能量计量与能源管理.doc

北京博思达新世纪测控技术有限公司能量计量与能源管理周国祥王京安北京博思达新世纪测控技术有限公司北京100029摘要本文介绍了我国燃气（天然气、煤气），载能工质（热水、蒸汽）的计量现状以及国内外采用能量计量的发展趋势，在论述采用能量计量科学性、合理性的基础上，分析了我国推广能量计量技术方面的可行性和在能源管理方面的必要性。关键词能量计量标准发热量 焓值1前言传统上流体的计量都是采用计量参比条件下的体积流量或质量流量，对一般流体而言，这无疑是正确的，但对作为能源（或二次能源）的流体的计量则是不科学的、不合理的。道理很简单，我们使用燃气是要用其所含热量，不同燃气的发热量是不同的，甚至是差别很大的。又如载能工质（水蒸气），不同温度、压力下其焓值也是不同的，因此水蒸汽流过多个用热设备后，虽然质量未变，但焓已有很大变化。因此，对能源的计量若用传统的计量方法是不能准确评价用能设备的能耗及效率，只有能源的能量计量才能对能耗做出科学的评价。目前，流体的能量计量在技术上已日臻成熟，欧美国家在天然气的计量上已普遍采用能量计量，在我国热水热量计量己在推广之中。推动我国能量计量的实施，对指导我们合理应用能源、节约能源具有重要意义。2流体计量的现状分析2.1燃气(天然气、煤气)计量的现状天然气、煤气是应用最为广泛的可燃气体（简称燃气），它们都是多种气体组成的混合物，这些组成中既有可燃成份，也有不可燃成份。例如天然气既有可燃的烃类物质，也有不可燃的氮气、二氧化碳等，各种不同的烃类物质其发热量又有很大差异，所以组份不同,其发热量是不同的。GB/T13611-92 城市燃气分类中就把天然气分为五类，其沃泊指数在范围内。我国幅员辽阔，各地生产的天然气由于组份的不同，发热量是大相径庭的，即使同一地生产的天然气其组分也不是保持不变的，因而发热量也是变化的。人工煤气也是一样，焦炉煤气的发热量是高炉煤气发热量三倍多。但是，由于历史及技术原因，我国燃气计量几乎全采用体积或质量计量。这种方法由于和介质发热量无关，对燃气“按质论价”无从谈起，因而容易引发贸易纠纷，同时也给能源管理造成混乱。2.2载能工质(热水,水蒸汽)计量现状水蒸汽、热水是应用最广泛的载能工质，它用于采暖、加热、烘干、蒸煮、清洗、消毒、溶化，或作动力拖动机械设备（如汽锤、汽泵）。据不完全统计，我国年产蒸汽20亿吨以上，在总的能源消耗中佔了很大比重，所以载能工质水蒸汽、热水的能量计量必须给予足够重视。水蒸汽和热水目前采用质量(或体积)计量，而温度、压力不同的热水和水蒸汽，焓值是不同的，以水蒸气为例，压力为0.8MPa，温度为180，其焓值为2.7911MJ/kg，压力为0.8MPa,温度为220，其焓值为2.8842MJ/kg两者相差3.2，实际使用的蒸汽温度范围更大，其焓值的差别更大，用消耗蒸汽质量来评价用能设备或用能单位的耗能，显然是不合理的。当前，我国已从高投入、高消耗的粗放型经济向低消耗、低污染的效益型经济转型，传统的计量方法显然与我国经济、社会发展不相适应。2.3能源的能量计量正在成为一种趋势目前使用的能源大多是不可再生的，因此世界范围能源的紧缺越来越严重，所以除寻找新能源外，节约能源是各国都必然要采取的措施。欧美国家天然气的计量上普遍采用了能量计量方法，在一个计费区内，用色谱测量天然气组份，一天测量数十次，计算出一天发热量的算术平均值或加权平均值，从而计算出消耗的能量，作为该计费区结算的依据。热水、蒸汽采用入户热量计，计量消耗的热量。我国在能源的能量计量上与欧美各国相比有较大差距，已引起有关单位的注意，例如，SY/T6143-2004用标准孔板流量计测量天然气流量已把天然气的能量计算实用公式写入标准中，为天然气气的能量计量作了技术的准备。又如中国海洋石油总公司与美国ARCO公司合作开发的海南崖13气田,目前卖给香港中华电力公司的天然气就是采用能量计量。