蒸汽流量計量失準的原因及解決方法

【摘 要】 蒸汽流量計量是供熱行業計量工作中的一項主要內容，在實際運行過程中，現場儀表運行的不準確，溫壓補償方式選擇的不正確，導致參與計算的蒸氣密度有偏差，引起蒸汽供需雙方貿易糾紛的產生。本文從分析蒸汽流量計量出現的問題入手，結合GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》的要求，從技術和管理方向提出蒸汽流量計量問題的解決方案，即符合通則要求的流量計量系統。

【關鍵詞】 蒸汽流量計量 溫壓補償 流量計量系統

能源消耗是所有企業必須要計入生產成本的重要項目，所以準確、合理地使用能源就成為了企業管理的重要內容。談到節能降耗，應首先想到能源的“計量”，只有有了準確計量，才有資格說節約了多少能源，準確的計量是提高能源管理水平的關鍵。蒸汽作為重要的二次能源，在采暖、制冷、生產工藝用熱中作為重要的載熱工質，因此提高蒸汽的生產、輸送及使用效率可以節約大量的能源。由于蒸汽的特殊性，在計量方面存在諸多困難，長期以來一直是流量測量中的老大難問題。2007年1月1日，國標GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》正式實施，在通則的指導之下，逐步建立一套適合我國生產企業特點，具有科學性、經濟性、實用性的蒸汽計量儀表的配備方案，是當前能源計量管理的緊迫課題。

1 蒸汽計量中出現的問題

1.1蒸汽計量過程誤差原因的分析

要研究蒸汽計量中出現的問題，應首先從蒸汽的特性入手。蒸汽是比較特殊的介質，有過熱和飽和兩種狀態。隨著工況（如溫度、壓力）的變化，過熱蒸汽經常會轉變成為飽和蒸汽，其變化情況如圖1。

圖1 蒸汽（溫/壓）對照圖

圖中的縱坐標和橫坐標分別為（水）蒸汽的壓力和溫度值。圖中的曲線稱作飽和曲線。曲線上的點為飽和狀態的蒸汽參數值，飽和曲線以上部分為過熱蒸汽，以下部分為液態水。由此圖可以看出飽和蒸汽的溫度和壓力值是一一對應的，即當飽和蒸汽的溫度或壓力有其中一值確定，另一值也就可以確定了。而過熱蒸汽的溫度和壓力并不一一對應，在圖中是在飽和曲線以上的區域。由于蒸汽存在這樣的性質，需要在實際測量過程中實時測量其溫度以及壓力，以便確定其狀態，進行相應的流量計算。

目前，我國對蒸汽的計量記錄及結算值的單位基本上是質量流量，即噸或公斤。而蒸汽流量計測量值均是體積流量，即立方米，要準確計算質量流量，需要知道蒸汽的密度，根據蒸汽的性質，要實時采集蒸汽的溫度和壓力，進而在流量積算儀或計算機中根據查表插值的方法得出蒸氣密度進行補償。由于壓力傳感器、溫度傳感器（變送器）的誤差與導致質量流量的誤差是關聯量，理論上其誤差可能達到數倍，因此我們在流量測量中使用的儀表應該按照IFC1967公式進行實時的密度計算才是最理想和準確的方法。

以測量過熱蒸汽為例，如圖2。使用渦街流量計時應安裝壓力變送器和溫度傳感器采集壓力和溫度值進行補償計算。這三路信號統一傳送至流量積算儀（或計算機采集系統），拋開渦街流量計、壓力變送器和溫度傳感器的精度來說，僅流量積算儀（或計算機采集系統）在參數設置或結算功能方面的錯誤就可使得流量傳感器、壓力、溫度傳感器傳輸的準確信號幾乎失去計量作用。蒸汽在傳輸過程中，由于管網的原因，壓力和溫度是波動變化的，并不是一直不變，為了對其實時補償，需要準確的測量其壓力和溫度，以便準確確定實時密度。在圖2所示的流量測量系統中，渦街流量計的K系數作為重要的計量參數，應準確的置入流量積算儀或者計算機采集系統中，小數點后應至少保留二位有效數字，才能保證準確計量。我們在實際計量檢定工作過程中發現，部分流量積算儀沒有溫度壓力信號輸入端口，或者是有信號輸入和顯示，儀表內部并沒有補償，只是在表內程序設置了在設計工況下的溫度或壓力補償，即給出其固定工況下的密度進行質量流量計算，這顯然是不能作為貿易結算儀表使用的。

