供熱電廠蒸汽流量儀表的改造探討

張 林

（浙江浙能長興發(fā)電有限公司，浙江 長興 313100）

0 引言

蒸汽是化工、紡織、印染、食品加工等企業(yè)的重要能源，其流量能否準確測量對用汽單位來說直接關系生產成本，對供熱企業(yè)來說直接關系經營效益。由于蒸汽的物理特性非常復雜，受壓力、溫度等諸多因素影響，要準確測量其流量比較困難。浙江浙能長興發(fā)電有限公司對外供熱超過10年，熱網流量損耗一直高，通過蒸汽流量儀表的改造，提高了測量準確度，降低了流量損耗，取得明顯收益。

1 應用現狀、存在問題及原因分析

1.1 應用現狀

浙江浙能長興發(fā)電有限公司（以下簡稱“浙能長興電廠”）是浙江省能源集團下屬的子公司，總裝機容量為4×300MW燃煤機組，經改造后從2003年10月開始對外供熱。供熱聯箱出口壓力1.0MPa，溫度300℃。目前熱網覆蓋長興縣城區(qū)域3個主要園區(qū)，供熱管道約50km，用戶達70家。近幾年供熱量保持兩位數增長，截止2013年底已累計供熱近2×106t。2014年前，熱網的蒸汽流量儀表絕大部為孔板差壓式測量儀表，只有3家用戶是渦街流量計。

1.2 存在問題

小流量用戶多，損耗高?，F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，占總用戶數的80%。盡管近幾年通過測量儀表精細化管理和管理創(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，容量利用率低，損耗大。目前，管線以浙能長興電廠為中心向東、南、北3個園區(qū)發(fā)散敷設，設計容量200t/h,實際流量60～90t/h，70%的用戶集中在長興經濟技術開發(fā)區(qū)，#1線與#1復線并聯運行，但開發(fā)區(qū)的用熱范圍主要集中在#1線側，導致#1復線長期在低流量下運行，容量利用率低，損耗大。

儀表量程比窄，無濕度補償?？装宀顗菏搅髁績x表的缺點就是測量范圍窄，對小流量、間斷性及流量波動較大的用汽無法實現精確計量，而浙能長興電廠以小流量、間斷性用戶為主，對末端、支線小用戶蒸汽變?yōu)轱柡推?，現有儀表無濕度補償功能導致漏計、少計問題較為突出。

1.3 流量損耗大的原因分析

由于管線距離長、容量利用率低，導致蒸汽流速低、熱量損失大，為管網末端的用戶蒸汽測量帶來了很大困難。一方面，蒸汽測量的是質量流量，與蒸汽密度成正比，即：Qm＝qv×ρ，（qv：體積流量，ρ：蒸汽實時密度），蒸汽測量儀表無法進行濕度測量和濕度補償，故實際末端用戶的濕蒸汽密度只能視作干蒸汽來計算，而濕蒸汽與干蒸汽密度相差很大，會引起蒸汽測量缺失，若蒸汽變成水后蒸汽測量裝置根本無法測量（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量流量比實際值約偏小12%）。另一方面，蒸汽測量的qv與蒸汽在管道內流速有關，流速低qv小，當蒸汽流速小于5m/s時現有孔板差壓流量計基本檢測不到流量。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量設備存在漏計、少計、無法進行濕度補償導致的。

表1 兩種蒸汽流量測量儀表的選型比較Table 1 Comparison of selection of two kinds of steam fl ow measurementinstrument

表2 4種壓力工況下飽和蒸汽橫河渦街可測流量范圍[3]Table 2 The four pressure saturated steam Henghe vortex measurement fl ow range

