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流 量计量仪表性能与选择

流量仪表在 供热系统中具有极其重要的作用,特 别是在当前市场经济条件下,蒸汽流量、燃 气流量或热水热量采用贸易结算方式,流 量仪表的测量就是计量收费的依据,因 此要求具有很高的技术性能。
    近十年来,我 国流量仪表使用得最多的还是,这 两种流量仪表都是被用户认可的流量仪表,但由于生产厂家不同,生 产厂家掌握流量测量专业知识方面的差异和技术水平的参差不齐,导 致市场上同类的孔板差压流量计和涡街流量计技术性能相差甚远,其 中有相当部分不被认可,达 不到贸易结算的要求。
    流 量仪表能否达到贸易结算的要求,可 以通过一些硬性指标来检验。这 些硬性指标涉及到仪表的可靠性与测量精度问题,涉 及到仪表对停电的处理、对超量程运行的处理、对系统故障的处理、对 湿饱和蒸汽流量测量的处理和网络通讯问题等等。
一、流 量仪表的可靠性及测量精度问题
(一)流量仪表的可靠性
    流 量仪表一般都是由一次仪表(如 节流装置及涡街传感器)、变送器(如),及二次仪表(如流量积算仪)组成,考 察流量仪表的可靠性,应分别考察一次仪表、变 送器及二次仪表的可靠性。以 孔板差压流量计为例,孔 板作为差压流量计的一次仪表,目 前市场上有分体式和一体式两类结构,从使用情况看,一 体式孔板要比分体式孔板可靠得多,为 什么使用了近百年的分体式结构没有一体式孔板可靠呢?原 因就在于分体式结构中,从 前后环室至冷凝罐之间有两段碳钢材质的导压管和截止阀,碳 钢材质的导压管运行一段时间后容易结垢而堵塞导压管,碳 钢材质的截止阀和石棉垫片也容易堵塞。经 常排污可以减少堵塞故障,但每排一次污,都 需要较长时间才能稳定下来,这 对于贸易结算是不合适的。相比之下,一 体式孔板采用不锈钢加工而成,不容易结垢,也不用排污,使用多年都不会堵塞,可 靠性高于分体式孔板。应 当指出的是目前市场上有许多厂家的一体式孔板产品,由 于三阀组和管接头的质量不过关,而存在微漏现象,少 许的微漏将导致很大测量误差,这是绝对不允许的。
    除一次仪表外,变 送器的质量在流量测量中也很重要,它 们将被测流体介质的压力、温 度及节流装置前后的差压信号转变成为 4 20mA 的标准电流信号,变 送器的作用在于将不便于运算的物性参数转换成便于运算的电流信号输出。目 前国内生产的这类产品,普遍存在性能不可靠,使用寿命短等缺点,因 此流量仪表中配用的这些产品,必须严格挑选,否 则会影响流量仪表的性能。孔 板差压流量计的二次仪表,通常称为流量积算仪,近年来,流 量积算仪均已智能化,只 不过不同的生产厂家智能化的程度不同。由 于用芯片代替原始的分离元件,可 靠性得到了很大提高。目 前市场上的流量积算仪大致分为万用型和专用型两种,万 用型流量积算仪通过硬件设置,可与差压流量计、涡 街流量计或其它流量计配用,可测量过热蒸汽、饱和蒸汽、气 体及液体等不同介质的流量。专 用型流量积算仪硬件设置少,不 像万用型流量积算仪那样,任何流体介质都适用,对于不同的流体介质,需要更换软件。从仪表可靠性看,仪 表内电子线路的集成度越高,芯片越少,器件越少,可靠性越高。因此,专 用型流量积算仪的可靠性比万用型流量积算仪要高得多。

