能源工作在近 20 年來倍受國(guó)內(nèi)外各界的廣泛重視, 并逐漸成為各行業(yè)不可或缺的重要部分 。能源計(jì)量是能源工作的重中之重, 它能直接體現(xiàn)出能源的消耗和經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹華北制藥股份有限公司能源計(jì)量監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中流量檢測(cè)儀表的設(shè)計(jì)選型及應(yīng)用。

 

　　華北制藥股份有限公司能源計(jì)量監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)是能源計(jì)量的集中監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)中檢測(cè)儀表的設(shè)計(jì)選型 , 對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性起著主要的作用, 是系統(tǒng)的重要組成部分。 本公司生產(chǎn)過程中使用大量的一次能源和二次能源 (轉(zhuǎn)化能源), 包括過熱蒸汽 、 上水、 壓縮空氣 、 氮?dú)?、 冷鹽水 、 冷媒水 、 循環(huán)水等諸多介質(zhì)。進(jìn)行正確的計(jì)量、 檢測(cè)和有效的管理 , 是節(jié)能降耗提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。

 

　　下面對(duì)能源計(jì)量的儀表選型及應(yīng)用做一分析 。

　　1、選型的原則流量計(jì)選型是指按照生產(chǎn)要求：

 

　　從儀表產(chǎn)品供應(yīng)的實(shí)際情況出發(fā) , 綜合地考慮測(cè)量的安全準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)性, 并根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)及流動(dòng)情況確定流量取樣裝置的方式和測(cè)量?jī)x表的形式和規(guī)格。流量測(cè)量的安全可靠 , 首先是測(cè)量方式可靠,即取樣裝置在運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生機(jī)械強(qiáng)度或電氣回路故障而引起事故 ;二是測(cè)量?jī)x表無論在正常生產(chǎn)或故障情況下都不致影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全 。

 

　　例如 , 對(duì)發(fā)電廠高溫高壓主蒸汽流量的測(cè)量, 其安裝于管道中的一次測(cè)量元件必須牢固 , 以確保在高速汽流沖刷下不發(fā)生機(jī)構(gòu)損壞 。因此 , 一般都優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置, 而不選用懸臂梁式雙重喇叭管或插入式流量計(jì)等非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)速裝置 , 以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低的靶式、 渦輪流量計(jì)等 。燃油電廠和有可燃性氣體的場(chǎng)合, 應(yīng)選用防爆型儀表。

 

　　在保證儀表安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上 , 力求提高儀表的準(zhǔn)確性和節(jié)能性 。為此, 不僅要選用滿足準(zhǔn)確度要求的顯示儀表, 而且要根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的特點(diǎn)選擇合理的測(cè)量方式 。發(fā)電廠主蒸汽流量測(cè)量 , 由于其對(duì)電廠安全和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要 , 一般都采用成熟的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置配差壓流量計(jì) , 化學(xué)水處理的污水和燃油分別屬臟污流和低雷諾數(shù)粘性流, 都不適用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件。對(duì)臟污流一般選用圓缺孔板等非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件配差壓計(jì)或超聲多普勒式流量計(jì), 而粘性流可分別采用容積式 、 靶式或楔形流量計(jì)等。水輪機(jī)入口水量、 凝汽器循環(huán)水量及回?zé)釞C(jī)組的回?zé)嵴羝榷际谴蠊軓?(400mm 以上)的流量測(cè)量參數(shù) , 由于加工制造困難和壓損大,一般都不選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。根據(jù)被測(cè)介質(zhì)特性及測(cè)量準(zhǔn)確度要求, 分別采用插入式流量計(jì) 、 測(cè)速元件配差壓計(jì)、 超聲波流量計(jì), 或采用標(biāo)記法 、 模擬法等無能損方式測(cè)流量 。

 

　　為保證流量計(jì)使用壽命及準(zhǔn)確性, 選型時(shí)還要注意儀表的防振要求。在濕熱地區(qū)要選擇濕熱式儀表。正確地選擇儀表的規(guī)格, 也是保證儀表使用壽命和準(zhǔn)確度的重要一環(huán) 。應(yīng)特別注意靜壓及耐溫的選擇。

 

