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0、前言
蒸汽作為鋼鐵企業(yè)的重要?jiǎng)恿δ茉粗?，?jì)量的準(zhǔn)確性及有效性直接影響到能源的利用水平，對(duì)鋼鐵企業(yè)內(nèi)部提高能源利用率，降低消耗、差損有著重要的意義。文章結(jié)合萊鋼蒸汽能源供應(yīng)現(xiàn)狀，對(duì)影響現(xiàn)有流量計(jì)準(zhǔn)確性的因素進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，并提出整改措施。
1、萊鋼蒸汽流量計(jì)量現(xiàn)狀分析
目前萊鋼現(xiàn)有各類蒸汽發(fā)生鍋爐22 臺(tái)/套，蒸汽發(fā)生量在1100～1550 t /h 之間。共配備用于廠際間結(jié)算的蒸汽流量計(jì)共有81 套，其中余熱回收蒸汽流量計(jì)量10 套，鍋爐蒸汽產(chǎn)量表22 套，主要用于全公司46 個(gè)單位的蒸汽結(jié)算。根據(jù)GB17167 － 2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》要求，蒸汽介質(zhì)進(jìn)出用能單位能源計(jì)量器具配備率達(dá)到，進(jìn)出主要次級(jí)用能單位能源計(jì)量器具配備率達(dá)到80%，主要用能設(shè)備能源計(jì)量器具配備率達(dá)到70%，蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確度等級(jí)要求為2． 5。但受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、能源計(jì)量?jī)x表投資費(fèi)用、各單位能源計(jì)量重視程度不同，蒸汽流量計(jì)配備率和運(yùn)行狀況也呈現(xiàn)出不同態(tài)勢(shì)。目前全公司范圍內(nèi)尚有部分用戶點(diǎn)未實(shí)行儀表計(jì)量。這些用戶點(diǎn)主要集中在食堂、澡堂及采暖用汽幾個(gè)等方面。
根據(jù)蒸汽使用時(shí)段的變化情況，用戶主要分為常年用汽和季節(jié)性用汽用戶兩種。常年用汽單位用蒸汽量較穩(wěn)定，主要是生產(chǎn)工序用汽; 季節(jié)性用汽單位用汽量往往集中在冬季采暖季中，蒸汽主要用途是用于供暖和室外設(shè)備保溫。常年用汽單位的數(shù)量占到總用戶量的40%左右，而用汽量往往達(dá)到總量的80%以上。因此，各用戶間用汽量不平手平衡的問題較為突出。同時(shí)受到蒸汽汽源與各用戶間距離不同的影響，沿途壓降損失不同，故蒸汽流量計(jì)一般都安裝在用戶側(cè)，以在能源結(jié)算中抵消由于差損導(dǎo)致的用戶損失。
鑒于萊鋼各蒸汽用戶流量計(jì)運(yùn)行狀態(tài)存在較大差異，管道管徑、用汽量、蒸汽品質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件、流量計(jì)使用年限等各種因素致使蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確性受到制約，給計(jì)量結(jié)算工作帶來(lái)了一定影響。如何發(fā)揮現(xiàn)有能源計(jì)量?jī)x表的作用，更加合理地進(jìn)行能源數(shù)據(jù)結(jié)算也就成為了一個(gè)值得探討的課題。
2、蒸汽流量計(jì)準(zhǔn)確性影響因素簡(jiǎn)要分析
針對(duì)當(dāng)前使用zui多的差壓式蒸汽流量計(jì)為例，簡(jiǎn)單探討了影響現(xiàn)有蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確性的幾個(gè)因素。首先了解下差壓式蒸汽流量計(jì)的工作原理。差壓式蒸汽流量計(jì)是利用蒸汽流過(guò)節(jié)流裝置，在節(jié)流裝置附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差，通過(guò)蒸汽參數(shù)和管道幾何尺寸，再根據(jù)流動(dòng)連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出差壓與流量之間的關(guān)系從而求得流量值。根據(jù)流量方程:
式中qm—質(zhì)量流量，kg /s;
qv—體積流量，m3 /s;