   同 孔板差压流量计一样,考 察涡街流量计的可靠性,也应从涡街传感器、变送器(压力变送器,温度变送器)及 流量积算仪分别考察。涡 街传感器将被测流体的流速转变成频率信号,频 率信号与流速成比例,因 此测取了频率就知道了流速。频 率的测量方法有很多,最 常用的有电容和压电晶体两种,我 国涡街流量计生产厂大都使用后者。涡 街传感器的可靠性是流量专业工作者经常谈论的话题,特 别是国产涡街传感器的可靠性,谈论的更多。由 于涡街传感器具有很多优点,近年来使用很多,但 有部分国产涡街传感器可靠性差,经 常出现的现象是出厂检验是合格的,但使用一段时间,如一或两年后,涡 街传感器的压电晶体给不出信号或涡街传感器内的检测放大器无信号输出,造 成整个涡街流量计无法使用,用 这种流量仪表计量收费是不适合的。
(二)流量仪表的测量精度
    流 量仪表的测量精度在相关的国际标准和国家标准中是用不确定度来表示的,流 量测量的不确定度相当于统计学中标准偏差的两倍,流 量测量总的不确定度等于流量计算公式中各参数不确定度平方和的开方。由此可以看出,流 量仪表的测量精度不是只看流量测量系统中某一部分的精度,如 差压流量计的节流孔板和差压变送器、涡 街流量计中的涡街传感器,而 是整个流量测量系统。
    在 谈论流量仪表的测量精度时,有 些使用者错误的认为孔板差压流量计是老式流量仪表,测量精度低,其 实这种说法是不正确的。实际上,几 十年来孔板差压流量计在不断的演变和完善,过去无法解决的问题,在 仪表智能化后都轻易地解决了。例如,以 前孔板是在设定工况下计算节流孔径d20值,在该工况下,规 定了孔板的流量系数α,流束膨胀系数ε,工作状态下的孔径dt及流体密度ρ值,流 量仪表在设计工况下运行时误差最小,只 存在流量理论计算误差,当 偏离设计工况和设计点时,将 会带来许多附加测量误差,因 此规定流量的量程比为31,也 就是三分之一刻度流量以下的流量是不能测量的。仪表智能化后,从 仪表量程的零点至满点的整个量程范围都将是仪表的设计工况和设计点,仪 表将不会有偏离设计工况产生附加测量误差的问题,仪 表的量程范围将会大大拓宽。在这种情况下,影 响量程范围的只是差压变送器的精度和流量积算仪的精度。例如:0.075%精度的差压变送器在4 20mA电 流信号输出时的最大偏差为0.012mA,在 量程起始点的电流信号最大只有4.012mA,其 所对应的流量为刻度流量的2.7%,只有2.7%以下的流量不能测量。至 于流量积算仪的运算精度,对于1台 高性能的流量积算仪,其 运算误差可以忽略不计。考虑到其它各种因素,孔 板差压流量计的量程范围可到201
    涡 街流量计的精度取决于涡街传感器、变送器及流量积算仪。涡 街流量计的精度也可用流量测量的不确定度表示,流 量测量的不确定度等于涡街频率的不确定度和流体密度的不确定度平方和的开方。涡 街频率的不确定度与涡街传感器有关,流 体密度的不确定度与压力变送器和温度变送器有关。涡 街流量计的流量与涡街频率和流体密度二者成比例关系,这 说明涡街传感器与压力变送器和温度变送器在确定流量时是同等重要的。但在实际使用中,有 些人只强调涡街传感器,而 忽略了压力变送器和温度变送器,当 涡街传感器运行正常,而 压力变送器运行不正常,导 致流量示值严重偏离真实流量值时, 还全然不知。
    的 作用在流量测量系统中非常重要,从某种意义上讲,流 量仪表的测量精度主要取决于流量积算仪的功能。以 孔板差压流量计为例,节 流孔板按标准计算加工就可以了,差 压变送器只是将孔板前后的差压信号转变成电流信号,压 力变送器和温度变送器也只是将压力信号、温 度信号转变成电流信号,而