2 兩種主要蒸汽流量測量儀表的選型比較

在實際蒸汽測量應用中，大多采用孔板差壓流量計和渦街流量計兩種測量儀表。

3 蒸汽流量儀表的改造情況

鑒于兩種流量計的選型比較，以及熱網流量管損高主要原因是現有流量儀表無法精確測量，2014年3月浙能長興電廠啟動了蒸汽流量儀表改造工作，至2014年6月完成。

3.1 改造內容

將孔板差壓流量計改為渦街流量計，選用某公司生產的DY型（高溫分離型）數字式旋渦流量計，其性能穩(wěn)定，蒸汽流速在0～80m/s之間都能實現精確測量。

從表2中可以看出典型的DN50口徑的渦街在0.8Mpa壓力下準確測量范圍為89～2753kg/h，比同樣口徑的孔板準確測量范圍要大50%左右，而且安裝、維護非常方便，基本不存在儀表管路漏汽或被偷汽的問題。在儀表更換的同時，也對測量管道進行相應的縮管處理，滿足儀表直管要求（前10D以上，后5D以上）后，既提高了蒸汽流速，也提升了測量準確性。同時更換了精度更高的壓力變送器和熱電阻，以實現更精確的實時蒸汽密度計算。

表3 改造前后的管損情況表Table 3 Pipe loss before and after modi fi cation

針對老的流量積算儀無法實現蒸汽濕度判斷和補償的問題，該公司采用了某自動化有限公司最新研制的蒸汽流量積算儀。該積算儀將水和水蒸汽性質國際委員會（IAPWS）發(fā)布的“水和水蒸汽熱力性質工業(yè)公式置入儀表中取代原來的蒸汽密度查詢表，進行蒸汽密度的實時運算以得到更加精確的溫壓補償密度值。同時還進行蒸汽性質判斷，如果此點的蒸汽溫度低于對應壓力下飽和蒸汽溫度，儀表自動設定比例進行濕度補償。比如，某用戶壓力為0.8Mpa、溫度為168℃，該壓力下對應的蒸汽飽和溫度應為170.444℃，實際溫度低于該壓力下飽和溫度，儀表自動按設定值進行濕度補償，如設定值為5%，即該用戶儀表計算的密度值為：4.1603×1.05＝4.3683kg/m3，達到濕度補償目的。

3.2 改造前后數據對比

儀表改造后，選取了一家用戶進行用汽量比較來驗證改造效果。味之源食品屬于小流量、間斷用戶，常年每天的最大流量基本穩(wěn)定。從圖1和圖2對比中可以看出，改造前該用戶的流量曲線上下幅度小，最大流量在2.20t/h以內，而改造后最大流量達到了2.98t/h，且曲線更連續(xù)，說明濕度密度補償在起作用，儀表改造是成功的，達到了預設目的。

表3為浙能長興電廠2014年前7個月蒸汽銷售量和損耗情況表。測量儀表改造后，在供汽量沒有大幅變化的情況下，從4月份開始結算蒸汽量明顯上升，損耗同步下降，至7月（儀表基本改造完成）總體損耗已降至10.47%，下降4%，效果明顯。以2013全年43.5萬噸的蒸汽銷量、均價189元/噸計算，全年結算蒸汽量可增加43.5×4%＝1.74×104t，產生經濟效益1.74×189＝328.86萬元，而60家用戶儀表改造的總投入約為3.8（萬元/套）×60（套）＝228萬元，一年之內就可以收回改造投資，經濟效益顯著。

4 結論

對供熱電廠而言，蒸汽流量儀表的準確測量是熱網中最為困難的環(huán)節(jié)之一，“失之毫厘、差之千里”，良好的準確度，既有利于構建供熱電廠與熱用戶的正常買賣關系以及供熱銷售業(yè)務的拓展，也有利于供熱電廠實現顆粒歸倉，減少損失。浙能長興電廠通過認真分析，將孔板差壓流量計改為渦街流量計，更換帶濕度補償的積算儀，在小流量、間斷性用戶的測量上有效規(guī)避了流量大幅波動時的少計和漏計現象，降低了流量管損，取得良好收益。

[1]李蘭.淺談流量計的選擇[J].中國新技術新產品,2013,05.

[2]盧嘉,史云肖,鄭永輝.用渦街流量計測量蒸汽的流量[J].石油化工自動化,2006,4:79.

[3]上海橫河電機有限公司.橫河DY型數字式旋渦流量計說明書[Z].2012.