弯管流量计在供热计量中的应用分析.doc

弯管流量计在供热计量中的应用分析来源：中国流量仪表网 发布时间：2009-12-20 13蒸汽作为地方热力市场的一种特殊商品进行生产与销售，蒸汽计量的准确与否直接关系到热电厂与热用户双方的切身利益，因此厂商与用户十分重视。供热计量中的优化选型、正确安装与维护，也就成为热电厂计量技术工作的重点之一。 孔板流量计作为一种历史悠久的计量仪表具有许多优点，但存在压力损失大、量程比小、小流量计量误差大的先天缺陷，已很难满足我公司生产与经营的技术要求。因此1998年改用弯管流量计对热电机组的一抽孔板流量计实施了技术改造，取得了较好的效益。 1 供热机组原一抽蒸汽计量装置存在的主要问题 公司的两台C15-49/0.98抽凝式汽轮发电机，设计抽汽参数为0.98MPa、310（实际运行参数为1.0MPa、330左右，峰负荷时一抽蒸汽高达350）。单机额定抽汽量50t/h，最大抽汽量可达到75t/h。汽机一抽管道直径设计为426mm，一抽蒸汽流量计原设计的是孔板流量计，量程为30t/h。 投产几年来，实际使用出现两个主要问题：一是计量误差大。这种传统的差压式流量计，本身量程比仅为1:3，流量低于量程的1/3时计量误差更大。区域性热电厂外供热负荷季节差大（1:2以上），日峰谷差更大。以该公司2002年冬季（12月5日）供热高峰季节的日供热负荷曲线为例，日供热量为1264t，日平均负荷59t/h，峰负荷超出88t/h，谷负荷仅为17t/h，供热峰谷比达到5:1。由于供热负荷的峰谷差较大，如果仍用原孔板流量计，峰负荷大大超出量程时，即使扩大量程到75t/h，谷负荷时的小流量（比量程的1/3还小8t/h）计量又不准，测量精度无法保证。所以，孔板提供的数据只能作为一种参考。二是孔板流量计节流装置难以维护。几年来因孔板流量计法兰泄漏而停机检修的事件多次发生，在造成大量浪费的同时也给正常生产和经营带来了许多麻烦。 2 一抽流量计改造技术调研与弯管流量计的计量原理 2.1 一抽流量计技术改造项目的调研 为了解决抽汽出口的蒸汽计量问题，公司领导研究决定，由生产部牵头组织一抽流量计技术改造项目的调研工作。我们调研了较长一段时间，市场上流量计的种类虽然很多，但大多无法满足抽汽出口计量的特殊要求。阿牛巴流量计、旋翼式流量计精度低，新崛起的涡街流量计尽管量程比大（测量的流量上下限之比可达到1:15），测量精度高（计量精度可达1.0级），但涡街流量计在耐高温、抗振动方面仍有不足之处，尤其是对测量介质的温度不得大于350的限制（即使不高于350，探头长期在高温环境工作，使用寿命也大大降低），面对经常超出350的一抽蒸汽，也只能“望而却步”。 河北理工学院研制的弯管流量计（重点国家级火炬计划项目）具有主体结构简单、无附加阻力损失、测量精度高（1.0级）、量程比大（1:10）、耐高温、耐高压、抗振性能好、直管段要求短等特点，比较适合抽汽出口的蒸汽计量。我们决定以弯管流量计实施一抽流量计的技术改造项目。2.2 弯管流量计测量原理 众所周知，蒸汽流量的测量一般都是间接测量，首先测得一个与速度相关的量。再利用数学公式计算出蒸汽在管道内的流速，乘以管道截面积就得到体积流量，称为qv（单位为m3/s或m3/h），而蒸汽作为商业结算的单位通常都是吨数，它还必须由体积流量乘以蒸汽的密度才能计算出来。若要准确计量，就必须考虑蒸汽密度的变化，即必须进行蒸汽计量的在线温度与压力的补偿。 弯管流量计与孔板流量计同属于差压式流量计。它是由90标准弯管传感器、差压变送器、压力变送器、温度变送器以及ZWLY系列主机配套组成的测量系统。弯管流量计与孔板流量计测量系统关键的区别就是安装在管道上的传感器不同，弯管流量计的一次传感元件是按一定规格加工成外型类似标准90直角弯头，无插入件和节流件，在弯头内外侧的45中心处开两个取压口。其测量原理是当一定流速的流体流经弯管时，受到弯曲管道的限制，流体被迫作圆周运行。根据流体能量守恒定律，由于流过弯管外侧的流体流速较内侧低，就形成了弯管内外侧流体的压力差。因此，通过测量弯管内外侧压差的大小即可算出流体的流速。另外由于流过弯管传感器的流体密度可通过流体的温度、压力来精确测定，从而进一步获得准确的质量流量。