引言

攀鋼釩能動(dòng)分公司負(fù)責(zé)攀鋼釩內(nèi)部所有水、氣、汽能源介質(zhì)供應(yīng)，同時(shí)提供少量水、氣、汽能源介質(zhì)給攀鋼釩外部單位。由于制水、制氣工藝設(shè)備本身原因，且在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法消除工藝方面存在的問(wèn)題，在量值統(tǒng)計(jì)、結(jié)算方面經(jīng)常出現(xiàn)供應(yīng)量與用戶(hù)用量存在偏差現(xiàn)象，引起計(jì)量異議。計(jì)量系統(tǒng)存在較小偏差時(shí)，由能動(dòng)分公司承擔(dān)損失；存在較大結(jié)算量值偏差時(shí)，需進(jìn)行人為干預(yù)結(jié)算量值，才能達(dá)到量值平衡，這增加了管理成本，用戶(hù)與供能方矛盾無(wú)法調(diào)和。

 

1 計(jì)量?jī)x表現(xiàn)狀

1.1 計(jì)量?jī)x表設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

              一般情況下，計(jì)量設(shè)備按照總量、分量分別設(shè)計(jì)計(jì)量?jī)x表，水計(jì)量系統(tǒng)按圖1布置，氣體計(jì)量系統(tǒng)按圖2布置。在計(jì)量結(jié)算時(shí)一般按總表Q∑量作為結(jié)算量；如果分管分別為單獨(dú)用戶(hù)（Q1、Q2、Q3~QN），則按分管量作為結(jié)算量。理論上總量按式（1）計(jì)算。

說(shuō)明：氣體使用質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量系統(tǒng)不需要加溫度、壓力補(bǔ)正系統(tǒng)。

QΣ=Q1+Q2+…+QN （1）

 

1.2 工藝管道設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

              水工藝管道一般情況以地下敷設(shè)、管廊敷設(shè)為主；氣工藝管道一般以架空敷設(shè)為主。水管道地下敷設(shè)出現(xiàn)漏點(diǎn)時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，檢修難度大，易引起計(jì)量、結(jié)算異議。

 

1.3 計(jì)量?jī)x表檢修、維護(hù)現(xiàn)狀

1.3.1 差壓計(jì)量系統(tǒng)（威力巴流量計(jì)、孔板流量計(jì)、測(cè)管流量計(jì)、托巴管流量計(jì)等）維護(hù)、檢修內(nèi)容

              差壓變送器、壓力變送器、配電器、隔離器、流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢定或自校準(zhǔn)；檢修內(nèi)容：差壓變送器、壓力變送器、配電器、隔離器、流量計(jì)算機(jī)、威力巴流量計(jì)、孔板流量計(jì)、測(cè)管流量計(jì)、托巴管流量計(jì)等進(jìn)行更換或維修，并對(duì)各參數(shù)設(shè)計(jì)情況與原始設(shè)置進(jìn)行比對(duì)確認(rèn)。

 

1.3.2 非差壓計(jì)量系統(tǒng)（質(zhì)量流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)等）維護(hù)、檢修內(nèi)容

              氣體流量檢測(cè)的質(zhì)量流量計(jì)、渦街流量計(jì)送檢（沒(méi)有自校準(zhǔn)能力）；水計(jì)量裝置：超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)，用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)，修正流量系統(tǒng)；檢修內(nèi)容：質(zhì)量流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)等進(jìn)行更換或維修，并對(duì)各參數(shù)設(shè)計(jì)情況與原始設(shè)置進(jìn)行比對(duì)確認(rèn)。

 

2 計(jì)量?jī)x表偏差分析

2.1 計(jì)量?jī)x表誤差

任何計(jì)量?jī)x表都存在誤差[1]，按照誤差性質(zhì)不同分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差。本文討論的計(jì)量偏差不屬任何一種誤差，從量值偏差大的概念上可能會(huì)出現(xiàn)將計(jì)量偏差認(rèn)為就是粗大誤差，實(shí)際不是。在測(cè)量中很明顯地歪曲了測(cè)量結(jié)果的誤差稱(chēng)為

 

粗大誤差，簡(jiǎn)稱(chēng)“粗差”。這種誤差的產(chǎn)生是由于測(cè)量者對(duì)設(shè)備性能和環(huán)境認(rèn)識(shí)不足，或因疲勞、思想不集中，甚至粗心大意，導(dǎo)致操作儀器不正確、讀數(shù)錯(cuò)誤、記錄錯(cuò)誤及計(jì)算錯(cuò)誤等費(fèi)引起的。粗大誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，甚至?xí)�使測(cè)量導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，在測(cè)量中出現(xiàn)粗大誤差后，要及時(shí)分析和剔除。

