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蒸汽计量存在的问题及解决办法
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2014-9-28 17:20:16

蒸汽流量测量难度较大,因为蒸汽是比较特殊的介质,随着工况(如温度、压力)的变化,单相性质的过热蒸汽经常会转变成为饱和蒸汽,形成汽液两相流介质。目前,能准确测量汽液两相流介质的流量计量仪表几乎没有,解决两相流计量问题的办法是加强蒸汽管道的保温措施,充分利用输水器功能,保证蒸汽处于过热状态或蒸汽干度为1的饱和状态。在此基础上,如何准确计量蒸汽流量是本文要探讨的重点内容。

一、影响蒸汽准确计量的因素及解决办法

中石化股份天津分公司的蒸汽计量网络是由热电部生产蒸汽分别送给公司其他各部使用。各部入口的蒸汽计量仪表维护及数据管理由计量中心集中管理。通过认真总结多年来的实践经验,科学分析大量的实验数据,我们归纳总结出影响蒸汽准确计量的因素主要表现在以下5个方面:

1.仪表选型

(1)流量计选型原则

根据天津分公司公用工程数据采集网上的蒸汽历史曲线可知,热电厂的蒸汽出口温度为280℃~350℃,偶尔可达420℃。目前,技术成熟、经济实用且适应这种温度范围的仪表是差压式流量计。涡街流量计在高温条件下使用寿命较短,热式质量流量计目前国内还没有很好的应用实例。差压式流量计中应用最广泛的节流件是标准孔板和标准喷嘴。比较起来,标准喷嘴的压力损失较小(可节能降耗),不易变形(寿命长),检定周期为4年(孔板是1年),价格相对高一些(比孔板高30%左右)。实践证明,由于标准喷嘴的特殊结构,使它能够克服由于工艺条件恶劣而整体变形的缺点,能在4~6年内保证计量的准确度。当热电厂的蒸汽分流到各部后,蒸汽的温度在200℃~280℃之间,在这种温度范围内,也可以使用物美价廉、经济实用的涡街流量计。例如,公司芳烃部在厂内1.0MPa蒸汽管线上使用上海某公司生产的数字式涡街流量计,实际应用效果很好。

随着科学技术的迅速发展,仪表行业也在不断推陈出新,“一体化”节流式流量计已得到推广使用。这种仪表是将节流装置和差压变送器做成一体,差压变送器与流量显示仪表通过各种模式的通信,构成流量检测系统。它继承了差压式流量计的所有优点,且结构大大简化,便于现场安装和维护保养。

综上所述,蒸汽计量仪表的选型原则:温度低于300℃、工艺管径小于DN200时选用数字式涡街流量计,仪表准确度优于读数的±1%;温度高于300℃、工艺管径大于DN200时选用宽量程一体化标准喷嘴流量计,流量测量范围为10:1。

(2)二次仪表选型原则

由于蒸汽用量是按吨结算,因此,蒸汽密度的变化严重影响计量数据的准确性。蒸汽的密度随着工况温度、压力的变化而变化,因此,要求配套使用的二次仪表一定要具有对流量信号进行温度压力实时补偿的功能。当配套使用的流量计为节流式流量计时,二次仪表还必须具有对膨胀系数ε和流出系数α的补偿功能。为实现与计算机数据采集、上网的共享功能,二次仪表还要同时具备通信功能。考虑到蒸汽计量数据还将作为仲裁纠纷的依据,因此要求二次仪表还应具有供需双方密码锁和过程参数的记录功能(保存180天以上),准确度优于0.1%。

综上所述,我们选用了FC2000型流量计算机,该仪表除具有上述功能外,还具有8路标准流量通道,最多可采集32个计量参数,一机适用多种介质、多种流量计。也可以选用FC6000型通用流量演算器,该表与FC2000型的区别是只有1路标准流量通道。

2.密度补偿

所谓密度补偿就是把实际工作状态下的温度、压力仪表输出信号引入二次仪表中,二次仪表自动采用查表法或公式法计算出实际工作密度。对于气体和蒸汽介质而言,介质密度随着实际工作温度、压力的变化而变化。因此,用于交接用流量计量仪表必须采取密度补偿措施,否则当设计温度压力与实际温度压力不一致时,将导致测出的流量不能真实反映其工作状态下的实际流量,计量的准确性无从谈起。

