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氬氣流量計(jì)在集中供熱系統(tǒng)中的蒸汽計(jì)量

點(diǎn)擊次數(shù):2689 發(fā)布時(shí)間:2021-01-08 05:31:19
集中供熱應(yīng)用主要是工業(yè)和民用建筑的采暖、通風(fēng)、空調(diào)和熱水供應(yīng)以及各種生產(chǎn)過程中的加熱、烘干、蒸煮、清洗、溶化、致冷、汽錘和汽泵等操作,城市集中供熱對為于節(jié)約能源,改善環(huán)境,提高人民群眾的生活水平,以及降低相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)成本與提高生產(chǎn)率有著重要的意義,隨著城市集中供熱的發(fā)展和大批熱電廠的建立,我國的集中供熱已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模。根據(jù)使用的熱媒不同,集中供熱分為熱水供熱系統(tǒng)和蒸汽供熱系統(tǒng)。其中,蒸汽供熱系統(tǒng)中的蒸汽計(jì)量由于事關(guān)熱力公司于用戶雙方經(jīng)濟(jì)利益,又是衡量熱力公司管網(wǎng)效率,管網(wǎng)維護(hù)水平的直接依據(jù)。因而蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確與否是一個(gè)十分重要的問題。本文簡述了氬氣流量計(jì)等相關(guān)測量儀表在集中供熱中蒸汽計(jì)量中的原理、系統(tǒng)及管路安裝狀況,分析了系統(tǒng)在計(jì)量、測量過程中產(chǎn)生誤差的原因,以及解決這些問題的方法。
一、蒸汽計(jì)量的原理及系統(tǒng)
1、流量
流體在單位時(shí)間內(nèi)流過管道或設(shè)備某橫截面的數(shù)量稱為流量。該數(shù)量可以用容積,重量和質(zhì)量來表示。因此,流量可分別用容積流量(用Q表示,單位為立方米/秒、升/分、立方米/時(shí))重量流量(用G表示,單位為公斤/秒、公斤/時(shí)或噸/時(shí))質(zhì)量流量(用M表示,單位為克/秒、千克/時(shí))
三者的關(guān)系是:
M=ρQ
G=γQ
G=gM
其中:ρ——流量密度
γ——流體的重度(單位流體的重量);γ=pg
g——單地重力加速度
在生產(chǎn)和科研中,有時(shí)需要知道某一段時(shí)間內(nèi)流過流體的總量,稱為累積流量,它等于該時(shí)間內(nèi)流量對時(shí)間的積分。與累積流量相對應(yīng)的流量又稱瞬時(shí)流量。
2、氬氣流量計(jì)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對流量檢測精度的要求也越來越高,自1969年日本橫河電機(jī)株式會(huì)社和美國Easteen公司幾乎同時(shí)推出**上*批氬氣流量計(jì)以來,它就以適用流體種類多(液體,汽體,蒸汽),精度高,量程比大(100/1),安裝簡單方便,壓力損失小,使用壽命長,幾乎不受溫度、壓力等變化的影響等優(yōu)點(diǎn)而受到大家的青睞,并且得到了廣泛的使用。其工作原理如下:
旋渦流量計(jì)是利用流體力學(xué)中卡門渦街的原理制作的一種儀表,把一個(gè)非流線型的對稱形狀的物體(如圖:柱體、三角柱體、矩形柱體、六角柱體等,以下簡稱旋渦發(fā)生體)垂直插入管道中,流體繞過發(fā)生體時(shí),出現(xiàn)了分離,在旋渦發(fā)生體的左右兩側(cè)后方會(huì)交替產(chǎn)生旋渦,形成渦列,如圖(1)所示,左右兩側(cè)的旋渦旋轉(zhuǎn)方向相反,這種旋渦通常稱為卡門渦街列,也稱卡門渦街。卡門渦街的釋放頻率與流體的流動(dòng)速度及柱狀物的寬度有關(guān)系,可用下式表示
f=stv/d
f——卡門渦街的釋放頻率;
st——系數(shù)(稱為卡特羅哈數(shù);)
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可算出瞬時(shí)流量。卡特羅哈數(shù)是無因次未知數(shù),是旋渦流量計(jì)的重要系數(shù)。