流量积算仪则不同,它将利用差压信号、压 力信号和温度信号判断流体的运行工况,确 定与流量有关的所有参数,进 而计算真实质量流量或标准体积流量。这 种新的流量信号处理模式已经不是人们常提起的温压补偿模式了,所 谓温压补偿是在原设定的流体温度、压 力条件下确定的流量参数,在实际运行工况下,当温度、压力波动时,对 原来已确定的流量参数进行修正补偿,而 在新的概念中仪表不存在有原始的流量参数,所 有的流量参数都是在测量周期瞬间精确计算确定的。这 种新概念处理流量信号使差压流量计焕然一新,它 将总的流量测量误差减至最小,并 且大大拓宽了流量测量范围。
二、流 量仪表用于计量收费需要考虑的几个问题
(一)流 量仪表的停电与计时问题
    流 量仪表停电后将不在工作,停 电期间的流量将无法累积,这 对于贸易结算是不允许的。因此,在流量仪表智能化后,许 多流量积算仪都可显示仪表累积运行时间,以 此判断在某段时间内,仪表是否停电,以及停电多长时间。仪 表增设累积运行时间功能可以解决一些在停电期间累积流量漏计的问题,但 这种方式不可能解决得彻底。例如:由 热力公司提供的蒸汽流量,用 户每天间断使用的总流量为30t,如 果仪表记时为累积运行3小时,可推断瞬时流量约为10t/h。但 实际使用蒸汽时间为6小时,全天总流量应为60t,由于不知道停电的3小 时时间是否使用了蒸汽。因此,无法将漏计的30t蒸汽找回来,由此可见,仪 表的累积运行时间功能,并 不能满足流量贸易结算的要求。在这里,笔 者介绍一种专门用于贸易结算的YZS精密流量积算仪,这 种仪表处理停电的原则是将停电期间的流量真实地反映出来。其做法是:
1、记录停电时间: **** ** ** ** ** 分;
2、记 录停电时的最大瞬时流量 **t/h
3、记录重新来电的时间: **** ** ** ** ** 分。
    这 样就可以计算停电的时间段,再 通过停电前的瞬时流量计算停电期间的总流量,在 流量收费时就可将停电期间的总流量加到仪表的累积流量中去。
(二)流 量仪表的超量程运行问题
    流 量仪表超量程运行经常发生在用热单位,用 热单位使用热力公司提供的蒸汽,通 常在进入用热单位的蒸汽管道上配置一台蒸汽流量表,而 流量表的量程由单位的用热量确定。例如,某单位有10000m2的楼房,冬天需蒸汽供暖,从用热考虑,蒸汽流量不会超过1t/h,当将刻度流量定为1t/h时,往 往会出现超量程现象。这 是因为有些用汽单位将连续供汽改为间断供汽,每 天上班时将供汽阀门全开,给热交换器加热,到23小时后将阀门全关,阀 门全开时的蒸汽流量已大大超过 1t/h 的刻度流量。因 此在规定仪表的刻度流量时,不 仅需要考虑用户的供暖面积,还应考虑蒸汽压力,管 径和可能出现的最大蒸汽流量。流 量仪表超量程现象很容易判断,有 些流量积算仪就有超量程显示,当没有这个功能时,只 要差压电流信号或涡街电流信号大于或等于20mA时,都认为超量程。
    流 量仪表超量程问题运行现场应可以解决,运 行现场不能更改量程的仪表不适合贸易结算使用。更 改流量仪表量程的条件是变送器(或传感器)及 流量积算仪为智能型,以 孔板差压流量计为例,蒸汽管道DN50,蒸汽压力0.6MPa,刻度流量1t/h,差压变送器量程25Kpa,现 仪表在运行中蒸汽流量超量程,需要将量程扩大至2t/h。首 先改变差压变送器量程,由 于差压与流量的平方成比例关系,因此当流量量程增1倍时,差压量程要增4 倍,即由25Kpa增至100Kpa,智 能型差压变送器的量程可以用专用手操器非常方便地改过来。改好差压量程后,再改流量积算仪量程,将 流量积算仪的刻度流量改为2t/h,同 时使流量积算仪知道,采集的20mA差 压信号不代表原来的25Kpa,而是100Kpa
(三)流 量仪表的线路故障问题