流体流经弯管的平均流速与惯性离心力的关系可用如下数学表达式： 式中： 为平均流速；为流量系数；R为弯管曲率半径；D为弯管内径；为介质密度；p为弯管的内外侧压差。 2.3 弯管流量计技术参数以及现场的施工设计 （1）合理选择弯管传感器的口径。任何流量计均存在小流量问题。弯管流量计虽然其流量系数具有不随流速变化而变化的优点，相对其它流量计小流量性能好。但考虑到配套差压变送器等设备的可靠工作范围限制，仍存在一个小流量工作下限，即流速5m/s（弯管测蒸汽流速范围5120m/s）。依据我公司热电机组一抽的额定与最大抽汽能力，结合目前的运行工况，没有按原管径（DN400）选择，而选用DN350弯管流量计，将一抽流量测量管径进行缩管，保证谷负荷时段低流速时的计量准确。这样当流速为5m/s时，流量为6.968t/h；流速为60m/s时，流量为73.165t/h。完全满足公司计量需要。 （2）根据现场一抽管道的条件和流量计在管道中的前后直管段的要求，设计弯管流量计的实际安装位置。由于我公司一抽蒸汽主管道布置在运行7m层以下，空间很挤，无法水平布置，2#抽汽出口弯管流量计安装在垂直管道上（孔板要求前20D后10D，现场很难找到理想的安装位置。而弯管流量计对直管段要求很短，前5D后2D甚至更短，安装条件很容易满足）。 3 弯管流量计在我公司运行的概况与效益分析 3.1 弯管流量计运行的概况 我公司于1998年与1999年利用机组大修的机会分别对1#和2#机组的一抽流量计作了技术改造，用弯管流量计取代了老式的孔板流量计。自技术改造以来弯管流量计在我公司运行良好。 （1）计量准确可靠 我公司对外供热的4条主干线出口流量计都是上海横河的涡街流量计，全部经过江苏省流量检测中心的检定，在一年当中，汽机一抽出口与4条主干线出口的偏差小于1.5%，为我公司供热的生产与经营经济核算提供了可靠依据。 （2）流量计运行稳定 弯管传感器维修工作量几乎为零，差压变送器与温度、压力补偿及主机系统维护工作量也很少。技改几年来从未因一抽流量计故障而停机检修。 3.2 效益分析 从弯管流量计运行几年来，既节省了维护费用，又避免了停机检修的经济损失。准确计量为对外供热的生产经营经济核算发挥了很大作用。以精确的数据指导我们重新分析我公司过去对外供热的回收率，用科学的手段去抓供热的计量管理，使我公司对外供热的回收率从60%左右提高到目前的90%。公司年外供热2030万t的蒸汽，吨蒸汽价格为100元，经统计由于因表计量误差减少而取得的效益为600万元/年。 另外弯管传感器没有孔板那样的节流装置，无附加压力损失，既不影响蒸汽品质，又扩大了供热半径，增加了许多远端用户，获得良好的经济效益和社会效益。 4 弯管流量计的特点 （1）无附加压力损失。弯管流量计结构简单，无任何附加节流件或插入件，因此无附加压力损失，输出蒸汽品质高，节约能源。 （2）量程比大，精度高，小流量性能好。弯管流量计的量程比为1:10，弯管流量计系统准确度优于1级，其完善的冷凝液位技术，保证了小流量的高精度测量。因此弯管流量计在区域性地方热电厂机、炉主蒸汽计量与供热总管（流量波动大）中的计量具有更大优势。 （3）耐磨损，一次传感器装置免维护，寿命长。流体只对弯管口径产生微小变化，对流量测量影响很小，所以弯管传感器无需定期检修。由于可以采用焊接式安装，不会产生泄漏，无任何维修量，其寿命与主管道相同。 （4）耐高温，耐高压，耐冲击，耐振动。弯管流量计和孔板流量计在较高的温度与压力下均可长期稳定运行，但孔板流量计孔板平面易变形，需定期更换，否则会产生较大误差。涡街流量计的测量介质温度不得高于350，而其测量的信号是频率信号，管道振动会作为一个附加信号造成测量误差。 （5）传感器口径范围宽，前后直管段要求不严格，流量计现场容易布置。弯管流量计应用口径已达DN10DN1600。对于前后直管段的要求，弯管只需保证前5D后2D甚至更小。 5 应注意的几个问题 （1）弯管流量计虽然测量范围较宽，但仍有下限流速，因此要根据实际流量范围选择合适的弯管内径，确保小流量的准确计量。 （2）由于没有节流件，流体流经弯管传感器时差压较小（低流速时尤为突出），应选择高精度差压变送器与其配套。蒸汽计量与流速和密度有关。因此测量过热蒸汽时须带温度、压力补偿，测饱和蒸汽只须温度补偿即可。 6 结束语 如上所述，盐城热电有限公司以弯管流