供热电厂蒸汽流量仪表的改造探讨

供热电厂蒸汽流量仪表的改造探讨

宋俊

丽水杭丽热电有限公司

摘要：我国很多产业利用到了蒸汽作为能源来源，蒸汽流量测量的真实性和精准性对于供热电厂成本核算至关重要，对其正常运营和效益提升同等重要。蒸汽能源本身并不稳定，容易受到很多条件的影响，想要精准获得流量数据就需要供热电厂付出更多的精力，不断提高检测技术。我热电公司建立于2011年，供热时间已经达到11年，其热网流量损耗常年处于较大的状态，为了降低公司的供热损失，该公司在2020年对蒸汽流量仪表进行了二次改造，经过一段时间应用后发现，二次改造确实有效减少了流量损耗并在精确度提升发挥了极佳的效果。本文首先分析了我公司蒸汽流量仪表应用中的问题，并分析了问题产生的原因，之后分析了某两种流量仪表的应用效果，最后给出了具体的改造手段并评价了获得的效果。从而给从事蒸汽流量仪表故障排查和改造人员一点支持。

关键词：蒸汽流量仪表；孔板差压；涡街；选型

1存在问题及原因分析

（1）区域内小流量用户多，损耗高

这一区域为综合商业区，除了酒店、商场外，还包括印染厂和服装生产厂等，据不完全统计，该地区应用蒸汽的公司达到100户以上。在这些公司中，多数为小流量且使用偏间断的商户。虽然供热厂采取措施减少了管损，但是蒸汽流量损耗依然非常可观，达到15％右。

（2）管线距离长，容量利用率低，损耗大

该地区的蒸汽流量仪表为孔板差压式表，其量程较窄且落后，仪表中没有湿度补偿的功能，同时难以精准计算蒸汽用量。但是该地区用户多为小流量且间断，所以当小用户蒸汽饱和后，目前使用的仪表会出现计量偏低等问题，这种情况会引发供热电厂蒸汽损失加大。

1.3流量损耗大的原因分析

因为该地区的管线较长，容量利用率不高，所以蒸汽难以高效流通，会产生非常大的热量损失，当用户使用蒸汽时其测量结果不够准确。除此之外，仪表测量蒸汽采用的为质量流量的模式，在这种模式下，蒸气密度和质量成正比关系。

蒸汽测量仪表无法进行湿度测量和湿度补偿，故实际末端用户的湿蒸汽密度只能视作干蒸汽来计算，蒸汽含水量的不同导致蒸汽密度存在较大的差异，这对于仪表测量非常不利，热量损失过大时容易让蒸汽预冷变为液态，原有的仪表难以测量实际的用汽量。另外，蒸汽测量与蒸汽在管道内流速有关，当蒸汽流速小于5m/s时现有孔板差压流量计难以检测到流量。所以流量管损达到15％的原因为测量设备不精准以及湿度补偿无法进行。

2两种主要蒸汽流量测量仪表的选型比较

我国蒸汽测量仪表一般为两种，一种为孔板差压流量计；另一种为涡街流量计。

表1两种蒸汽流量测量仪表的选型比较

3蒸汽流量仪表的改造情况

常规采用的流量计为以上两种，我厂热网流量管损高的原因主要在于流量仪表测量不够精准。我厂了解到上述情况后，于2020年1月进行了仪表改造，并与该年4月完工。

3.1改造内容

将孔板差压流量计改为涡街流量计，选用DY型（高温分离型）数字式旋涡流量计，其性能稳定，无论蒸汽流速在0m/s，还是80m/s均可精确测量。考虑到管线长，容量利用率低，改造人员缩小了原有管道的直径，从而增加了蒸汽在管道内的流通速度。并在此基础上替换了压力变送器和热电阻，从而更好的计算实时蒸汽密度。除此之外，该公司采用了某自动化有限公司最新研制的蒸汽流量积算仪。

该积算仪将水和水蒸汽性质国际委员会（IAPWS）发布的“水和水蒸汽热力性质工业公式置入仪表中取代原来的蒸汽密度查询表，进行蒸汽密度的实时运算以得到更加精确的温压补偿密度值。同时还进行蒸汽性质判断，如果此点的蒸汽温度低于对应压力下饱和蒸汽温度，仪表自动设定比例进行湿度补偿。

差压式流量计（孔板）和涡街流量计均属于推理式流量计，差压式流量计以流动连续性方程和伯努利方程为基础，通过推理计算得出流量值；涡街流量计利用流体振动原理通过推理计算得出流量值：

计算公式如下：

3.1.1差压式流量计

（1）

体积流量qv可根据质量流量由公式（２）计算得出：

（2）

式中:qm-——质量流量，kg/s;

qv—-体积流量，

m3/s;C——流出系数;

∑—-可膨胀性系统;

β一一直径比，

B=d/D;d—--工作条件下节流件的孔径

m;D一一工作条件下上游管道内径

m;△p—--差压

Pa;p;——上游流体密度，kg/m3。

3.1.2涡街流量计

其工作原理如下：在流体中设置旋涡发生体，旋涡发生体两侧交替产生有规则的旋涡。旋涡列在旋涡发生体下游非对称排列，假设旋涡的发生频率为ｆ，被测流体平均流速为ｖ，旋涡发生体迎流面宽度为ｄ，表体通径为Ｄ，可得关系式：

式中St为斯特劳哈尔数，在雷诺数为2x10~7x10°范围内St可视为常数叫。从上式可以看出频率f与流速v成正比，而频率f可通过检测元件测量旋涡发生体的振动频率得到，根据旋涡发生频率可以进一步得到涡街流量计的流量计算公式如下:

式中:qm一一质量流量，

kg/s;qv,一—一体积流量，

m3/s;f一—输出频率;

K—一流量计仪表系数;

比如，某用户压力为0.8Mpa、温度为168℃，该压力下对应的蒸汽饱和温度应为170.444℃，实际温度低于该压力下饱和温度，仪表自动按设定值进行湿度补偿，如设定值为5%，即该用户仪表计算的密度值为：4.1603×1.05＝4.3683kg/m3，达到湿度补偿目的。

图1改造前的一天流量曲线图

图2改造后的一天流量曲线图

3.2改造前后数据对比

完成改造工作后，我厂将某商场作为改造工作的检测对象，该商场符合验证条件。

从图1和图2对比中可以看出，改造前该用户的流量曲线上下幅度小，最大流量在2.20t/h以内，而改造后最大流量达到了2.98t/h，且曲线更连续，说明湿度密度补偿在起作用，仪表改造是成功的，达到了预设目的。

测量仪表改造后，在供汽量没有大幅变化的情况下，从2月份开始结算蒸汽量明显上升，损耗同步下降，至5月（仪表基本改造完成）总体损耗已降至10.47%，下降4%，效果明显。经过改造后，我供热电厂的经济效益明显增加，根据厂家估算，12个月左右即可回本。

4结论

综上所述，为了降低供热电厂的蒸汽损失，需要就蒸汽流量仪表进行适当的改造，改造完成后不仅可以实现用户蒸汽用量的精准测量，还可以减少热损失，提高企业的经济效益。我厂在细致考察和分析了经济损失的原因后，积极整改，将原有的流量计改为涡街流量计，同时增加了湿度补偿积算仪，在小流量、间断性用户的测量上有效规避了流量大幅波动时的少计和漏计现象，同时有效减少了管损，为增加企业经济效益发挥了重要的作用。

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