氬氣流量計在集（jí）中供熱係統中的蒸汽計量

集（jí）中供熱應用（yòng）主要是工業和民用建築的采暖、通風（fēng）、空調和熱水供應以及各種生（shēng）產過程中的加熱、烘幹、蒸煮、清洗、溶化、致冷、汽錘和汽泵等操作，城市集（jí）中供熱對（duì）為於節約能源，改善環境，提高人民群眾的生（shēng）活水平，以及降低相關行業的生產（chǎn）成本（běn）與提高生產率有著重要的意義，隨（suí）著城市集中供熱的發展和大批熱電廠的建立，我國的集中供熱已（yǐ）經有了相當的規模。根據使用的熱媒不同，集中供熱分為熱水供（gòng）熱係統和蒸汽供熱係統。其中，蒸汽供熱係統中（zhōng）的蒸汽計量由於事關熱力公司於用戶雙方經濟利益，又是（shì）衡量熱力公司管網效率（lǜ），管網維護水平（píng）的直接依據。因而蒸汽計量的準（zhǔn）確與否是一個十分重要的問題。本文簡述了氬氣流量計等相（xiàng）關測量儀表在集中供熱中蒸汽計量中的原理、係統及（jí）管路安裝狀況，分析了（le）係統在計量、測量過程中產生誤差的（de）原因，以及解決（jué）這些問題的方法（fǎ）。
一、蒸汽（qì）計量的原理及係統
1、流量
流體在單位時（shí）間內流過管道或設備某橫截麵的數量（liàng）稱為流量。該數（shù）量可以用容積，重量和質量來表示。因此，流量可（kě）分別用容積（jī）流量（用Q表示，單位為（wéi）立方米/秒、升/分、立方（fāng）米/時）重量流量（用G表（biǎo）示，單位為公斤/秒、公斤/時或噸/時）質量流（liú）量（用M表示，單位為克/秒、千克/時）
三者的關係是：
M=ρQ
G=γQ
G=gM
其中：ρ——流（liú）量密度
γ——流體的重度（dù）（單位流體的重量）；γ=pg
g——單地重（chóng）力加速度
在生產和科研（yán）中，有時需要知道某（mǒu）一（yī）段時間內流過流體的總量，稱為累積流量，它等於（yú）該時（shí）間內流量對時間的積分。與累積流量相對應的流（liú）量又稱瞬時流量。
2、氬氣流量計
隨著科學技術的發（fā）展，人們對流量檢測精度的要（yào）求也越來越高，自1969年日本（běn）橫河（hé）電機株式會社和美國（guó）Easteen公司幾乎（hū）同時推出**上*批氬（yà）氣流（liú）量計（jì）以來，它就以適用流體種類多（液（yè）體，汽體，蒸汽），精度高，量程比大（100/1），安裝簡單方便，壓（yā）力損失小，使用壽命長，幾乎不受溫度、壓力等變化的（de）影響等優點而受到大家的青睞，並且得到了廣泛（fàn）的使（shǐ）用。其工作原理如下：
旋渦（wō）流量計是利用流體力（lì）學中卡（kǎ）門（mén）渦街（jiē）的原理製作的一種儀表，把一個非流（liú）線型的（de）對稱形狀的物體（如圖：柱體、三角柱體（tǐ）、矩形柱體、六角柱體等，以（yǐ）下簡稱旋渦發（fā）生（shēng）體）垂直插入（rù）管道中，流（liú）體繞過發生體時（shí），出現了分（fèn）離，在旋渦（wō）發生體的左右兩（liǎng）側後方會交替產生（shēng）旋渦，形（xíng）成渦列，如圖（1）所示，左右兩側的旋渦旋轉（zhuǎn）方向相反，這種旋渦（wō）通常稱為卡門渦（wō）街列，也稱卡門渦街。卡門渦街的釋放頻率與流體的流（liú）動速度及柱狀物的寬度有關係，可用下式表示
f=stv/d
f——卡門渦街的釋放（fàng）頻率；
st——係數（稱為卡特羅哈數；）
v——流速；
d——柱狀物的寬度；

圖1
卡門渦街釋放頻率f和流速v成正比。因此，通過測量卡門渦街釋放頻率就（jiù）可算出瞬時流量。卡特羅哈數是無因（yīn）次未知數，是旋渦（wō）流量計的重要係數。
轉換器是把渦街（jiē）道辦（bàn）事處檢測的電荷轉換成脈（mò）衝信號輸出。現使用的是（shì）脈（mò）衝信號輸出。
