方式或流量計對各種流體及流動情況都能適應的 , 不同的測量方式和結構, 要求不同的測量操作 、 使用方法和使用條件 , 每種型式都有它特有的優缺點。因此 , 應在對各種測量方式和儀表特性作全面比較的基礎上選擇適于生產要求的 , 既安全可靠又經濟耐用的***佳型式。

　　2、流量測量儀表的應用：

 

　　常用的流量測量儀表 , 有節流式差壓流量計 、 渦街流量計 、 電磁流量計、 超聲波流量計 、 金屬管浮子流量計等多種形式。根據以上準則并結合本公司生產用能 (介質)和管理特點 , 對流量計設計選型作如下考慮:

 

　　(1)流量計測量精度選擇, 按貿易結算精度要求, 在滿足測量的條件下 , 選擇合適精度及結構型式的流量計 , 并考慮流量補償方式;

 

　　(2)流量計結構型式選擇, 在滿足測量的條件下, 選用經濟型的且同一種測量介質盡量選用相同型式的流量計;

 

　　(3)流量計信號接口選擇 , 帶輸出接口 , 信號為統一標準信號 4 ～ 20m A DC (1 ～ 5V DC);

 

　　(4)流量計安裝方式選擇, 利于選擇安裝位置(水平方式 、 垂直方式), 維護簡單 、 工作量小, 利于檢修 、 檢定 (在線)。

 

　　2.1、蒸汽計量系統采：

 

　　用孔板式差壓流量計, 配置溫度 、 壓力信號補償。由于蒸汽系統介質干凈, 系統對壓力損失要求不太高 , 屬于一次外購能源 , 結算級別較高, 故采用此種流量計 。測量中蒸汽密度受溫度 、 壓力影響, 為一變量 , 為了準確測量 , 需對密度進行補償計算。根據以上確定的算法原則 , 對于無需補償的流量計來說,其流量計 (輸出特性為線性 、 非線性)的輸出值 4 ～20m A DC 與其量程的***小值和***大值成線性或開方關系 , 很容易得到瞬時流量。

 

　　而對于需要進行補償的流量計算來說, 其流量計得到的瞬時流量為補償前流量, 要得到補償后流量, 應首先確定密度 (ρ)值再通過數學算法得到流量。一般算法的數學模型, 均可以用數學公式直接表述 (無需補償、 需要補償), 但蒸汽 (過熱蒸汽 、 補償)的數學算法難以用較理想的數學模型 (數學公式)表述, 其中關鍵為密度值 。較成熟的為 “ 經驗公式 (密度)” ρ=190.89p/ (t -1.814p +222.6) (當壓力 p 在 200 ～ 2500k Pa ,溫度 t 在 150 ℃～ 420 ℃時的低壓過熱蒸汽密度), 相對誤差為 1 %。為保證計量的精度, 決定采用 “查表法” 求蒸汽密度 , 再計算補償流量 。此法將極大地提高計量精度 (準確度可達 0.2 級), 達到了較理想的水平 。

 

　　2.2、上水計量系統采：

 

　　用孔板式差壓流量計, 溫度 、 壓力不補償 。由于上水較純凈, 介質密度受溫度、 壓力影響較小 , 計量中可忽略, 且能滿足計量精度要求, 而直接用流量計的測量數值。

 

　　2.3 、壓縮空氣 (氮氣)系統：

 

　　采用孔板式差壓流量計, 溫度 、 壓力補償, 以標況狀態下流量單位計量。由于空氣系統介質干凈 , 運行工況較穩定, 故采用此種流量計 。

 

　　2.4 、冷鹽水 (冷媒水)計量系統：

 

　　采用電磁流量計 , 溫度、 壓力不補償。由于冷鹽水有一定的腐蝕性和介質溫度較低 , 流量計測量電極和內襯采用了抗腐蝕 、 耐低溫結構形式 , 由于結算按冷量計算 , 需配置溫度檢測裝置, 測量供水 、 回水溫度, 由流量和溫差 (供水 、 回水)計算出冷量。溫度測量, 采用熱電阻 (Pt100)和溫度變送器形式。由于測量點在室外管道上, 檢測介質溫度和外部環境溫差較大, 為防止熱電阻護套內結冷凝水 , 采用隔爆鎧裝式熱電阻, 溫度變送器采用智能可編程型 , 以適應不同的溫度測量 。同時, 為了減少計量誤差 , 對熱電阻的誤差特性要求進行篩選配對, 溫度變送器誤差特性同向配對 , 以使溫度測量后所得溫差值的誤差***小, 提高了計算結果的精度。

 

　　2.5 、循環水計量系統：

 

　　采用插入式超聲波流量計 (固定安裝方式),溫度 、 壓力不補償。 因為循環水為重復利用水系統, 水中含有部分雜質 (微生物等), 易在管道內附著和沉積, 管道尺寸普遍較大 , 且系統為連續運行。此種流量計適用于在系統不停運的情況下 , 進行安裝調試, 且維護 、 檢定方便 , 以使流量計運行穩定 。遵從上述設計選型原則, 分期對在用 (新增)的210 個流量計量檢測點的儀表配置進行了更新改造 ,基本達到了能源一級 、 二級計量配備指標, 滿足了公司對外和內部計量結算的要求 。

 

　　各計量系統 (不同檢測介質)儀表運行良好, 實現了準確計量, 對各生產單位能耗實行獨立核算 , 做到科學考核 , 合理用能,節能降耗 。并為今后實現數據聯網 、 資源共享 (采用計算機管理系統), 進一步提升能源管理水平提供了技術基礎 。