蒸汽流量计如何提升自身优势
发布日期:2018-01-11
蒸汽是各生产企业的重要的二次能源之一,有的直接参与化学反应,但多数是用其热能。企业在谈论节能降耗一般会先想到"蒸汽"。从眼前本单位利益出发,降低生产成本需要降低蒸汽损耗;从大处想,我国能源短缺,更需要降低各种能耗。谈论节能降耗,应首先想到是能源的"计量",只有有了准确计量,才有资格说节约了多少能源。在蒸汽计量方面,现状如何?中石化一些大型企业做得怎样? 燕山石化公司是国家特大型企业,在这个大型企业里,能源计量管理方面的任务相当繁重,以1990年的数据为例说明。全公司一级(各厂际之间的)计量仪表共有523套,其中蒸汽系统的计量仪表84套,占公司一级计量表的16%。燕化自备电站和部分产汽生产装置合计,每年产汽量约一千万吨(其中本公司内消耗985万吨,对外供15万吨),面对的耗汽用户是国营、集体和个体数十个企业,数百个用户。其蒸汽量是如何计量和管理的呢?
对比较大型的用户,各生产厂的蒸汽管理主要是由公司动力处和调度处管理,所用计量器具是各生产厂自己管理,发生计量纠纷由公司计控处负责仲裁处理。对于地方小企业用户,由燕化公司水电汽管理所负责签合同处理。
一.计量器具的选用,由于孔板侧量技术发展成熟,有相应的国标和国际标准作支持,本身结构简单、造价低,耐高温性能和抗振性能好,所以对于大中型管道,如Dg200mm以上管道,多是采用孔板差压式流量计,尤其是高压过热蒸汽,全部是采用孔板差压式流量计。对于中小管道,一般在Dgl00以下,除了孔板差压式以外,涡街流量计使用数量越来越多。而对于更小的用户,管径在Dg50mm以下的,多为涡街流量计和分流旋翼式流量计。具体数据统计如表1所示。
对于各厂生产装置内及车间级的蒸汽侧量及计量,也多是采用孔板差压式流量计。除了上述流量计之外,也有用阿丑巴等流量计的。
从计量管理角度,燕化公司根据"GBl7167-83"规定,明文对蒸汽测量系统提出如下要求:厂际蒸汽计量系统要有温度和压力补偿环节;对其系统侧量误差要求:过热蒸汽计量系统误差不大于±2.5%;饱和蒸汽计量系统误差不大于±4%。
二.蒸汽计量系统运行情况关于蒸汽流量计量,燕山石化公司各厂际之间,多次因计量不准,供需双方发生计量纠纷。近几年随技术进步、计量器具产品质量的提高和加强了蒸汽系统的管理,大多数的蒸汽计量系统运行正常。能够正常运行的测量系统,一般都是领导重视,工程技术人员精心设计,认真选型,成套性完善齐全,投入较大。如采用计算机管理、带压力温度补偿、变送器选用的精度较高、系统带小信号切除、随时跟踪测试计算、自动打印日报、月报等功能。但是对一些中、小用户,如采用分流旋翼式流量计的问题较多。系统测量精度不高,故障率高,甚至用不到一个采暖期就损坏等。
2005年7月25-29日,于杭州"蒸汽准确计量技术研讨会"上了解到,全中石化系统乃至冶金、热电等系统,蒸汽计量状况大同小异,有的单位更差些:如有的单位"供需双方偏差达45%,偏差在20%以上是经常的事,分析原因,有的是孔板流量计运行十多年从没有检查清洗;有的在一根管线上,有三、四种计量方式(至少装有三、四台流量计),数据不一致"。