C—流出系數(shù);
ε—可膨脹性系數(shù);
β—直徑比，β = d /D;
d—工作條件下節(jié)流件的孔徑，m;
D—工作條件下上游管道內(nèi)徑，m;
△p—差壓，Pa;
ρ1—上游流體密度，kg /m3。
可見流量為C、ε、d、ρ、△P、β( D) 6 個(gè)參數(shù)的函數(shù)，影響其準(zhǔn)確性的因素主要在以下幾個(gè)方面。
2.1 蒸汽流量計(jì)的選型、設(shè)計(jì)制造
因?yàn)檎羝橘|(zhì)的特點(diǎn)，保證準(zhǔn)確性的首要一點(diǎn)就是計(jì)量器具的選型和設(shè)計(jì)。由于蒸汽可分為飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽，在輸送過(guò)程中蒸汽干度會(huì)下降，出現(xiàn)汽、水兩相流，蒸汽流速也會(huì)發(fā)生變化。如果當(dāng)蒸汽壓力、流速很大，節(jié)流裝置又比較龐大時(shí)，長(zhǎng)期受到蒸汽沖刷，會(huì)導(dǎo)致節(jié)流裝置快速磨損，即公式中β值變化，造成計(jì)量偏差; 同樣，當(dāng)蒸汽流速較低時(shí)，由于差壓△p 較小，受下限流速影響，也無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算出流量。不同類型流量計(jì)適用于不同介質(zhì)、不同工作狀態(tài)中，在選型時(shí)，正確選擇合適的流量計(jì)是十分重要的。
在設(shè)計(jì)制造流量計(jì)時(shí)除了制作精度的影響外，參數(shù)設(shè)定也是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。參數(shù)設(shè)定時(shí)要求使用工況參數(shù)而不是額定參數(shù)。如前所述，不同用戶側(cè)蒸汽品質(zhì)截然不同，如果僅依靠額定參數(shù)設(shè)計(jì)出的流量計(jì)，必定存在測(cè)量誤差。
2.2 蒸汽流量計(jì)的安裝要求
蒸汽流量計(jì)屬于比較精密的儀表元件，為了保證差壓信號(hào)的準(zhǔn)確，通常在選擇安裝位置時(shí)，要求足夠的直管段，避開彎頭及管道zui低段、疏水閥門等位置，以保證蒸汽輸送中處于層流狀態(tài)，使蒸汽平穩(wěn)通過(guò)節(jié)流裝置，避免不必要的擾動(dòng)。安裝過(guò)程中取壓管堵塞、變形都會(huì)對(duì)差壓的取得帶來(lái)一定影響，所以正確安裝一次元件也是確保準(zhǔn)確性的重要一環(huán)。
2.3 流量計(jì)的溫度、壓力實(shí)時(shí)補(bǔ)償
差壓式流量計(jì)是利用蒸汽動(dòng)靜壓能轉(zhuǎn)換，由公式( 1) 可知流量計(jì)測(cè)得介質(zhì)的質(zhì)量流量qm 中，密度ρ 也是影響因素之一。而蒸汽密度ρ 又是溫度和壓力的函數(shù)，所以蒸汽實(shí)時(shí)的溫度和壓力變化必然影響到測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在蒸汽輸送過(guò)程中，不同用戶側(cè)蒸汽的溫度、壓力不斷發(fā)生變化，尤其是末端用戶，往往實(shí)際工況狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)有較大差異，固定溫度、壓力值進(jìn)行計(jì)算得出的結(jié)果必然存在誤差。
2.4 蒸汽流量計(jì)的校驗(yàn)和維護(hù)
由于蒸汽流量計(jì)長(zhǎng)期處于高溫、高壓汽水環(huán)境中，很容易造成儀表高溫?fù)p壞、銹蝕、雜質(zhì)阻塞等，因此需要經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。特別是目前萊鋼蒸汽管道多采用高空架設(shè)，流量計(jì)安裝位置多處于室外或高空平臺(tái)上，環(huán)境條件較差，日常維護(hù)往往忽視對(duì)節(jié)流裝置的檢查。受條件所限，一套流量計(jì)安裝后其內(nèi)部腐蝕減薄情況缺乏掌控，由此帶來(lái)的測(cè)量誤
差就被忽略。
2.5 儀表設(shè)備冬季的保溫伴熱
