摘要：有關(guān)熱網(wǎng)計(jì)量設(shè)備方面的新技術(shù)、新設(shè)施的發(fā)展與應(yīng)用課題，商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)應(yīng)用技術(shù)。蒸汽過(guò)程流量計(jì)結(jié)合計(jì)量法、供用熱合同、管理維護(hù)監(jiān)測(cè)等要求，逐步發(fā)展成現(xiàn)行蒸汽結(jié)算流量計(jì)量裝置。

1、工業(yè)供熱中蒸汽流量計(jì)的發(fā)展與現(xiàn)狀

目前，我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱已經(jīng)成為工民用熱主要熱源，在工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)隨處可見(jiàn)一條條供熱管道，一些熱電企業(yè)可向300-500戶企業(yè)供熱，單線供熱管道長(zhǎng)度30km-40km，常熟某熱電廠三條主線長(zhǎng)度已超100km，所有管線長(zhǎng)度已超350km，用戶達(dá)400家，管網(wǎng)運(yùn)行管損10%左右。

（1）大口徑遠(yuǎn)距離輸送。比如：DN400～DN800管徑輸送距離在8～30km，有的區(qū)域網(wǎng)間管線甚至達(dá)到40km輸送管道。

（2）運(yùn)行方式多為遠(yuǎn)距離、偏離設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行方式，比如：低負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行。

（3）商業(yè)結(jié)算表計(jì)大部分采用渦街流量傳感器居多，按質(zhì)量流量計(jì)量。

（4）大部分熱網(wǎng)采用了熱網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)，使用了GPRS信號(hào)傳輸、預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。如南通萬(wàn)寶的具有預(yù)付費(fèi)、多重防雷防盜、分時(shí)計(jì)費(fèi)、故障診斷、容錯(cuò)自動(dòng)切換、斷電計(jì)量、斷電判斷、協(xié)議計(jì)量、啟停診斷等。

（5）供用熱結(jié)算流量裝置都按合同約定進(jìn)行了超量程處理等措施，對(duì)管損進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膹浹a(bǔ)，這些功能稱為“協(xié)議計(jì)量”。

商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)與過(guò)程蒸汽流量計(jì)已經(jīng)完全不同，商業(yè)結(jié)算流量計(jì)不僅包含過(guò)程蒸汽流量計(jì)，而且包含了大量供用熱計(jì)量管理內(nèi)容，如供用熱雙方合同條款在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)結(jié)算、啟停操作控制，還包含了了解用熱人的經(jīng)營(yíng)狀況。蒸汽流量計(jì)量技術(shù)比較成熟，但成為商業(yè)結(jié)算后，計(jì)量數(shù)值跟蒸汽款項(xiàng)成比例，所以在供用熱結(jié)算中，商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)時(shí)常不能工作在流量計(jì)量程范圍內(nèi)與設(shè)計(jì)工況條件下，如用熱人有意不準(zhǔn)確申報(bào)量程范圍與用汽方式、供熱工況改變由過(guò)熱蒸汽變?yōu)楹枯^大濕蒸汽狀態(tài)等，這些現(xiàn)象均造成了過(guò)程流量計(jì)不準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)甚至不能工作。因此，商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)更多內(nèi)容要表現(xiàn)在人的行為規(guī)范上，供用熱雙方的合同、企業(yè)的管理制度等都變成技術(shù)問(wèn)題參與流量裝置的組態(tài)中。

2、商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)“協(xié)議計(jì)量”功能的實(shí)現(xiàn)

商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)的積算儀時(shí)常支持協(xié)議上限計(jì)量、協(xié)議下限計(jì)量、溫壓容錯(cuò)等等。

（1）協(xié)議上限計(jì)量：為鼓勵(lì)用戶計(jì)劃用能不超過(guò)設(shè)定范圍運(yùn)行。供需雙方可約定某**量為“流量上限”，并商定“協(xié)議系數(shù)”，當(dāng)實(shí)際流量超過(guò)約定“流量上限”時(shí)，對(duì)超出部分按照乘以“協(xié)議系數(shù)”的值進(jìn)行計(jì)量。

（2）協(xié)議下限計(jì)量：任何流量計(jì)都有保證精度的*小流量，如果流量進(jìn)一步減小，將會(huì)出現(xiàn)靈敏度喪失，或被當(dāng)作小信號(hào)切除。這對(duì)供熱單位是不利的。為防止效益的流失，供需雙方可約定某**量為“流量下限”。在實(shí)際流量小于流量約定值時(shí)。按約定值進(jìn)行計(jì)量。(流量停止或流量信號(hào)小于設(shè)定的小信號(hào)切除時(shí)，儀表計(jì)量仍為零)

（3）溫壓容錯(cuò)：溫度、壓力補(bǔ)償信號(hào)測(cè)量量異常時(shí)，用對(duì)應(yīng)的手動(dòng)設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。上述功能在流量積算儀中都比較容易實(shí)現(xiàn)，但是他們的驅(qū)動(dòng)（觸發(fā)）信號(hào)是什么？我們逐一討論，不妨先舉一個(gè)例子：供用熱合同約定，需方蒸汽參數(shù)為：溫度＞150℃，壓力＞0.4Mpa，流量3-6t/h。以渦街流量計(jì)為例（差壓流量計(jì)類似），怎么選型呢？如果按照*大流量選型，有利于下限精度保證，而超上限具體量判斷就無(wú)法判斷；如果按照*大流量1.5倍選型，有利于超上限具體量判斷，而下限精度保證就不利；針對(duì)這現(xiàn)象，需綜合考慮，建立判斷流量超上限的模型。