三.存在问题及应采取的对策由于蒸汽系统温度较高,饱和蒸汽又易变为汽、液两相流,相比之下测量难度大,甚至无法测量。因此对蒸汽测量系统的要求就高一些,有些计量器具满足不了它的要求。 从处理燕化石化公司内部计量纠纷情况看。从1993年4月至1995年4月两年时间内收到"申请仲裁书"12件,其中蒸汽计量纠纷有5件,占整个公司计量纠纷的41.7%,占的比重是很大的。如果统计到1998年4月,5年内共收到25件计量纠纷,蒸汽计量纠纷仍为上述5件(这三年出现的蒸汽差量均在下边协商解决了),所占比例为20%,说明近几年蒸汽计量工作有所改善,但是此数也不小。产生计量纠纷的原因是什么呢?通过数次对现场调查分析,归纳有三条:一是计量器具方面的原因;二是管理方面的原因;再就是人为因素。现就计量器具方面原因分析主要有以下几个问题:
蒸汽计量器具的性能有待提高,选型范围有待扩宽根据我公司蒸汽计量采用孔板差压式流量计较多,特别是七十年代建的老装置中,可以说绝大多数为此类仪表。该类计量器具存有一定的弱点:它的量程比小,一般为3:1,若运行在30%流量刻度以下时,其精度下降较大;运行工况条件离开原设计条件,侧量误差会增大,再如孔板检侧系统中部件多,引压管系统易堵、易漏、易冻、易汽化等特点,造成仪表一次安装工程量大,费用高;维修工作量亦大;孔板为节流型压损大,长期运行耗能大,费用高;长期运行中孔板几何尺寸变化,锐角变钝(锐角要求r=0.0004d,而有关专家试验后公布,运行的头二或三年中每年磨损半径厂增加0.04mm,而五、六年之后才趋向稳定。由于锐角变钝,孔板流量系数会变小!);甚至有的孔板在开停车过程中,由于蒸汽管道中易存冷凝水,开停蒸汽管道过程中产生水垂,致使孔板变形,甚至变成喇叭口。所有这些都说明,孔板差压式蒸汽流量计很难保证其原设计测量精度。虽然目前已出现孔板、变送器一体化产品,二次仪表也已微机化、智能化,使孔板量程比可提高到l0:1。但是孔板本身锐角会变钝造成流出系数变化,使测量误差增大尚不能克服改善。尽管已有钝化的孔板产品出现,但其相应的钝化标准及其检测器具配套尚待完善,再者它属于非标准孔板,应经过逐台检定,才可用于计量。标准孔板运行、磨损几年后,应检定测出新的流出系数,才可保证其侧量准确度。但是目前无有这方面的要求和标准。
随着机加工技术的提高相进步,采用标准喷嘴节流装置的越来越多,如45万吨乙烯改造中,在DN200mm以上管道的气体和蒸汽测量出现六套标准喷嘴(30万吨乙烯中一套也无有)。它最大的优点是比标准孔板压力损失小。缺点是加工制造难度大,检验技术高难度大,也存在运行多长时间后检定的问题。
随着仪表制造技术的提高,耐高温的涡街流量计、阿丑巴(均速管之类)流量计等在蒸汽系统测量中应用越来越多,但是它们也各有各的弱点,像涡街流量计它耐高温只能达到200℃多度,对320℃以上的蒸汽系统使用祸街流量计尚缺乏经验,何况它侧量要求的雷诺数比孔板差压式流量计高出一倍,其更大的弱点是抗振性能差。阿丑巴、弯管等之类的流量计所产生的差压信号值较低,给差压信号检测带来一定难度。这些流量计都属于强检计量器具,应全部走周期检定,目前尚有难度。总之适用蒸汽计量的检测仪表的性能还应大力提高相改进,适用蒸汽计量的计量器具的选择余地还应再扩宽。 
蒸汽计量表的检定目前尚不完备,是制约蒸汽计量工作的一个重要环节。以蒸汽为工作介质的"蒸汽流量计量检定装置"在烟台、广州、兰州等地都出现过,由于这种装置浪费能源、难以操作、检定精度低、费用高,无发展前途,坚持下来的没有。正因蒸汽流量计无处检定,应走周检的涡街、阿丑巴、分流旋翼式等流量计,也难以实现。这里提到蒸汽计量检定装置有它的不足之处,将陆续退出历史舞台,代之兴起的是用压缩空气代替蒸汽进行蒸汽流量计的检定,这是方向。但是它还有待研究完善。目前看,这方面的资料、数据还太少,更无有什么标谁可依。无论是从理论上还是实践数据上,还应作大量的实践工作,以达到标准化。