由于萊鋼蒸汽流量計(jì)多安裝于室外，在冬季時(shí)需要對(duì)導(dǎo)壓管及儀表箱內(nèi)加設(shè)保溫伴熱裝置，防止導(dǎo)壓管內(nèi)凝結(jié)水結(jié)冰。一旦出現(xiàn)導(dǎo)壓管路結(jié)冰，將使測(cè)量結(jié)果失真，如不及時(shí)處理還可損壞差壓變送器。從現(xiàn)場(chǎng)情況的了解，計(jì)量設(shè)備伴熱普遍存在三個(gè)問題。一是從取壓口附近選擇伴熱蒸汽接入點(diǎn)，影響儀表正常取壓; 二是沒有獨(dú)立的伴熱蒸汽系統(tǒng)，通常伴熱蒸汽取自流量計(jì)計(jì)量的蒸汽管道中，當(dāng)管道停汽后，儀表伴熱隨之停止; 三是伴熱管道夏季停用后，銹蝕泄漏，導(dǎo)致伴熱效果差或無(wú)法伴熱。
3、改進(jìn)措施
1) 在蒸汽流量計(jì)選型時(shí)，根據(jù)用戶側(cè)具體蒸汽參數(shù)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件、用汽量大小等因素，避開流量計(jì)自身缺點(diǎn)影響，選擇合適類型的流量計(jì)。提供準(zhǔn)確的管道內(nèi)外徑尺寸，蒸汽工作壓力、溫度、常態(tài)流量范圍等參數(shù)，保證設(shè)計(jì)參數(shù)和工況參數(shù)基本一致，防止工作狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，確保量程范圍，以保證準(zhǔn)確性。
2) 在選取蒸汽流量計(jì)安裝位置時(shí)，一般保證“*后五”，即保證流量計(jì)前直管段距離在10D 以上，流量計(jì)后直管段在5D 以上。安裝過(guò)程中，嚴(yán)格按照安裝標(biāo)準(zhǔn)，如果是孔板流量計(jì)，要保證孔板與管道垂直，zui大傾斜度小于1%，使孔板的銳面迎著蒸汽的方向; 如果是巴類流量計(jì)，插入桿要與管道垂直，并且不能偏心。安裝前，先對(duì)流量計(jì)進(jìn)行清掃，防止異物損傷孔板銳面或堵塞取壓孔，避免由于施工導(dǎo)致的流量計(jì)損壞。安裝導(dǎo)壓管時(shí)，導(dǎo)壓管路應(yīng)垂直或傾斜安裝，其傾斜度應(yīng)大于1∶ 12。并保證彎曲處圓滑過(guò)渡，彎曲半徑應(yīng)大于導(dǎo)壓管外徑的5 倍。導(dǎo)壓管長(zhǎng)度一致并保持平行，以防止管內(nèi)積液而導(dǎo)致差壓錯(cuò)誤。如果安裝溫度壓力補(bǔ)償，溫度壓力測(cè)點(diǎn)位置要盡量遠(yuǎn)離節(jié)流裝置，以減小管道開孔對(duì)測(cè)量的影響。
3) 盡量安裝溫度壓力實(shí)時(shí)補(bǔ)償，對(duì)蒸汽狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)為了克服在小流量或無(wú)流量情況下，受到各種擾動(dòng)造成差壓信號(hào)變化或零點(diǎn)漂移造成信號(hào)導(dǎo)致計(jì)量?jī)x表失真，往往要將一定范圍內(nèi)的信號(hào)切除。當(dāng)用戶由較大用量突然減少到較小流量，或者由于流量計(jì)量程設(shè)定過(guò)大，小流量無(wú)法計(jì)出時(shí)，需要合理設(shè)定小信號(hào)切除范圍以減少計(jì)量誤差。
4) 目前常規(guī)校驗(yàn)方法只是對(duì)差壓或壓力變送器零點(diǎn)量程及線性度進(jìn)行檢查，檢查參數(shù)設(shè)定及流量積算儀進(jìn)行調(diào)校。而根據(jù)JJF640《差壓式流量計(jì)》檢定規(guī)程要求，還需要增加對(duì)孔板銳面、巴類插入桿、管道內(nèi)壁磨損情況檢查、管道存積物清掃等環(huán)節(jié); 另外，在維護(hù)方面，要加強(qiáng)對(duì)儀表定期排污，防止導(dǎo)壓管、正負(fù)壓閥、平衡閥腐蝕堵塞。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)連接件密封墊片的檢查，防止導(dǎo)壓管發(fā)生泄漏。通過(guò)儀表定期維護(hù)、保養(yǎng)，延長(zhǎng)儀表使用壽命，從而減少測(cè)量誤差。
5) 儀表伴熱保溫措施。為了解決儀表伴熱問題，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮儀表伴熱與該區(qū)域設(shè)備伴熱管道相連接，還要增加排污，加強(qiáng)伴熱維護(hù)工作。
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