孔板流量計計量存在的問題及解決辦法

陳耀亮

摘要：蒸汽是工業企業生產過程中一項非常重要的二次能源，尤其是熱能應用方面發揮著不可替代的作用。通過提高蒸汽計量的準確性，一方面可以降低蒸汽的能源消耗減少企業的生產成本，另一方面可以減少貿易爭端。本文主要對蒸汽流量計量中存在的問題進行分析探討，并提出合理化解決方案。

關鍵詞：蒸汽流量計量;問題;解決方法

近年來，隨著社會經濟發展水平的不斷提高，項目建設生產規模不斷擴大，在部分項目比如鋼鐵、染整行業等的生產經營過程中存在大規模使用熱能蒸汽的工藝流程，尤其是在南方幾大染整基地，蒸汽被廣泛應用于生產線染色、定型、水洗等生產的環節。

染整生產企業對蒸汽流量計量的工作管理要求日益提高，現階段蒸汽流量計量的測量原器件無論從原理上還是實際應用上，都基本比較成熟，但由于蒸汽在使用過程中，存在著相變的情況。所以，蒸汽的實際貿易計量上，時而出現爭議，存在一些問題。

一、蒸汽流量計量的基本論述

蒸汽流量計量主要是指利用先進的計量器具產品以及系統化測試計算器等對生產過程中的蒸汽進行準確計量，一定程度上能提高蒸汽利用率。隨著科學技術水平的不斷提高，蒸汽的系統化管理也在不斷加強，計量工具質量水平也得到日益提升，一般情況下蒸汽流量計量系統可以保持正常運行。例如利用精度較高的蒸汽計量變送器、先進計算機網絡技術、帶蒸汽計量壓力溫度補償以及蒸汽流量計量的系統性測量遠件，輔以追蹤測量等功能，基本可以滿足日常用熱企業的計量需求。但是在一些小型生產企業中，存在由于生產不穩定，蒸汽用量時高時低，從而導致蒸汽的流量計量精度偏低，計量器具的故障率較高，使用壽命較短。

二、現階段蒸汽流量計量中存在的問題

（一）蒸汽流量計量表檢定的問題

蒸汽流量計量表檢定，蒸汽流量計校驗屬于能源計量的計量器具，理應定期檢定，尤其是用于貿易結算方面，應定期到有資質的機構進行標定。目前大部份蒸汽流量計采用的檢定方式都只能做到變送器實物檢定，一次傳感元件由于受到安裝、拆卸、運輸等方面原因，不易開展實流檢定工作。國內在蒸汽實流檢定方面也存在廠家偏少，且大部份都采用的是水流標定方法。因蒸汽在實際使用過程中，不可避免存在著相變的情況，涉及到各種狀態（濕飽和、飽和、過熱）之間的來回變化，因此，使用水流標定如果在溫、壓補償方面未進行修正的話，檢定結果將存在一定的誤差。

目前山東煙臺國家蒸汽流量計量煙臺檢定站（即國家蒸汽流量站），僅是國內少數使用蒸汽流量計量的檢定站，采用的是傳統的冷凝稱重法，該方法雖然說傳統，但可以說是最準確的。但需要將一次傳感元件，二次轉換、計算等設備都運輸到檢定站，實際操作中較為復雜，尤其是針對大型傳感器來說，實現的可能性基本不大。同時，由于一次傳感器都是作為蒸汽使用過程中的關鍵部份，都是安裝在蒸汽管路上，如果拆卸下來送檢，用戶將面臨著沒用蒸汽可用的狀態。

（二）孔板差壓式蒸汽流量計不可避免的存在一些問題

現階段蒸汽流量計量測量原理基本上可以分為：差壓式、磁電式等，其中差壓式的應用較為普遍。

以常見的傳統孔板差壓式流量計為例：

1、由于采用的是直接節流測量差壓的原理，其變比較小，僅為三分之一，在實際使用中，如果遇到流量大幅度變化時，就有可能出現測量不準的現象。

2、孔板差壓式蒸汽流量計的系統內部零部件較多，經常出現引壓管堵塞、受凍、汽化以及引發漏洞的現象，直接影響到測量的準確性，在一定程度上造成儀器儀表的工程量增大，投入的資金量加大，影響生產企業的經濟效益。

3、系統結構的節流壓損程度較大，若長期使用運行能源消耗會大大增加，并且由于孔板差壓式蒸汽流量計的幾何原理，運行的兩三年內磨損程度較大，銳角變鈍導致流量系數逐漸變小，需要在使用過程中不斷的進行修正。