就用压缩空气代替蒸汽进行蒸汽流量计的检定的问题,插一段燕山石化公司在这方面工作:笔者1982年参加化工部系统流量侧量技术交流会,会上交流一篇"浅谈蒸汽流量计的标定"(后改为"介绍一种蒸汽流量计的标定方法",刊登在1983年的炼油化工自动化杂志上)。1989年燕化公司计控处自己设计一套蒸汽流量计量检定装置,是利用中压过热蒸汽(名义上压力为1.5Mpa,温度为25O℃),经过检定装置后/降为0.3-0.5Mpa的低压蒸汽作为罐区装置伴热和采暖用。同时引进工艺杂用风(即压缩空气)。标准是音速喷嘴。拟对同一台蒸汽流计,用不同介质进行检定,找出空气代蒸汽的规律,最终成为气(汽)体流量计量检定站。设计完后,首先请国家计量院等单位的专家审核,定案后于1990年开工兴建,建成后试压、吹扫,送汽试运行完成后,即将试验、测试数据,以便请计量院专家做技术性能测试检定和请市局授权。然而,因30万吨乙烯改造为45万吨用地,立即拆除搬迁。由于各种原因至今未能建成投用(现仍在积极活动争取早日投用)。1994年笔者完成一篇"浅议以压缩空气代替蒸汽对蒸汽流量计进行标定"的文章,95年在大庆全国流量专业技术交流会上交流,并被推荐到1996国际流量专业委员会召开的流量技术研讨会上,文章被收录到"96国际流量专业技术研讨会论文集"内。该文从流体力学角度出发,利用其相似原理,即两种流体的流束几何相似,雷诺准数相同,流量系数相等的原理,并以等体积法或等密度法,推算出空气和蒸汽二者量的关系,说明以压缩空气代替蒸汽检定蒸汽流量计是有理论依据的。
国外在以空气代替蒸汽进行蒸汽流量计标定进行到什么程度,问过不少威权及商社,均得不到满意的答复。直到今天我仍是有机会就向诸位专家、权威和国外大的蒸汽流量计仪表厂商咨询,"有无有同一台流量计分别用空气和蒸汽检定的数据"?"用空气检定某流量计误差为X,用来测量蒸汽时误差会是多少"等问题,均没有得到肯定的回答。
插入上一段内容的目的,是想说明,目前蒸汽流量计检定是阻碍蒸汽准确计量的主要障碍!目前距用空气代替蒸汽进行蒸汽流量计检定,还有一段距离!国内,现实中也听说有用空气作介质检定蒸汽流量计的,如其分流旋翼式蒸汽流量计制造厂,称其产品是请某检定站逐台检定,精度准确可靠,问其流量计安装到不同压力和不同温度蒸汽管道上应用,误差是多少?回答是在空气装置上优于4%,测量蒸汽也在这个误差范围之内。后来我了解到这家检定站是用微压-几十毫米水柱压力的空气做介质给检定的。试想分流旋翼式蒸汽流量计一路走高温高压汽,一路(小孔)走冷凝水,而用微压空气检定的误差就是走蒸汽的误差能说得通吗?
为了搞好蒸汽的计量,建议国家有关部门投资搞好此项研究开发和建标工作。具体作法是国家有关部门投资、立项,与有条件的企业结合(不能再搞浪费型蒸汽标准装置),选用数种类型、数种规格的蒸汽流量计,利用蒸汽和空气两种介质进行检定对比。在掌握有一定数量(当然越多越好)的实践数据基础上,统计、归纳出某种公式或某系数及其误差范围后,召开具有一定级别的鉴定会进行鉴定,成熟的话就可推广应用直至建立节能型的以空气代替蒸汽检定蒸汽流量计的标准装置。 欲想提高蒸汽的计量准确度,达到节能降耗的目的,尽快实现以空气代替蒸汽进行蒸汽流量计的检定,应是首当其冲。
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