3、商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)量系統(tǒng)物理模型

一般渦街流量傳感器要求安裝在與其相同管徑的直管段上，不同廠家前后直管段要求略有不同，但都是要求越長(zhǎng)越好。如是測(cè)定質(zhì)量流量，通常增加溫度與壓力補(bǔ)償測(cè)定，其中取壓元件大部分要求在渦街傳感器前面，溫度測(cè)點(diǎn)布置在后面，如圖例1所示。

流量積算儀中蒸汽質(zhì)量流量計(jì)算表達(dá)式： F=1/kα*k*f/kt*R1

F---瞬時(shí)流量 kα---流量系數(shù)非現(xiàn)行補(bǔ)償系數(shù)（雷諾數(shù)補(bǔ)償）

k---補(bǔ)償系數(shù)（使用狀態(tài)密度）f---測(cè)定流量頻率輸入信號(hào)

R1---瞬時(shí)流量單位時(shí)間校正系數(shù) kt---頻率式流量計(jì)流量系數(shù)

其中：補(bǔ)償系數(shù)k是蒸汽溫度與壓力的函數(shù)。

因蒸汽管道都采取保溫設(shè)施，并距離比較小，不妨把流量計(jì)測(cè)量段看作絕熱的過(guò)程，按照流體力學(xué)知識(shí)，為可壓縮的蒸汽，確定管網(wǎng)物理特性（密度、粘度）與操作參數(shù)（壓力、溫度、流量）的關(guān)系，形成管網(wǎng)水力學(xué)模型，得到管段壓降與流量的關(guān)系建立水力學(xué)模型，為了簡(jiǎn)化分析，取壓力損失作為分析對(duì)象。根據(jù)渦街流量計(jì)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)提供的壓力損失計(jì)算表達(dá)式：

p=108E-5*ρf*v2 或 p=135*ρf*Qf2/D4

式中：p--壓力損失（kpa） ρf--工作狀態(tài)下的密度（kg/m³）v流速（m/s） Qf--實(shí)際流量（m³/s）D--內(nèi)徑（mm）

所以，流過(guò)流量傳感器的蒸汽質(zhì)量流量、壓力損失均與體積流量有關(guān)。

4、蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)模型分析

先看一個(gè)實(shí)例：我公司熱網(wǎng)一用戶，蒸汽流量計(jì)采用高溫型渦街傳感器DN100，蒸汽壓力為0.6mpa，溫度為210℃，密度為2.773kg/方，傳感器處流速為80米/秒，計(jì)算壓力損失如下：

p=108E-5*ρf*2 =108E-52.7738080=19.2kpa

根據(jù)壓力損失計(jì)算表達(dá)式，蒸汽通過(guò)渦街流量傳感器的壓力損失與通過(guò)渦街流量傳感器的流量平方成正比，因此可以通過(guò)測(cè)量渦街流量傳感器前后的差壓來(lái)判斷渦街流量傳感器的工作狀況，特別是在量程上限時(shí)，一般流速大于60米/秒時(shí)，壓差達(dá)10kpa級(jí)，所以取壓正確還是可以保證精度。經(jīng)渦街傳感器前后差壓修正的模型見(jiàn)圖例2。

5、帶差壓判斷蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的功能-協(xié)議計(jì)量功能

采用渦街傳感器前后壓差判斷送進(jìn)流量積算儀（二次表），流量積算儀功能如下：

（1）低下限流量處理：根據(jù)溫度、壓力、差壓變化，小流量時(shí)按“協(xié)議下限”功能計(jì)量，*簡(jiǎn)單操作辦法，在合同*好約定不用汽時(shí)必須關(guān)閉流量計(jì)前總閥門(mén)，否則積算儀在壓力＞0.1mpa、溫度＞100℃時(shí)就按照小流量計(jì)量。

（2）超上限流量處理：因渦街流量計(jì)通常是超過(guò)量程上限時(shí)，測(cè)定顯示值反而減小，但是差壓與流速平方成正比，很容易判斷超流量時(shí)流量，實(shí)現(xiàn)超流量時(shí)超出部分翻倍計(jì)量，超流量時(shí)按“協(xié)議上限”功能計(jì)量。*簡(jiǎn)單的實(shí)踐驗(yàn)證辦法，在安裝時(shí)開(kāi)大流量計(jì)后閥門(mén)逐步增加流量至*大流量時(shí)對(duì)應(yīng)差壓設(shè)入流量積算儀作為上限值。

（3）測(cè)定值超差處理：根據(jù)流量顯示值與差壓顯示值長(zhǎng)期記錄、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比，當(dāng)壓力損失計(jì)算值與流量值之間對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化時(shí)，可以快速判斷流量傳感器工作是否正常。通過(guò)帶差壓判斷蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)的模型，能彌補(bǔ)渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量時(shí)，在下限流量以下測(cè)量不到與在上限流量時(shí)測(cè)量值變小以及流量傳感器超差時(shí)計(jì)量不準(zhǔn)的特性的不足，提出了判斷與補(bǔ)償措施，實(shí)現(xiàn)了商業(yè)計(jì)量結(jié)算。

6、建立商業(yè)結(jié)算蒸汽流量計(jì)的運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)

為了采用帶差壓判斷蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)能夠更好實(shí)現(xiàn)協(xié)議計(jì)量功能，需要計(jì)量管理系統(tǒng)建立運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)現(xiàn)或懷疑表計(jì)運(yùn)行異常時(shí)，調(diào)用歷史數(shù)據(jù)、對(duì)比分析，在實(shí)踐中不斷總結(jié)、完善。