对于蒸汽介质,密度虽然也是温度、压力的函数,但不再遵循理想气体状态方程,且在不同压力、温度区间,函数关系不同,很难用一个简单的函数关系式表示。常用的密度计算方法有查表法和公式法。

(1)查表法

查表法就是把国标GB2624中的水蒸气密度表写入计算机中,根据工作状态下的温度、压力值,从表中查出相应的密度值。该密度表是根据国际公式化委员会(I.F.C)在1967年制定的水蒸气热力性质计算公式制定的数表,该公式考虑了各个不同区域的特性,它是最完整的、最全面的。密度表数据量很大,应用数表要首先判断是饱和蒸汽还是过热蒸汽,再查不同的数表,另外,数表的变量是有一定步长的非连续量,对于两点之间的数据,需经过数学内插处理获得。

(2)公式法

公式法就是把密度计算公式编成计算机软件,根据现场温度压力值自动计算出蒸汽的实际密度。公式法不需占用大量的内存空间,便于智能仪表应用。采用“IFC1967公式”,虽然公式繁杂一些,但在压力为(0~16.65)MPa范围内,计算的过热蒸汽及饱和蒸汽密度值完全符合国际标准。应用公式法进行密度补偿,不需要判断是饱和状态或过热状态就可以准确测量蒸汽密度值。对于确定是饱和蒸汽的场合,只需要将公式稍作变动,只用测温或测压,就可准确计算饱和蒸汽密度。

根据我们的实际使用经验,有两方面值得读者关注:一是由于“IFC1967公式”比较繁杂,实际应用难度较大,某些仪表生产厂家就使用自己拟合的或某些杂志刊登的密度计算公式作为标准公式,由此得出的密度值将会产生较大的误差;二是某些厂家的蒸汽仪表在应用查表法做密度补偿时,kgf/cm2与MPa之间的压力单位换算不规范,可造成5%左右的计量误差。及时发现并避免这类误差的方法是,在使用前对仪表进行规范的检定或测试。

3.检定与测试

为确保计量数据准确无误,我公司规定,交接用计量仪表安装前应先送到有资质的流量标定站进行实液检定,每台仪表都应具有合格的检定证书,已经运行的仪表也应按检定规程的要求进行周期检定。为满足计量检定的需求,中石化集团公司工业计量站(挂靠在天津分公司)在2005年又投资建立了蒸汽、空气流量标准装置,并获得了国家计量标准考核证书。

值得注意的是,在检定模拟输出的流量计时,首先要校准输出电流环,确保二次仪表的显示值与转换器的显示值基本一致。

4.安装调试

安装调试工作也非常重要,一定要严格按照仪表说明书的要求安装流量、温度、压力仪表。速度式流量计要重点注意直管段要求和与管道连接的垫片位置及垫片内径,否则将带来非常大的计量误差;压力和差压变送器投用前不要忘记现场调零;在测量小管径管道的蒸汽温度时,热电阻的插入深度一定要符合要求,否则将导致仪表的显示温度比实际温度偏低,使密度计算出现较大误差。例如,我公司在2005年的蒸汽仪表改造过程中发现,供科研所的蒸汽压力是0.8MPa,温度显示为140℃,与事实严重不符。为不改变电阻的原安装结构,我们将现场厚膜铂电阻改为薄膜铂电阻,相当于加长铂电阻的插入深度,结果测量温度由140℃上升至170℃,这样的温度显示值还是不正常,最终的解决办法是将铂电阻斜插进管道,以便满足插入深度的要求。可见规范的安装调试多么重要!

5.数据管理

数据管理包括数据采集和数据分析。我公司充分利用信息化技术,实现了用计算机进行数据管理。当现场的流量、温度、压力、密度等数据被采集到计算机以后,计算机可实现这些历史数据的实时监控显示,这样既节省了人力、物力,为数据管理人员提供了分析数据的依据,又为仪表维护人员提供了方便,避免了计量抄表员的误抄误报,同时可以随时跟踪所有计量仪表的运行情况,发现问题及时处理,以便减少计量损失。

二、结束语

实践证明,正确的仪表选型是准确计量的基础,准确的密度补偿方法是准确计量的关键,规范的检定与测试是准确计量的依据,严密细致的安装调试过程是准确计量的保证,现代化的数据管理模式是准确计量的标准。通过对照上述几个方面进行分析整改,我公司的蒸汽计量检测率可达到95%以上,取得了明显的经济和社会效益。


【关键词】蒸汽计量, 保温,国家标准物质网 

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