石化企業新鮮水計量準確度影響因素分析

尹曉玲，張百軍，張辰

中國石油化工股份有限公司 濟南分公司（山東 濟南 250101）

能源統計的技術基礎是能源計量[1]。準確可靠的能源計量數據是企業節能降耗實現的基礎保證。石化企業能耗統計中，新鮮水計量是其重要的組成部分之一。以前，由于新鮮水性質簡單、價值低，企業對其計量關注度較低，在計量統計中存在較多問題，計量原始差率通常較高。本文通過剖析中國石化濟南分公司（以下簡稱濟南分公司）新鮮水計量存在的問題，探討影響新鮮水計量準確度的各項因素，并提出相應的解決措施。

1 新鮮水計量中存在的問題剖析

濟南分公司共有新鮮水計量點137 個，其中外購計量點3 個，外供動力計量點48 個，裝置間計量點89個，配備率94%，符合GB 17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》的要求[2]。新鮮水計量儀表主要有超聲波、電磁、渦街、機械表等。通過了解新鮮水工藝流程、運行工況及流量計計量特性等，分析影響新鮮水計量準確度的難點主要有以下幾點。

1.1 大口徑低流速無法計量

水流量測量難度不高，但也不是裝1 臺表就肯定能用得好。由于水的潔凈程度、流體工況條件各異，流量測量范圍懸殊，可靠性要求差異，不同的儀表選型對計量結果準確性影響較大[3]。對于石化企業，新鮮水用途分為兩大類：生產用水和生活用水。生產用水包括制化學水、循環水場補新鮮水、消防用水等。生活用水包括洗手、涮拖布等。濟南分公司很多新鮮水管線是消防用水與生活用水混用同一條管線，而且這一現象非常普遍。消防用水量大要求新鮮水管徑要粗（≥DN80 mm），而日常主要是間歇式生活用水，使用時實際流量很低，甚至有些只有0.02～0.10 m3/h。根據安全規定消防管線所配流量計不能隨意縮徑。但是現場配備的常規類型儀表如超聲波、電磁、渦街、機械表等當口徑大于80 mm時，流量計可測的最小流量≥1.2 m3/h，因此無法滿足現場大口徑低流速的工藝狀況。“大馬拉小車”工況使得平日水表基本不走數，導致新鮮水計量誤差太大。

1.2 新鮮水計量數據采集率及信息化不高

濟南分公司廠外生活區有很多用水的單位，分散在食堂、游泳館、老年活動中心等不同區域，各個區域距離既遠又分散。由于46%新鮮水計量點選用了普通機械水表，因此新鮮水計量數據自動采集率不高，需要人工去現場抄表。人工抄表讀數費時費力，很多大口徑流量計安裝在管井下，下井查看抄數讀表比較困難，各種因素造成了效率低、易讀錯數據等問題，頻繁的開關井蓋還可能造成人員刮傷。由于新鮮水不能每天自動上傳數據，不便于新鮮水日常管理。

1.3 計量儀表安裝位置受限

為達到計量準確，超聲波、電磁或渦街流量計等在安裝位置上游有縮徑、擴徑、彎頭、T形三通、閥門、泵時，根據流量計的具體性能參數要保證足夠的直管段[4]。但是實際應用中由于現場受空間所限，流量計前后直管段往往達不到安裝要求，容易造成液體流態不穩定，以致出現計量偏差。

例如濟南分公司其中1 條DN400 mm 的黃河水進廠管線外購水量占總外購水量的64%。該條管線交接流量計后端150 m 處有1 臺內部跟蹤流量計。日常交接計量儀表選用了插入式超聲流量計。超聲流量計無活動部件，沒有磨損零件，無壓力損失，結構簡單、安裝方便[5]，是新鮮水貿易交接常用儀表。為確保外購黃河水計量準確，除日常采用內部跟蹤表在線實時比對外，同時每年采用便攜式超聲波流量計對該表進行在線校準。2臺表的比對誤差基本穩定在20 m3/h 以內。2019 年底交接計量表平均瞬時流量突然比跟蹤表大約高50 m3/h，且交接流量計日常瞬時量波動很大(±25 m3/h)，而內部跟蹤流量計瞬時流量非常穩定(±5 m3/h)，見圖1。

圖1 外購新鮮水交接流量計與內部跟蹤流量計瞬時量

為確定黃河水進廠交接儀表和內部跟蹤儀表2塊表計量偏差的真實原因，采用便攜式超聲波流量計多次在2 臺表附近的直管段上進行了在線校準。但是在線校準顯示2 臺表的數據均在誤差范圍內。后計量管理人員改變思路，創新性地在交接表與跟蹤表中間選取一段足夠長的直管段再次在線校準，證實是交接表計量偏高。最后通過核查外購黃河水交接流量計歷史安裝位置圖紙才發現癥結所在。黃河水交接計量儀表安裝位置見圖2。