 

2.1.1 計(jì)量?jī)x表偏差

本文討論計(jì)量?jī)x表偏差與所有誤差存在本質(zhì)不同，但從精確計(jì)量的原則出發(fā)，需要消除這種偏差，消除計(jì)量偏差引起的計(jì)量異議。相對(duì)誤差而言，偏差指的是主觀判斷（包括根據(jù)工藝判斷或正常生產(chǎn)判斷）有較大偏離正常生產(chǎn)值的量值。簡(jiǎn)單的說(shuō)，偏差從量值上比誤差（粗大誤差除外）要大得多。這種偏差既不能通過(guò)計(jì)量?jī)x表校檢來(lái)修正，也不能通過(guò)簡(jiǎn)單的修改流量系數(shù)來(lái)修正，需通過(guò)相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、檢修措施修正。

 

2.1.2 計(jì)量?jī)x表偏差分析

對(duì)于干凈能源介質(zhì)計(jì)量，只要計(jì)量設(shè)備定期檢定、校準(zhǔn)、定期維護(hù)，基本不會(huì)出現(xiàn)計(jì)量偏差情況。但對(duì)能源介質(zhì)含雜質(zhì)比較多的情況，設(shè)備、設(shè)施經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后就會(huì)出現(xiàn)計(jì)量偏差。流量計(jì)安裝工藝管道內(nèi)部流道現(xiàn)狀見(jiàn)圖3、圖4、圖5、圖6。

 

 

A、差壓式流量計(jì)

測(cè)量原理：基于伯努利方程和流體連續(xù)性方程，根據(jù)差壓與流量的關(guān)系，對(duì)流體的流量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。

 

差壓計(jì)量裝置計(jì)量偏差，從公式（2）可以得出：

 

式中：C——為流出系數(shù)；β——為節(jié)流裝置的直徑比；ε——為可膨脹系數(shù)；d——節(jié)流件孔徑；ρ——上流流體密度。

 

式（2）中C、β、ε、d出廠時(shí)，已確定，是固定量，在流量計(jì)算機(jī)或工控機(jī)程序中都是一個(gè)不變量；ρ是在設(shè)計(jì)時(shí)已給出，也不會(huì)發(fā)生變化，唯一變量是ΔP。管道長(zhǎng)期運(yùn)行，沉積物影響節(jié)流裝置直徑比β（β=d/D），沉積物在管道內(nèi)堆積情況見(jiàn)圖3、 圖4。從圖3、圖4可以看出，工藝管道內(nèi)部直徑已經(jīng)變小，因此β相應(yīng)變大，其它參數(shù)不變情況下，分母變小，因此測(cè)出的流量會(huì)變大。管道內(nèi)沉積物越多，管道內(nèi)徑變得越小，測(cè)量流量比實(shí)際流量就大得越

多。這種偏差是無(wú)法通過(guò)校驗(yàn)差壓變送器、配電隔離器等二次設(shè)備來(lái)消除的。

 

在用戶(hù)用量Q m不變，D變小的情況下，差壓值變大才能滿(mǎn)足非常終流量要求，差壓值變大，C、β、 ε、d、ρ不變時(shí)，計(jì)算出的流量偏大。

 

B、熱式質(zhì)量流量計(jì)

熱式質(zhì)量流量計(jì)原理：流量計(jì)由兩個(gè)傳感器組成，一個(gè)測(cè)溫，感受流體溫度T2：另一個(gè)測(cè)速，由電路加熱到溫度T1。

 

T1高于T2，并保持ΔT恒定，即ΔT=T1-T2。當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時(shí)，由于測(cè)速傳感器的自身溫度T1高于測(cè)溫傳感器感受的溫度即流體溫度T2，流體便帶走了測(cè)速傳感器上的一部分熱量（高溫向低溫傳遞），使T1下降。電路為保持ΔT恒定，便增加對(duì)測(cè)速傳感器的加熱功率，使ΔT=T1-T2恒定。流體帶走測(cè)速傳感器上多少熱量，電路便增加相應(yīng)數(shù)量的電功率，兩者之間存在著一個(gè)函數(shù)關(guān)系。設(shè)對(duì)測(cè)速傳感器的加熱功率為P，流體的質(zhì)量流量為Q，則根據(jù)流體流過(guò)測(cè)速傳感器時(shí)所帶走的熱量與對(duì)測(cè)速傳感器的加熱功率相對(duì)應(yīng)的原理，得到下列關(guān)系式（注：式中B、A為常數(shù)）：P=[B+AxQ12]（T1-T2）。