電路圖下：
圖2
從壓元件（jiàn）輸出的分（fèn）變電荷經過（guò）轉換變成與電（diàn）荷量成正比的（de）電壓。通過加法器，把（bǎ）兩個電荷轉換器輸出的相位（wèi）差180度的電壓相加。可以得到信噪比大的電壓輸出信號輸出。通過AC放大器，低通濾波器進行信號放大和（hé）消除噪聲。史密特整形器能防止由噪聲產生的（de）震（zhèn）蕩。從史密特整形器輸出的（de）信號，通過脈衝輸出放大器，使之轉換成與接收裝置輸入端相（xiàng）適應的脈衝信號。NB（噪聲平衡）的（de）調整是借調（diào）整2片壓電元件輸出中的噪聲分（fèn）的比，使受到噪聲影響*小，得到（dào）信噪比大的信號，對TLA（觸發輸出電平）的調整，起到抑製（zhì）振動等（děng）幹擾作用（yòng）。
3、蒸汽（qì）計量係統的介紹
如圖3所示為目前較為合理的計量係統框圖
圖3
圖中通過熱電阻，壓力變送器測出蒸（zhēng）汽的溫度、壓力，然後與轉（zhuǎn）換器輸出的脈衝信號一起送到智能型蒸汽（qì）流量表，由儀表中單片微機，計算瞬時流量、累積流量及蒸汽溫度、壓力和旋（xuán）渦發生體（tǐ）的頻率值。當（dāng）外供（gòng）電（diàn）源停電時，圖中的逆變電（diàn）源可以自（zì）動向（xiàng）計量係統供電，防止停電時蒸汽無（wú）法計量。加入記（jì）錄儀是為了（le）計錄用（yòng）戶一個月（yuè）中（zhōng）每小時的瞬時（shí）用汽量，便於供熱單位**了解用戶的負荷情況（kuàng），便於（yú）計量收費。同時流量表通過電話（huà）線與上位機相連，一（yī）天24小時不間斷地把用戶用汽的壓力、溫度、瞬時流量、累計流量傳送到上位機上，以便熱（rè）力公司對這些參數進行監控（kòng），以便及（jí）時發（fā）現問題。
4、係統管路安裝情況
圖4為蒸汽計量係統管（guǎn）路示意圖（tú）。圖中1為用戶進汽閥；2旋渦發生體；3為轉換（huàn）器；4為（wéi）壓力變送（sòng）器；5為壓力取（qǔ）樣點；6為溫度取樣點；7為閥門；8為除汙器；9為（wéi）閥門；10為減壓閥；11為安全門。目前渦街蒸汽流量測量係統（tǒng）大多采用如此步（bù）置。
圖4
流量計在設計（jì）上已經考慮到（dào）惡（è）劣條件下（xià）工作，但為了長期保持它的精（jīng）確度和穩（wěn）定性，必須考慮下列因素：環境溫度，環境空氣，機械（xiè）振動與（yǔ）衝擊。
在氬氣流量計安裝時，應在其上遊側配置20D（D為流量計的公稱通徑）以（yǐ）上的直管段（duàn）和下（xià）遊側配置長度為5D以上的直管段。測壓點設置（zhì）在下（xià）遊距離（lí）旋渦發生體（流量計中心線）3.5D～5.5D位置。當需要測量溫度時測溫點設置在下遊側距離旋渦發生（shēng）體6D～8D的位（wèi）置。
二、蒸汽流量的誤差分析
1、兩（liǎng）相（xiàng）流引起（qǐ）的誤差
由氬氣流量計（jì）的原理可得知，目前廣泛使用的卡門氬氣流量計在測量蒸汽時，如果供熱公司輸送到用戶的是過熱蒸汽（qì），則由質量M=ρQ，其中，Q為體積，與卡門渦街的頻率有關；ρ為蒸汽密度，與蒸汽的壓力、溫（wēn）度有（yǒu）關，由公式進行查表補償可以求出瞬時質量流量和累積質量流量。但是，從目前的情況看（kàn），很多（duō）時候，供熱公司輸送到用戶的汽、液兩相共存（cún）的濕飽和蒸（zhēng）汽。這是因為，蒸汽在沿管（guǎn）路流動時，因克服摩擦阻力（lì）和局部（bù）阻力，壓力逐（zhú）漸下降（jiàng），管壁散熱，熱焓逐漸降低，從（cóng）而使蒸汽中含水（shuǐ）。如果準確測量（liàng）質量流（liú）量，應將濕蒸汽的幹度值參（cān）與質量流量的計算。但由卡門（mén）渦街流量表的原理分（fèn）析可知，在汽、液兩相共存（cún）的情況下，智能型蒸汽流量表仍（réng）按蒸汽的體（tǐ）積流量來計算質（zhì）量，水與蒸汽（qì）的密度比相差懸殊，故使測量的質量流量下（xià）降。這是造成供熱公（gōng）司管網損（sǔn）失的*重要原因（yīn）。