轉(zhuǎn)換器是把渦街道辦事處檢測的電荷轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸出。現(xiàn)使用的是脈沖信號(hào)輸出。
電路圖下:
圖2
從壓元件輸出的分變電荷經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成與電荷量成正比的電壓。通過加法器,把兩個(gè)電荷轉(zhuǎn)換器輸出的相位差180度的電壓相加。可以得到信噪比大的電壓輸出信號(hào)輸出。通過AC放大器,低通濾波器進(jìn)行信號(hào)放大和消除噪聲。史密特整形器能防止由噪聲產(chǎn)生的震蕩。從史密特整形器輸出的信號(hào),通過脈沖輸出放大器,使之轉(zhuǎn)換成與接收裝置輸入端相適應(yīng)的脈沖信號(hào)。NB(噪聲平衡)的調(diào)整是借調(diào)整2片壓電元件輸出中的噪聲分的比,使受到噪聲影響*小,得到信噪比大的信號(hào),對TLA(觸發(fā)輸出電平)的調(diào)整,起到抑制振動(dòng)等干擾作用。
3、蒸汽計(jì)量系統(tǒng)的介紹
如圖3所示為目前較為合理的計(jì)量系統(tǒng)框圖
圖3
圖中通過熱電阻,壓力變送器測出蒸汽的溫度、壓力,然后與轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖信號(hào)一起送到智能型蒸汽流量表,由儀表中單片微機(jī),計(jì)算瞬時(shí)流量、累積流量及蒸汽溫度、壓力和旋渦發(fā)生體的頻率值。當(dāng)外供電源停電時(shí),圖中的逆變電源可以自動(dòng)向計(jì)量系統(tǒng)供電,防止停電時(shí)蒸汽無法計(jì)量。加入記錄儀是為了計(jì)錄用戶一個(gè)月中每小時(shí)的瞬時(shí)用汽量,便于供熱單位**了解用戶的負(fù)荷情況,便于計(jì)量收費(fèi)。同時(shí)流量表通過電話線與上位機(jī)相連,一天24小時(shí)不間斷地把用戶用汽的壓力、溫度、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量傳送到上位機(jī)上,以便熱力公司對這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。
4、系統(tǒng)管路安裝情況
圖4為蒸汽計(jì)量系統(tǒng)管路示意圖。圖中1為用戶進(jìn)汽閥;2旋渦發(fā)生體;3為轉(zhuǎn)換器;4為壓力變送器;5為壓力取樣點(diǎn);6為溫度取樣點(diǎn);7為閥門;8為除污器;9為閥門;10為減壓閥;11為安全門。目前渦街蒸汽流量測量系統(tǒng)大多采用如此步置。
圖4
流量計(jì)在設(shè)計(jì)上已經(jīng)考慮到惡劣條件下工作,但為了長期保持它的精確度和穩(wěn)定性,必須考慮下列因素:環(huán)境溫度,環(huán)境空氣,機(jī)械振動(dòng)與沖擊。
氬氣流量計(jì)安裝時(shí),應(yīng)在其上游側(cè)配置20D(D為流量計(jì)的公稱通徑)以上的直管段和下游側(cè)配置長度為5D以上的直管段。測壓點(diǎn)設(shè)置在下游距離旋渦發(fā)生體(流量計(jì)中心線)3.5D~5.5D位置。當(dāng)需要測量溫度時(shí)測溫點(diǎn)設(shè)置在下游側(cè)距離旋渦發(fā)生體6D~8D的位置。
二、蒸汽流量的誤差分析
1、兩相流引起的誤差
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(jì)在測量蒸汽時(shí),如果供熱公司輸送到用戶的是過熱蒸汽,則由質(zhì)量M=ρQ,其中,Q為體積,與卡門渦街的頻率有關(guān);ρ為蒸汽密度,與蒸汽的壓力、溫度有關(guān),由公式進(jìn)行查表補(bǔ)償可以求出瞬時(shí)質(zhì)量流量和累積質(zhì)量流量。但是,從目前的情況看,很多時(shí)候,供熱公司輸送到用戶的汽、液兩相共存的濕飽和蒸汽。這是因?yàn)椋羝谘毓苈妨鲃?dòng)時(shí),因克服摩擦阻力和局部阻力,壓力逐漸下降,管壁散熱,熱焓逐漸降低,從而使蒸汽中含水。如果準(zhǔn)確測量質(zhì)量流量,應(yīng)將濕蒸汽的干度值參與質(zhì)量流量的計(jì)算。但由卡門渦街流量表的原理分析可知,在汽、液兩相共存的情況下,智能型蒸汽流量表仍按蒸汽的體積流量來計(jì)算質(zhì)量,水與蒸汽的密度比相差懸殊,故使測量的質(zhì)量流量下降。這是造成供熱公司管網(wǎng)損失的*重要原因。