 

通過(guò)測(cè)量加熱功率P，來(lái)測(cè)量帶走這部分熱量的流體的質(zhì)量流量。由于帶走這部分熱量的是流體的分子，所以測(cè)速傳感器直接測(cè)量的是流體的質(zhì)量流速pV，此時(shí)只要乘上管道的橫截面積，就可以得到流體的質(zhì)量流量了，即流量計(jì)算式（3） Qm=S×pV （3）根據(jù)式（3）分析，在不考慮其它影響因素，工藝管道內(nèi)部流道出現(xiàn)圖3、圖4、圖5、圖6情況下，同樣流量流經(jīng)此工藝管道時(shí)，pV增大，而此情況下程序或流量積算儀參數(shù)不變，即S不變時(shí)，計(jì)算的非常終流量偏大。

 

C、超聲波流量計(jì)

測(cè)量原理：流量計(jì)采用時(shí)差方式的測(cè)量原理。它利用傳感器發(fā)出的超聲波在流動(dòng)著的流體中的傳播，順流方向聲波傳播速度會(huì)增大，逆流方向則減小，在同一傳播距離就有不同的傳輸時(shí)間，根據(jù)傳輸時(shí)間之差與被測(cè)流體流速之間的關(guān)系測(cè)出流體的流速。

 

流體的流速在管內(nèi)的不同位置是不同的，其管中央的流速要比靠近管壁的流速快。流體在管道中的流速分布可以用流速截面分布圖表示。通過(guò)對(duì)流量計(jì)的設(shè)置，并考慮流速的截面分布影響，從而可以計(jì)算出平均流速，再根據(jù)管道的截面積得出流體的體積流量。其流量計(jì)算式見(jiàn)式（4）：

式中：Q——流量；T——時(shí)間；V——流體流速；M——超聲波反射次數(shù)；D——管徑；θ——超聲波信號(hào)和流體之間的夾角；T up——下游傳感器發(fā)射信號(hào)到上游的時(shí)間；Tdown——上游傳感器發(fā)射信號(hào)到下游的時(shí)間；ΔT——上下游時(shí)差

 

工藝管道內(nèi)部流道出現(xiàn)圖3、圖4、圖5、圖6情況，在用戶(hù)用量不變情況下，要達(dá)到實(shí)際流量要求，D變小，則V必變大。而通過(guò)計(jì)算的流量Q值，在實(shí)測(cè)時(shí)變大，即在流量計(jì)算機(jī)或工控機(jī)上程序參數(shù)不變（D、T），而V變大，則據(jù)式（3）可得出Q變大。

 

由此得出結(jié)論，在上述工藝管道狀況下，流速在管道中心非常大狀態(tài)沒(méi)有改變情況下，現(xiàn)場(chǎng)流量檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)的流量值比用戶(hù)實(shí)際用量大；出現(xiàn)圖4流道情況或其它非對(duì)稱(chēng)流道變化情況，非常大流速不在管道中心，而超聲波流量計(jì)探頭安裝位置不變時(shí)，出現(xiàn)V變小，實(shí)際D變小狀況，這種情況下流量計(jì)檢測(cè)值無(wú)法通過(guò)計(jì)算確定其量值變大或變小，需通過(guò)試驗(yàn)和比對(duì)才能得到準(zhǔn)確結(jié)論。

 

3 消除計(jì)量?jī)x表偏差辦法

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1.1 工藝優(yōu)化

 

出現(xiàn)圖3、圖4、圖5、圖6情況，是取水、制水、制氣工藝設(shè)備存在問(wèn)題，不能過(guò)濾或清洗工藝管道介質(zhì)使其達(dá)到清潔介質(zhì)，造成輸送介質(zhì)雜質(zhì)在管壁內(nèi)沉積附著，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，形成圖中沉積物，影響正常計(jì)量。

 

使用新工藝消除工藝介質(zhì)內(nèi)雜質(zhì)，保證輸送介質(zhì)為清潔、干凈介質(zhì)。工藝優(yōu)化需要企業(yè)制定長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，需要大量資金支持。