　　儀表的靜壓即耐壓程度, 它應(yīng)稍大于被測(cè)介質(zhì)的工作壓力 , 一般取 1.25 倍 , 以保證不發(fā)生泄漏或意外。量程范圍的選擇 , 主要是儀表刻度上限的選擇。選小了, 易過載 , 損壞儀表;選大了, 有礙于測(cè)量的準(zhǔn)確性 。一般選為實(shí)際運(yùn)行中***大流量值的 1.2 ～1.3 倍 。

 

　　安裝在生產(chǎn)管道上長(zhǎng)期運(yùn)行的接觸式儀表, 還應(yīng)考慮流量測(cè)量元件所造成的能量損失 。一般情況下,在同一生產(chǎn)管道中不應(yīng)選用多個(gè)壓損較大的測(cè)量元件, 如節(jié)流元件等。

 

　　總之 , 沒有一種測(cè)量方式或流量計(jì)對(duì)各種流體及流動(dòng)情況都能適應(yīng)的 , 不同的測(cè)量方式和結(jié)構(gòu), 要求不同的測(cè)量操作 、 使用方法和使用條件 , 每種型式都有它特有的優(yōu)缺點(diǎn)。因此 , 應(yīng)在對(duì)各種測(cè)量方式和儀表特性作全面比較的基礎(chǔ)上選擇適于生產(chǎn)要求的 , 既安全可靠又經(jīng)濟(jì)耐用的***佳型式。

　　2、流量測(cè)量?jī)x表的應(yīng)用：

 

　　常用的流量測(cè)量?jī)x表 , 有節(jié)流式差壓流量計(jì) 、 渦街流量計(jì) 、 電磁流量計(jì)、 超聲波流量計(jì) 、 金屬管浮子流量計(jì)等多種形式。根據(jù)以上準(zhǔn)則并結(jié)合本公司生產(chǎn)用能 (介質(zhì))和管理特點(diǎn) , 對(duì)流量計(jì)設(shè)計(jì)選型作如下考慮:

 

　　(1)流量計(jì)測(cè)量精度選擇, 按貿(mào)易結(jié)算精度要求, 在滿足測(cè)量的條件下 , 選擇合適精度及結(jié)構(gòu)型式的流量計(jì) , 并考慮流量補(bǔ)償方式;

 

　　(2)流量計(jì)結(jié)構(gòu)型式選擇, 在滿足測(cè)量的條件下, 選用經(jīng)濟(jì)型的且同一種測(cè)量介質(zhì)盡量選用相同型式的流量計(jì);

 

　　(3)流量計(jì)信號(hào)接口選擇 , 帶輸出接口 , 信號(hào)為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 4 ～ 20m A DC (1 ～ 5V DC);

 

　　(4)流量計(jì)安裝方式選擇, 利于選擇安裝位置(水平方式 、 垂直方式), 維護(hù)簡(jiǎn)單 、 工作量小, 利于檢修 、 檢定 (在線)。

 

　　2.1、蒸汽計(jì)量系統(tǒng)采：

 

　　用孔板式差壓流量計(jì), 配置溫度 、 壓力信號(hào)補(bǔ)償。由于蒸汽系統(tǒng)介質(zhì)干凈, 系統(tǒng)對(duì)壓力損失要求不太高 , 屬于一次外購能源 , 結(jié)算級(jí)別較高, 故采用此種流量計(jì) 。測(cè)量中蒸汽密度受溫度 、 壓力影響, 為一變量 , 為了準(zhǔn)確測(cè)量 , 需對(duì)密度進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。根據(jù)以上確定的算法原則 , 對(duì)于無需補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)來說,其流量計(jì) (輸出特性為線性 、 非線性)的輸出值 4 ～20m A DC 與其量程的***小值和***大值成線性或開方關(guān)系 , 很容易得到瞬時(shí)流量。

 

　　而對(duì)于需要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)算來說, 其流量計(jì)得到的瞬時(shí)流量為補(bǔ)償前流量, 要得到補(bǔ)償后流量, 應(yīng)首先確定密度 (ρ)值再通過數(shù)學(xué)算法得到流量。一般算法的數(shù)學(xué)模型, 均可以用數(shù)學(xué)公式直接表述 (無需補(bǔ)償、 需要補(bǔ)償), 但蒸汽 (過熱蒸汽 、 補(bǔ)償)的數(shù)學(xué)算法難以用較理想的數(shù)學(xué)模型 (數(shù)學(xué)公式)表述, 其中關(guān)鍵為密度值 。較成熟的為 “ 經(jīng)驗(yàn)公式 (密度)” ρ=190.89p/ (t -1.814p +222.6) (當(dāng)壓力 p 在 200 ～ 2500k Pa ,溫度 t 在 150 ℃～ 420 ℃時(shí)的低壓過熱蒸汽密度), 相對(duì)誤差為 1 %。為保證計(jì)量的精度, 決定采用 “查表法” 求蒸汽密度 , 再計(jì)算補(bǔ)償流量 。此法將極大地提高計(jì)量精度 (準(zhǔn)確度可達(dá) 0.2 級(jí)), 達(dá)到了較理想的水平 。