我国方地区广泛应用热水采暖，几乎都是采用按采暖面积收费的办法，这既不合理也不利于节约能源。多年来，广大用户及业内人士呼吁安装热量计，用分户收费代替按面积收费。近年来已有数十个厂家的热水热量计问世，已建成或正建设一批热量计校验系统。北京将以大型公共建筑为突破口推进热计量改革，改革的核心就是变按采暖面积收费为按消耗热量收费。3流体的能量计量技术己日臻成熟3.1要实现流体的能量计量，首先要有相应标准的支持，GB/T-11062-1998天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法提供了计算天然气发热量完整的计算公式，SY/T6143-2004用标准孔板流量计测量天然气流量中还给出了能量流量的计算公式，对天然气发热量还提出可直接测量或按天然气摩尔组份进行计算两种方法。水和水蒸气的焓值，目前有两个公式可以遵循，一个是由第六届国际水蒸汽性质会议的国际公式化委员会（IFC）拟定的“工业用1967年IFC公式”，另一个是1997年在德国(Erlangen)召开的水和水蒸汽国际联合会(IAPWS)拟定的IAPWS-IF公式。3.2当然，实现流体的能量还有一个问题必须解决，就是要提供燃气的摩尔组份，这需要有色谱仪，色谱仪价格昂贵，要求用能单位都配备色譜仪显然是不经济的、不现实的。为了解决这问题，中国计量院等单位共同开发了“天然气气值数据发布系统“，用户可从网上查阅当天或近期的各计费区的天然气组成等物性参数，该系统目前正在北京东郊门站、河南郑州等地进行试验，该系统的研制为在全国推广天然气能量计量做了重要的技术准备。3.3随着流量检测技术的提高，特别是流量计算机和网络技术的成熟与普及，流体的能量计量已经不存在技术障碍了。一般情况下，采用原有的一次检测设备，仅通过升级二次设备的软件即可实现能量计量，而无需大规模的设备投资。另外，网络技术在未来的能量计量中将发挥不可或缺的作用，在网络建设或改造中，充分考虑能量计量功能的需要，合理配置资源，必然会收到事半功倍的效果。4 能量计量是提升能源管理水平的需要我国政府己提出了“能源开发与节约并重，把节约放在首位”的方针，把节能作为企业的考核指标，层层贯彻。然而，加强能源管理，提高用能设备的效率，落实各项节能措施，都离不开能源计量。实施能源能量计量，不仅已经或正在成为能量管理者的共识，也是能源管理的现实需要。举例说明。例一：某石化企业过热蒸汽（350、3.7Mpa，其焓值为3.102MJ/kg），采用阶梯式循环运行方式，及蒸汽经过两级（或多级）装置做功，蒸汽（仍是过热蒸汽）的温度、压力逐级降低，焓值也逐级下降，但流经各级装置的质量流量不变。以质量流量做为结算单位，难以进行单套装置的能耗考核和独立的成本核算。另外，末级出口的蒸汽（140、0.35Mpa，其焓值为2.7332MJ/kg），而一级装置入口蒸汽（350、3.7Mpa，其焓值为3.102MJ/kg）其焓值相差12%，如果不用能量计量，而价格又没差异，末级的蒸汽用户当然要有强烈反应！例二：石化、化工、冶金以及城市供热等行业的蒸汽管网上存在不容忽视的热损耗，但由于采用质量计量，对于这部分热损耗无法进行定量的评估，这样不仅不能对管道保温维护周期提供依据，也无法对这部分热损耗进行科学的核算和合理的分摊，这是供热领域内的一个敏感话题。例三：在冶金行业常采用焦炉煤气与高炉煤气（或多种煤气）进行混合，供给燃气设备，其混合比和用气量（体积流量），根据气源和燃气设备的情况，时有调整，由于两种（多种）煤气发热量差别很大，计量混合煤气的体积量不能准确描述该燃气设备的能耗，更无法保证和评价燃气设备的热效率。同时，不少煤气使用单位反映煤气发热量低，靠增大流量满足生产。在能耗逐级考核的今天，煤气使用单位呼吁煤气采用能量计量是不无道理的