 

3.1.2 計(jì)量裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化

工藝優(yōu)化需要現(xiàn)有場(chǎng)地、工藝設(shè)備重新設(shè)計(jì)需要大量資金，同時(shí)施工工期長(zhǎng)。在無(wú)法實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化條件下，有限資金情況下，可以對(duì)流量計(jì)本身設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

 

1. 優(yōu)化檢修設(shè)計(jì)方案一

流量計(jì)前后設(shè)計(jì)兩個(gè)（以不影響流量計(jì)拆除、安裝為準(zhǔn)）如圖7所示設(shè)置檢修吹洗孔。吹掃孔應(yīng)設(shè)置在流量計(jì)維護(hù)平臺(tái)內(nèi)，以便吹掃作業(yè)；出現(xiàn)設(shè)置在原有維護(hù)平臺(tái)范圍外時(shí)，需重新設(shè)計(jì)維護(hù)平臺(tái)；吹掃孔大小根據(jù)清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸確定。對(duì)影響流量計(jì)計(jì)量段管道進(jìn)行清洗吹掃，采用高壓液體吹掃時(shí)，必須設(shè)計(jì)污水排泄口、污水收集器、污水處置設(shè)施；采用高壓氣體吹掃時(shí)，要設(shè)計(jì)安全密封裝置，防止吹掃氣傷害操作人員。

2. 優(yōu)化檢修設(shè)計(jì)方案二

流量計(jì)段設(shè)計(jì)為可拆卸裝置，流量計(jì)與管道設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，如圖8所示，流量計(jì)前管道至少10D（D管道直徑），流量計(jì)后管道至少5D。

 

對(duì)流量計(jì)進(jìn)行定期工作時(shí)，將法蘭1、法蘭2間管道整體拆缷（為防止流量計(jì)損傷，可將影響拆缷的、影響管道清洗的流量提前保護(hù)性拆除），到指定位置進(jìn)行清洗。

 

3. 優(yōu)化檢修設(shè)計(jì)方案三

分段計(jì)量，由于總管檢修、清洗基本不具備條件，大多數(shù)情況下，10年以上甚至管道報(bào)廢時(shí)都不進(jìn)行檢修，此情況宜采用分管計(jì)量設(shè)計(jì)，即采用分支管計(jì)量方式計(jì)量（如圖1、圖2），這樣的工況不宜采用總管計(jì)量�？偭坑�(jì)算采用式（1）進(jìn)行計(jì)量。

 

3.2 檢修維護(hù)優(yōu)化

目前對(duì)計(jì)量?jī)x表維護(hù)工作主要集中在差壓變送器、二次儀表進(jìn)行定期校驗(yàn)，超聲波流量計(jì)（水）、電磁流量計(jì)比對(duì)校驗(yàn)，對(duì)插入式流量計(jì)探頭進(jìn)行清洗，對(duì)工藝管道未進(jìn)行清洗；對(duì)質(zhì)量流量計(jì)、渦街流量計(jì)等設(shè)備沒(méi)有有效校驗(yàn)手段。

 

為保證流量計(jì)準(zhǔn)確運(yùn)行，需對(duì)包括流量計(jì)本身一套裝置進(jìn)行定期檢校，流量計(jì)應(yīng)用單位沒(méi)有校檢手段時(shí)，需送有校驗(yàn)資質(zhì)單位進(jìn)行校驗(yàn)；同時(shí)需對(duì)影響流量計(jì)工藝管道進(jìn)行清洗（根據(jù)運(yùn)行介質(zhì)的運(yùn)行情況），制定相應(yīng)清洗流程、清洗方法、清洗周期。

 

4 結(jié)論

能源介質(zhì)雜質(zhì)較多情況下，根據(jù)本文分析結(jié)果，大多數(shù)情況下，計(jì)量示值偏大，能源介質(zhì)用能用戶(hù)會(huì)受損失。

 

本文所論述計(jì)量?jī)?yōu)化的方法只適用于能源介質(zhì)雜質(zhì)較多，在管道內(nèi)易形成附著物的流量計(jì)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)維修方案優(yōu)化。

 

從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、減小工作量方面考慮，在能源介質(zhì)雜質(zhì)較多的工藝上進(jìn)行計(jì)量，推介使用計(jì)量裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)方案二和方案三，此設(shè)計(jì)方案結(jié)合定期維護(hù)、維修可確保準(zhǔn)確計(jì)量。