2、流量計不當（dāng）造成誤差（chà）
在測量高壓蒸汽（qì）時，如果流量計上（shàng）遊安裝截流閥，且直管段（duàn）20D以內，閥門接近關（guān）閉，而（ér）低壓側與大（dà）氣相通，那就不（bú）可能進行精確測量。另外，安（ān）裝流量（liàng）計的配管內徑（jìng）一般應等於或略大於流量儀表的內徑。如果配管的實際內徑略小於流量儀表（biǎo）內徑（jìng）（3%以內），雖然不會對儀表本身所固有的k值造成影響，但卻因（yīn）流通麵（miàn）積突變引起觀（guān）流速變化而可能（néng）產生附（fù）加測量誤差。
3、溫度變化引起（qǐ）的誤差
儀表係數k通常是在常溫（20℃）左右標定的，如（rú）果被測流體的溫度較高或較低，與常溫相差較大，由於熱（rè）脹冷縮會使（shǐ）儀表表體和旋渦發生體的幾（jǐ）何尺寸發生變化，造成流通麵積變化而引起附加誤差。正確（què）的解決方法是對儀表係數進行補償修正。
此外，由於發生體使用時間過長（zhǎng）而引起迎流麵堆積，或者（zhě）發生體兩棱（léng）邊受到磨損，均會引起附加誤差。 
4、計量儀表選型不合理引（yǐn）起的誤差
我（wǒ）國現有氬氣流量計（jì）生產廠家近40家，這其中不乏粗製濫造的產品，同時，壓力變送器、流量表及熱（rè）電阻的選型都對整個係統的測量精度產生影響。另外，氬氣流量計的口徑選擇要依靠用戶的負荷。溫度壓力差別（bié）不能太大，要綜合考慮。否（fǒu）則會（huì）造成（chéng）計量不（bú）準確。從而引起誤差。
5、蒸汽儀表中氬氣流量（liàng）計（jì）的檢定問（wèn）題
根據**技術監（jiān）察局的（de）有關規定，對於（yú）供熱部門與用戶參與貿易結算的儀（yí）表，每年要進行強檢，對（duì）於沒有檢定或檢定不和格的計量器具，不（bú）準予以使用。目前，多數生（shēng）產廠家出廠檢定設備非常（cháng）簡陋，遠遠不能滿足生產要求。具有法律效力的**蒸汽計量檢定所還為數不多，這（zhè）就大大製約了蒸汽計量的發展。其結果，使大多數（shù）蒸汽貿易結算計量儀表得不（bú）到（dào）定期檢定，使得相當一部分計量儀表（biǎo）超差運行。 
三、蒸（zhēng）汽計量目前還存在的問題 
1、由於氬氣流量計的檢定單位（wèi）太少，造成個別（bié）單位氬氣流量（liàng）計多年未檢定或根本（běn）不知道到哪兒檢定，這樣客觀造成了蒸汽和熱水計量的不準確，解決的辦法是**在各地應盡量（liàng）多建立蒸汽計（jì）量檢定站，以利於（yú）蒸（zhēng）汽計量儀表的檢定。
2、多年來（lái），大部分熱力公司對用戶蒸汽計量儀表（biǎo）采取每日到用戶檢（jiǎn）查，抄表一次的比較被動的（de）管理方式，這（zhè）也是造成個別用（yòng）戶偷汽的主要原（yuán）因。因而及時掌（zhǎng）握熱用戶負荷信息（xī）和熱工儀表的運行情況，實現熱網運行的動態跟蹤、監督和集中調度、控製是我們的當務之急。為了解決這一問題，目（mù）前，大多數熱力公（gōng）司采用現代計算機監控製係統技術來實現熱（rè）網集中測控和科學化管理，通過（guò）微機聯網能及（jí）時發現（xiàn）問題（tí）、處理問題，保（bǎo）證了蒸汽計量的安全、可靠，並提高了現（xiàn）代化管理程度。

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