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蒸汽是化工、紡織、印染、食品加工等企業(yè)的重要能源，其流量能否準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)用汽單位來(lái)說(shuō)直接關(guān)系生產(chǎn)成本，對(duì)供熱企業(yè)來(lái)說(shuō)直接關(guān)系經(jīng)營(yíng)效益。由于蒸汽的物理特性非常復(fù)雜，受壓力、溫度等諸多因素影響，要準(zhǔn)確測(cè)量其流量比較困難。浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司對(duì)外供熱超過(guò)10年，熱網(wǎng)流量損耗一直高，通過(guò)蒸汽流量計(jì)的改造，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度，降低了流量損耗，取得明顯收益。
1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀
浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱“浙能長(zhǎng)興電廠”）是浙江省能源集團(tuán)下屬的子公司，總裝機(jī)容量為4×300MW燃煤機(jī)組，經(jīng)改造后從2003年10月開始對(duì)外供熱。供熱聯(lián)箱出口壓力1.0MPa，溫度300℃。目前熱網(wǎng)覆蓋長(zhǎng)興縣城區(qū)域3個(gè)主要園區(qū)，供熱管道約50km，用戶達(dá)70家。近幾年供熱量保持兩位數(shù)增長(zhǎng)，截止2013年底已累計(jì)供熱近2×106t。2014年前，熱網(wǎng)的蒸汽流量計(jì)絕大部為孔板差壓式測(cè)量?jī)x表，只有3家用戶是渦街流量計(jì)。
1.2 存在問(wèn)題
小流量用戶多，損耗高?，F(xiàn)有70家用戶主要涵蓋印染、紡織、酒店、服裝、制造等行業(yè)，分布面比較廣。其中，小流量、間斷性用戶較多，占總用戶數(shù)的80%。盡管近幾年通過(guò)測(cè)量?jī)x表精細(xì)化管理和管理創(chuàng)新等方式降低管損，但總體管損率還在15%以上，流量損耗偏高。
管線距離長(zhǎng)，容量利用率低，損耗大。目前，管線以浙能長(zhǎng)興電廠為中心向東、南、北3個(gè)園區(qū)發(fā)散敷設(shè)，設(shè)計(jì)容量200t/h,實(shí)際流量60~90t/h，70%的用戶集中在長(zhǎng)興經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，#1線與#1復(fù)線并聯(lián)運(yùn)行，但開發(fā)區(qū)的用熱范圍主要集中在#1線側(cè)，導(dǎo)致#1復(fù)線長(zhǎng)期在低流量下運(yùn)行，容量利用率低，損耗大。
儀表量程比窄，無(wú)濕度補(bǔ)償?？装宀顗菏搅髁?jī)x表的缺點(diǎn)就是測(cè)量范圍窄，對(duì)小流量、間斷性及流量波動(dòng)較大的用汽無(wú)法實(shí)現(xiàn)計(jì)量，而浙能長(zhǎng)興電廠以小流量、間斷性用戶為主，對(duì)末端、支線小用戶蒸汽變?yōu)轱柡推?，現(xiàn)有儀表無(wú)濕度補(bǔ)償功能導(dǎo)致漏計(jì)、少計(jì)問(wèn)題較為突出。
1.3 流量損耗大的原因分析
由于管線距離長(zhǎng)、容量利用率低，導(dǎo)致蒸汽流速低、熱量損失大，為管網(wǎng)末端的用戶蒸汽測(cè)量帶來(lái)了很大困難。一方面，蒸汽測(cè)量的是質(zhì)量流量，與蒸汽密度成正比，即：Qm＝qv×ρ，（qv：體積流量，ρ：蒸汽實(shí)時(shí)密度），蒸汽測(cè)量?jī)x表無(wú)法進(jìn)行濕度測(cè)量和濕度補(bǔ)償，故實(shí)際末端用戶的濕蒸汽密度只能視作干蒸汽來(lái)計(jì)算，而濕蒸汽與干蒸汽密度相差很大，會(huì)引起蒸汽測(cè)量缺失，若蒸汽變成水后蒸汽測(cè)量裝置根本無(wú)法測(cè)量（例如：工況壓力為0.6MPa的干蒸汽密度是3.169kg/m3，而干度值為0.8的濕蒸汽其密度為3.958kg/m3，兩者密度值相差約25%，用干蒸汽密度算出的蒸汽質(zhì)量流量比實(shí)際值約偏小12%）。另一方面，蒸汽測(cè)量的qv與蒸汽在管道內(nèi)流速有關(guān)，流速低qv小，當(dāng)蒸汽流速小于5m/s時(shí)現(xiàn)有孔板差壓流量計(jì)基本檢測(cè)不到流量。綜合上述兩方面情況可知，15%左右的流量管損主要是由于測(cè)量設(shè)備存在漏計(jì)、少計(jì)、無(wú)法進(jìn)行濕度補(bǔ)償導(dǎo)致的。
表1 兩種蒸汽流量測(cè)量?jī)x表的選型比較
比較點(diǎn) | 孔板差壓流量計(jì) | 渦街流量計(jì) |
原理 | 利用流體流經(jīng)節(jié)流元件產(chǎn)生的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量 | 基于卡門渦街原理，流體流過(guò)管道中的渦街發(fā)生體后，在下游區(qū)域形成旋渦區(qū)，旋渦強(qiáng)度與流體速度成正比，從實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量 |
精度 | 影響精度的因素多，在±1%左右 | 精度高，在±0.5%左右 |
安裝要求 | 要求很高，孔板與管道同心，冷凝筒水平，引壓管有傾斜比例要求高 | 直接安裝在管道上，安裝要求低 |
壓損 | 壓力損失大，達(dá)到10~20kpa | 壓力損失小 |
量程比 | 測(cè)量范圍窄，一般量程范圍為1:3~1:4，容易造成小流量漏計(jì)及大流量因限幅偏低 | 量程范圍寬，量程比可達(dá)1:25，對(duì)流量大幅波動(dòng)的流體測(cè)量特別適合 |
抗干擾性 | 抗干擾性好 | 易受管道振動(dòng)和周圍電磁干擾 |
校驗(yàn) | 可現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，操作方便 | 無(wú)零位漂移，儀表無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)及標(biāo)定，需拆裝至標(biāo)準(zhǔn)流場(chǎng)中校驗(yàn) |
表2 4種壓力工況下飽和蒸汽渦街可測(cè)流量范圍
管徑 | 可測(cè)流量范圍(kg/h) | |||
0.4MPa | 0.6MPa | 0.8MPa | 1.0MPa | |
DN40 | 40.6~954 | 47.7~1310 | 53.8~1662 | 59~2012 |
DN50 | 67.3~1580 | 79~2170 | 89~2753 | 98~3333 |
DN80 | 130~3050 | 152~4188 | 171~5314 | 189~6435 |
DN100 | 227~5326 | 267~7310 | 300~9276 | 330~11232 |
表3 改造前后的管損情況表
2014年 | 總表量(t) | 銷售量(t) | 總管損(%) |
一月份 | 12001 | 35315 | 15.92 |
二月份 | 35341 | 28969 | 18.03 |
三月份 | 46961 | 39319 | 16.27 |
四月份 | 42547 | 36579 | 14.03 |
五月份 | 41635 | 35932 | 13.70 |
六月份 | 42329 | 36670 | 13.37 |
七月份 | 42024 | 37625 | 10.47 |
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