圖2 外購黃河水交接流量計現場安裝位置

從圖2看，交接流量計前有縮徑、后有三通。對于這種現場管線狀況，按照《超聲波流量計檢定規程》（JJG 1030—2007）要求流量計應配備前直管段≥22D（8.8 m）、后直管段≥8D（3.2 m）[6]；按照儀表廠家提供的說明書要求超聲波流量計應配備最短前直管段＞10D（4 m）、后直管段＞10D（4 m）。而實際上交接流量計前直管段4 m、后直管段1.5 m，遠遠不能滿足安裝的技術要求。當進廠流量波動較大時，直管段不足容易導致儀表內的流場不穩定，從而增加交接表的計量誤差。

2 應對措施及效果

針對上述3 個問題，分別采取了以下應對措施并取得較好的效果。

2.1 復式子母表解決了大口徑低流速計量難題

通過上述分析，經過多方了解，對DN80 mm 以上的新鮮水管線采用復式子母表計量。用水量較大時母表計量，用水量較小時子表計量。復式水表的量程范圍能夠覆蓋管道的實際流量，準確性及可靠性較高，能夠充分滿足整個用水系統的精確計量和用水數據分析的需要。

復式水表俗稱子母水表，由大小2 種口徑的水表組成，內部結構見圖3。

圖3 復式子母水表內部結構

選取的水表DN80 mm 和DN100 mm 其子表采用DN20 mm 口徑的流量計；而DN150 mm 和DN200 mm其子表則采用DN40 mm的流量計。其工作原理是由流量轉換控制閥根據流經水量的大小自動控制水流流過旁路小口徑水表或同時流過主路大口徑主水表。在用水量小時，流量轉換控制閥處于關閉狀態，由子表計量，母表不計量；當流量超過一定值時，流量轉換控制閥開啟，母表子表同時計量；流量下降到一定值時，流量轉換控制閥又關閉，子表計量。這樣，通過流量轉換控制閥的自動控制，發揮了大小水表的計量功能。水表的計量讀數由2個獨立的計數器記錄，流經復式水表的水的總體積便是母表指示器讀數與子表指示器讀數相加而得出的體積之和。

復式水表解決了目前大口徑水表普遍存在的最小流量以下的低流量和超低流量水資源流失率較高的問題，其始動流量最小可測到0.01 m3/h。當流量計低于1.3 m3/h時，子表計量；高于此瞬時流量時，母表子表同時計量，準確計量范圍最大可測到350 m3/h。

從更新后的計量水表運行狀況看，子母表的安裝有效提高了大口徑低流速下新鮮水計量準確性，已改造的新鮮水點計量水量較以往同期增加5萬多t；同時有助于發現之前無法計量的管線漏點。例如外供亮卓公司的新鮮水表于2014 年12 月改造完畢。2015年1月至8月，平均每月消耗新鮮水900 t，最高時當月耗量2 300 t，而實際當時該公司只是生活用水。后陸續查到并堵塞兩處新鮮水漏點后，每月新鮮水耗量降至130 t。

2.2 無線抄表方案解決了計量數據采集難題

由于電子遠傳水表可實現水流量信號的采集和數據處理、存儲和遠程傳輸功能[7]，根據新鮮水表測點多、距離遠且分散的特點，決定選用非接觸式、超低功耗短距離無線智能抄讀儀表方案解決新鮮水計量數據采集難題[8]。

帶有遠傳模塊的儀表主動發送包含儀表計量信息的無線信號，由藍牙接收器接收后，通過藍牙信號轉發給手抄器，手抄器上使用專用軟件，可進行抄表信息的管理，并可在抄表完成后由抄表員在現場將數據上傳到服務器，管理員可在辦公室下載數據，也可直接導入到手抄器的IZAR@NET 軟件進行數據的分析和管理。無線遠傳抄表系統示意圖見圖4。

圖4 無線遠傳抄表系統示意圖

目前濟南分公司已更新安裝無線遠傳新鮮水表共計60 塊，其中外供水表47 臺。同時實現了水表數據自動上傳至藍牙及平板電腦，抄表人員無需下井操作，減輕了勞動強度。

2.3 更改外購新鮮水計量儀表安裝位置

在黃河水進廠交接儀表和內部跟蹤儀表2臺表中間選取了一段前直管段大于20D、后直管段大于10D的管段安裝了1臺新的超聲波流量計并投入正式交接。新外購的黃河水表投入運行后，比舊表平均偏低30 m3/h。每年可為濟南分公司節約用水約22萬t，增加效益約100萬元。

3 結論

受工況、安裝以及儀表普遍智能化偏低等諸多因素影響，新鮮水計量往往存在較多問題。因此新鮮水計量中要嚴格把控儀表選型關，充分結合現場工藝狀況選擇合適的計量儀表。同時計量儀表的安裝應符合相關規范，留有充分的直管段以形成穩定的流場。實踐證明，采取正確的應對措施可以有效提高新鮮水計量統計的準確性，并為今后進一步分析新鮮水計量差率提供依據。