1.2補償方式的選擇

在蒸汽流量計量系統中，由于流體容易被壓縮，對于飽和蒸汽，為了保證計量準確，一般引入壓力補償，部分采用溫度補償。對于飽和蒸汽，采用壓力補償和溫度補償兩種方式，從理論上講沒有區別，原因在于飽和狀態的蒸汽，其壓力和溫度之間呈單值函數關系，因此只需知道其一，就可以確定蒸汽的狀態。飽和蒸汽的計量究竟是采用溫度補償還是壓力補償呢？在檢測工作中我們發現，部分采用單一溫度補償的流量積算儀精度明顯低于同級別使用壓力補償的流量積算儀，使用溫度補償的儀表，蒸汽貿易結算常常出現問題。經分析，供熱單位供應的蒸汽，其計量方式采用的是溫壓補償，蒸汽溫壓變化能自動補償，而使用單位使用量由渦街流量計和溫度變送器組成的計量系統計量，只采用了溫度補償。由于蒸汽生產廠家輸送的蒸汽是高壓蒸汽，經減溫減壓變為低壓微過熱蒸汽送出，蒸汽到達用戶時基本變為飽和蒸汽。由于電廠控制問題，送出蒸汽溫度偏高，使用溫度補償的積算儀將高溫低壓的微過熱蒸汽當作此溫度下飽和蒸汽進行積算，就會產生較大偏差。如電廠供出的蒸汽為0.6MPa、170℃的微過熱蒸汽，用戶的積算儀按170℃飽和蒸汽密度4.08kg/m3進行計算，而實際使用的0.6MPa、170℃的微過熱蒸汽密度為3.6kg/m3，密度差帶來的誤差13.3%。由此可見，溫度出現偏差容易導致這種以溫度方式補償的計量系統出現問題，為此需要增加壓力測量，以確定蒸汽的狀態，從而提高計量準確度。

另外兩個原因，我們也是推薦飽和蒸汽采用壓力補償，一，傳感器精度影響，測溫元件難以做到同等級別的壓力變送器的精度，并且受環境影響較大；二，安裝方式影響，溫度傳感器需要深入管路一定深度才能保證測量精度，如果深度沒有到達正確位置將影響傳感器的正確測量，而壓力變送器只需要在管路上留出取壓孔就能正確測量，顯然，壓力補償無論是精確度還是安裝方式都較溫度補償要好。

當然，這里所說的誤差僅為溫度測量和壓力測量這兩個環節，至于流量測量系統的總的不確定度，還須計入流量二次表、流量傳感器、流量變送器等的影響。

2 保證蒸氣準確計量的流量系統

隨著成本意識的不斷增強，蒸汽供需雙方對能源計量的準確性提出了更高的要求，為保證計量系統的公正、公平，讓蒸氣用戶放心，蒸氣計量系統應在技術和管理上具備以下特征：一、技術方面，補償功能完善且補償算法符合相關標準，具有歷史數據存儲、事件報警等管理功能，其中積算儀或計算機內部參數只有計量部門才能修改，流量測量系統的整體不確定度，應包含流量二次表、流量傳感器、補償傳感器的合成不確定，而且不應超過GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》最低要求；二、管理上要做到一次儀表（包括流量計及影響密度補償的壓力變送器和溫度傳感器）二次儀表（流量積算儀）同時送檢，定期檢定，一次儀表和二次儀表要配套使用，為防止改動一次儀表和二次儀表參數影響實際流量，對整個系統影響到流量的參數應設置密碼，且只有計量部門才能對其設置。

3 結語

蒸汽流量測量還有很多問題亟待解決，在開發新的測量技術的同時，我們更應注重運用現代科學手段，進行應用技術深層次的開發，切實有效地解決一些實際問題。因此，應從加強計量管理，建立健全法制制度入手，使該領域的產品、補償技術的使用走向正規化。

參考文獻：

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