    用 于贸易结算的流量仪表应严禁出线路故障,这 就要求接仪表信号线、电源线时严格把关。由 于流量仪表是由一次仪表,变 送器及流量积算仪组成,一次仪表、变 送器的信号通过导线接至流量积算仪,如果中间有1根信号线断开,仪表就无法累积流量。智 能仪表一般都应有线路故障判断功能,流 量积算仪都应能对采集的信号进行判断和报警。但由于人不在现场,这种报警也无意义。有 些智能流量仪表通过RS485总线与计算机联网,还有 些智能流量仪表通过有线或无线MODEM与计算机联络,从 计算机上可以查看每台流量仪表的信号是否正常,信号是否断线。
    减 少或杜绝仪表线路故障的另一个措施是仪表安装调试后,所 有的引线都应铅印封装,所有的阀门,如压力表阀、差 压阀及三阀组都应有类似铅封的封条,这 样就可以避免许多不必要的人为故障,保证仪表公平计量。
(四)对 湿饱和蒸汽的流量计量问题
    湿 饱和蒸汽在热网系统中普遍存,锅 炉产出的饱和蒸汽一般都含有少许的水分,通过分汽缸、热力管网送至用户,由于管网的热损失,蒸 汽的水分含量必然增多,导致蒸汽流量减少。
    在计划经济时代,供热按楼房面积收费,不 存在蒸汽计量收费问题。近年来,随 着市场经济的不断深入,蒸 汽流量必须按计量收费,因 此蒸汽的热损耗问题也提了出来。目前,行 政上普遍执行的办法是由用户多交10%的蒸汽费用,以补偿蒸汽损耗。这 种办法也有一定缺点,用户多交10%没有科学依据,其一,湿 饱和蒸汽水分含量与热力管道的长短有关,短 热力管道能平衡减少的蒸汽量,而 长热力管道则平衡不了减少的蒸汽量。其二,对 那些间断使用蒸汽的用户更无法平衡,有 些企业白天上班使用几小时蒸汽,下 班后整个晚上都不使用蒸汽,直到第二天上班再用,通过一整夜的冷却,热 力管道中的蒸汽全凝结成水,这 种蒸汽的损失就不是10%。由于这些客观原因,热 力厂不能做到自负盈亏,而需要政府补助。
    比 较合理的作法是热力厂出口的总流量认为是干饱和汽,用 流量表计量并作为贸易结算的基准流量。各 个用户的蒸汽流量为湿饱和蒸汽,按汽水两相流计量,根据物质不灭定律,各 个用户的蒸汽质量流量之和与热力厂出口的总蒸汽质量流量应相等,这 就需要流量仪表准确测量总管的质量流量和分管的质量流量。
    汽 水两相流的流量测量除了要确定单相流涉及的流量参数外,还必须要确定干度(即湿蒸汽的水分含量),锅 筒出口的蒸汽干度可用电导率法测量,热 网管道的蒸汽干度可用热平衡法测量,也 可用频谱分析法测量。汽 水两相流比单相流要复杂得多,由 于汽与水的密度相差甚远,两者的流速是不等的,密度大的速度快,密度小的速度慢,这 种速度差又与干度高低、蒸 汽压力和流量大小等多种因素有关,因 此湿饱和蒸汽流量数学模型比干饱和蒸汽流量数学模型要复杂得多。但是,经 过几十年的实验研究,湿 饱和蒸汽的测量技术已经成熟,目 前湿饱和蒸汽数学模型精度可达±0.6%,这 个计算精度完全满足湿饱和蒸汽流量计量要求。
三、流 量仪表的网络通讯问题
    流 量仪表的网络通讯是现代社会发展的必然趋势。多 个流量仪表的测量参数通过网络
    进入计算机,由计算机监视和管理,这 是流量计量的一个新的里程碑,它 将大大提高流量计量的可靠性和计量精度。流 量仪表网络通讯有两大发展趋势,一

种 发展趋势是近距离的网络通讯,如 一个大企业内部流量仪表,可以通过 RS485 总 线与计算机构成网络,由 计算机集中监测和管理。如图1、图2

    另 一种是远距离的网络通讯,如 热力公司向市内的多个用热企业供热,可 以通过有线电话或无线电话,将 流量仪表与计算机构成网络。如图3所示。




(本文摘自网络)


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