 

　　2.2、上水計(jì)量系統(tǒng)采：

 

　　用孔板式差壓流量計(jì), 溫度 、 壓力不補(bǔ)償 。由于上水較純凈, 介質(zhì)密度受溫度、 壓力影響較小 , 計(jì)量中可忽略, 且能滿足計(jì)量精度要求, 而直接用流量計(jì)的測(cè)量數(shù)值。

 

　　2.3 、壓縮空氣 (氮?dú)?系統(tǒng)：

 

　　采用孔板式差壓流量計(jì), 溫度 、 壓力補(bǔ)償, 以標(biāo)況狀態(tài)下流量單位計(jì)量。由于空氣系統(tǒng)介質(zhì)干凈 , 運(yùn)行工況較穩(wěn)定, 故采用此種流量計(jì) 。

 

　　2.4 、冷鹽水 (冷媒水)計(jì)量系統(tǒng)：

 

　　采用電磁流量計(jì) , 溫度、 壓力不補(bǔ)償。由于冷鹽水有一定的腐蝕性和介質(zhì)溫度較低 , 流量計(jì)測(cè)量電極和內(nèi)襯采用了抗腐蝕 、 耐低溫結(jié)構(gòu)形式 , 由于結(jié)算按冷量計(jì)算 , 需配置溫度檢測(cè)裝置, 測(cè)量供水 、 回水溫度, 由流量和溫差 (供水 、 回水)計(jì)算出冷量。溫度測(cè)量, 采用熱電阻 (Pt100)和溫度變送器形式。由于測(cè)量點(diǎn)在室外管道上, 檢測(cè)介質(zhì)溫度和外部環(huán)境溫差較大, 為防止熱電阻護(hù)套內(nèi)結(jié)冷凝水 , 采用隔爆鎧裝式熱電阻, 溫度變送器采用智能可編程型 , 以適應(yīng)不同的溫度測(cè)量 。同時(shí), 為了減少計(jì)量誤差 , 對(duì)熱電阻的誤差特性要求進(jìn)行篩選配對(duì), 溫度變送器誤差特性同向配對(duì) , 以使溫度測(cè)量后所得溫差值的誤差***小, 提高了計(jì)算結(jié)果的精度。

 

　　2.5 、循環(huán)水計(jì)量系統(tǒng)：

 

　　采用插入式超聲波流量計(jì) (固定安裝方式),溫度 、 壓力不補(bǔ)償。 因?yàn)檠h(huán)水為重復(fù)利用水系統(tǒng), 水中含有部分雜質(zhì) (微生物等), 易在管道內(nèi)附著和沉積, 管道尺寸普遍較大 , 且系統(tǒng)為連續(xù)運(yùn)行。此種流量計(jì)適用于在系統(tǒng)不停運(yùn)的情況下 , 進(jìn)行安裝調(diào)試, 且維護(hù) 、 檢定方便 , 以使流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定 。遵從上述設(shè)計(jì)選型原則, 分期對(duì)在用 (新增)的210 個(gè)流量計(jì)量檢測(cè)點(diǎn)的儀表配置進(jìn)行了更新改造 ,基本達(dá)到了能源一級(jí) 、 二級(jí)計(jì)量配備指標(biāo), 滿足了公司對(duì)外和內(nèi)部計(jì)量結(jié)算的要求 。

 

　　各計(jì)量系統(tǒng) (不同檢測(cè)介質(zhì))儀表運(yùn)行良好, 實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確計(jì)量, 對(duì)各生產(chǎn)單位能耗實(shí)行獨(dú)立核算 , 做到科學(xué)考核 , 合理用能,節(jié)能降耗 。并為今后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng) 、 資源共享 (采用計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)), 進(jìn)一步提升能源管理水平提供了技術(shù)基礎(chǔ) 。