2、流量計(jì)不當(dāng)造成誤差
在測量高壓蒸汽時(shí),如果流量計(jì)上游安裝截流閥,且直管段20D以內(nèi),閥門接近關(guān)閉,而低壓側(cè)與大氣相通,那就不可能進(jìn)行精確測量。另外,安裝流量計(jì)的配管內(nèi)徑一般應(yīng)等于或略大于流量儀表的內(nèi)徑。如果配管的實(shí)際內(nèi)徑略小于流量儀表內(nèi)徑(3%以內(nèi)),雖然不會(huì)對儀表本身所固有的k值造成影響,但卻因流通面積突變引起觀流速變化而可能產(chǎn)生附加測量誤差。
3、溫度變化引起的誤差
儀表系數(shù)k通常是在常溫(20℃)左右標(biāo)定的,如果被測流體的溫度較高或較低,與常溫相差較大,由于熱脹冷縮會(huì)使儀表表體和旋渦發(fā)生體的幾何尺寸發(fā)生變化,造成流通面積變化而引起附加誤差。正確的解決方法是對儀表系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償修正。
此外,由于發(fā)生體使用時(shí)間過長而引起迎流面堆積,或者發(fā)生體兩棱邊受到磨損,均會(huì)引起附加誤差。 
4、計(jì)量儀表選型不合理引起的誤差
我國現(xiàn)有氬氣流量計(jì)生產(chǎn)廠家近40家,這其中不乏粗制濫造的產(chǎn)品,同時(shí),壓力變送器、流量表及熱電阻的選型都對整個(gè)系統(tǒng)的測量精度產(chǎn)生影響。另外,氬氣流量計(jì)的口徑選擇要依靠用戶的負(fù)荷。溫度壓力差別不能太大,要綜合考慮。否則會(huì)造成計(jì)量不準(zhǔn)確。從而引起誤差。
5、蒸汽儀表中氬氣流量計(jì)的檢定問題
根據(jù)**技術(shù)監(jiān)察局的有關(guān)規(guī)定,對于供熱部門與用戶參與貿(mào)易結(jié)算的儀表,每年要進(jìn)行強(qiáng)檢,對于沒有檢定或檢定不和格的計(jì)量器具,不準(zhǔn)予以使用。目前,多數(shù)生產(chǎn)廠家出廠檢定設(shè)備非常簡陋,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)要求。具有法律效力的**蒸汽計(jì)量檢定所還為數(shù)不多,這就大大制約了蒸汽計(jì)量的發(fā)展。其結(jié)果,使大多數(shù)蒸汽貿(mào)易結(jié)算計(jì)量儀表得不到定期檢定,使得相當(dāng)一部分計(jì)量儀表超差運(yùn)行。 
三、蒸汽計(jì)量目前還存在的問題 
1、由于氬氣流量計(jì)的檢定單位太少,造成個(gè)別單位氬氣流量計(jì)多年未檢定或根本不知道到哪兒檢定,這樣客觀造成了蒸汽和熱水計(jì)量的不準(zhǔn)確,解決的辦法是**在各地應(yīng)盡量多建立蒸汽計(jì)量檢定站,以利于蒸汽計(jì)量儀表的檢定。
2、多年來,大部分熱力公司對用戶蒸汽計(jì)量儀表采取每日到用戶檢查,抄表一次的比較被動(dòng)的管理方式,這也是造成個(gè)別用戶偷汽的主要原因。因而及時(shí)掌握熱用戶負(fù)荷信息和熱工儀表的運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)跟蹤、監(jiān)督和集中調(diào)度、控制是我們的當(dāng)務(wù)之急。為了解決這一問題,目前,大多數(shù)熱力公司采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)監(jiān)控制系統(tǒng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)集中測控和科學(xué)化管理,通過微機(jī)聯(lián)網(wǎng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、處理問題,保證了蒸汽計(jì)量的安全、可靠,并提高了現(xiàn)代化管理程度。

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