4、孔板差壓式蒸汽流量計在投退期間，蒸汽管道經常出現的冷凝水現象會導致蒸汽管道產生水垂，一定程度上導致孔板變形。

以上問題都說明了孔板差壓式蒸汽流量計在測量精度上很難始終保持穩定準確。雖然隨著技術水平的提高，變送器技術的提高、智能化自動化的二次儀表儀器使孔板差壓式蒸汽流量計的測量精度大大提高。但是孔板銳角變鈍的問題依然無法解決，流量變比小導致測量誤差問題很難改善，雖然可以通過修正系數的方式加以解決，但無法做到實時修正，誤差的問題始終不可避免。

三、提高蒸汽流量計量的常用解決方法

（一）蒸汽流量計量工作中采用正確的解決方法-傳統孔板差壓式流量計的改進

1、采用新型的一體化孔板（噴嘴）結構：孔板材質為經過金相熱處理的1Cr18Ni9Ti的中厚板，有效降低孔板銳孔磨損和變形（近十年不變形）;孔板與引壓管整體出廠，基本避免現場安裝影響和跑冒地漏（泄漏點）;孔板與變送器整體裝配出廠，從根本上保證流量數據的采集可靠性、準確性;（結構如圖）

2、采用具有專利技術的高精度、專用數據處理平臺—引入經無數實驗驗證的多段流量系數，有效拓寬孔板差壓流量計的流量測量范圍至1：30;因流體流量系數的影響因素較多，同時引入多參量補償修正（壓縮、膨脹系數、孔徑比等）;采用國際水蒸氣標準密度公式IFC-67，實時快速計算密度補償值;專用數據處理平臺—積算儀同時具備：高精度電流輸入通道及高精度電流檢測技術

3、流量計安裝位置的選擇—必須選擇工業上能夠完全保證單相蒸汽流體的位置（測量管道須比最低管段至少高10mm以上高度），并滿足直管段要求，同時輔以相應的工藝配套方案及設備（自動疏水及排氣閥）。

工業現場是一個復雜的系統，計量器具的問題由流量計技術來解決;管道工藝的問題有蒸汽管道設備來解決，兩者相輔相成。

由于蒸汽使用過程中存在的相變問題，蒸汽流量計量工作中密度補償起到非常重要的作用。其工作原理是將工作期間的壓力以及溫度信號引入到蒸汽計量的二次儀表中，蒸汽計量中的二次儀表再利用正確的查表法以及計算公式，準確得出實際工作的蒸汽密度。由于密度是在不斷變化的，要采用一定的密度補償措施進行調整。蒸汽在不同的溫度以及壓力下，函數關系也會發生不同程度的變化，簡單的函數公式很難實現密度的精確測量。要有規范化的計算方法，比如，查表法。將國際上標準的蒸汽密度表存入計算機中，根據蒸汽的實際工作情況，對應溫度以及壓力值查找出準確密度值。在密度計算過程中，應用數表會首先考慮將過熱蒸汽與飽和蒸汽進行判斷分離，再根據數表進行查找，數表中的變量數據經過數學內插準確處理，精確度較高。

（二）蒸汽流量計量工作中信息數據采集的科學管理

蒸汽流量計量工作中信息數據管理主要包括信息數據的采集匯總以及數據的分析研究，借助計算機信息技術，逐步實現信息數據管理的智能化以及自動化。將蒸汽工作過程中的壓力、流量、蒸汽溫度以及密度等信息數據引入到計算機信息系統軟件中，計算機自身會將這些數據信息進行自動化實時監控，在一定程度上節省了蒸汽流量計量工作的人力物力以及財力。一是可以最大限度避免抄表員的工作失誤。二是蒸汽流量計量儀器儀表的及時追蹤能夠及時發現問題、解決問題，從根本上減少了蒸汽流量計量工作中的計量損失。

（三）對蒸汽流量計量儀器儀表進行準確的安裝和調試

蒸汽流量計量儀器儀表在安裝期間要嚴格按照說明書進行壓力表、溫度以及流量表的安裝。比如，壓力變送器的調試過程中，要謹記現場的調零操作。蒸汽溫度測量時，要重視熱電阻的準確插入深度及插入位置，避免溫度儀表上顯示溫度與實際溫度出現誤差導致密度測量不準確的現象發生。速度式流量計安裝過程中，要重視管道與直管段連接的墊片內徑以及墊片的精確位置，盡量減小計量誤差。規范化的蒸汽流量計量儀器儀表安裝調試對以后的流量計量工作起到很好的促進作用。

四、結語

總而言之，隨著國家對節能減排要求的不斷加大，蒸汽作為清潔的二次能源，使用的范圍將越來越管，作為用熱企業的主要成本之一，為減少貿易爭端，供用汽雙方對蒸汽流量計量工作要求也日益提高。因此，企業要不斷加強蒸汽流量計量的管理工作，正確選擇蒸汽流量計量測量工具、運用先進的管理理念以及管理措施。在豐富實踐經驗的基礎上，提高蒸汽流量計量的精確度，優化蒸汽能源的利用率，從根本上推動企業的可持續發展。