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提高能源流量测量准确性的方法
作者：曹小红，李怀新 浏览量：713
0 引言
全球能源危机四伏，节能降耗的呼声越来越高。目前我国单位GDP能耗是发达国家的2~3倍，面对如此严峻的事实，节能减排的任务迫在眉睫。能源介质流量的准确计量，是实现节能行动的一个关键而又基础的工作。
1 韶钢EMS能源管理系统
韶钢EMS能源管理系统是一套自动化信息化管控一体化系统。它以安全稳定、经济平衡、节能减排、优质环保为目标，采用分散控制和集中管理的思想，不断完善能源信息的采集、存储、管理和利用；通过优化能源调度和平衡指挥系统，减少能源管理环节，优化能源管理流程，建立客观能源消耗评价体系，减少能源系统运行管理成本，提高劳动生产率，节约能源和改善环境。韶钢能源介质种类主要包括：高炉煤气（BFG）、焦炉煤气（COG）、转炉煤气（LDG）、氧气（O2）、氮气（N2）、氩气（Ar）、压缩空气（Air）、蒸汽、生活水、工业循环水、除盐水、电力等。能源介质信息包括：压力、流量、温度、煤气热值等。能源流量计量是用能单位、供能单位重要的一个考核指标。
2 流量
流量包括瞬时流量和累计流量等。流量可以分为标况流量和工况流量。流体在标准状态下的流量被定义为标况流量，除此之外的压力温度下的流量可以认为是工况流量。一般流量计，如孔板、涡街、金属管浮子、腰轮等测量出的流量都是工况流量，需要配套温度传感器、压力变送器、流量积算仪或者DCS系统才可以换算出标况流量；而一些最新的热式气体质量流量计测量出来的是标况流量，不需要温压补偿，就可以直接测量出标况流量。
对于标准状态，通常有如下几种描述:
（1）1954年第十届国际计量大会(CGPM)协议的标准状态：温度273.15K（0℃），压力101.325kPa。世界各国科技领域广泛采用这一标态。
（2）国际标准化组织和美国国家标准规定以温度288.15K（15℃），压力101.325kPa作为计量气体体积流量的标态。
（3）我国《天然气流量的标准孔板计算方法》规定：以温度293.15K（20℃），压力101.325kPa作为计量气体体积流量的标准状态。
（4）但我国计量的标况通常指的是温度293.15K（20℃），压力101.325kPa。
从韶钢使用的流量计以及相关设计计算书来看，目前使用的流量计设计中对标准状态没有明确的统一，一般分为温度273.15K（0℃）、压力101.325kPa和293.15K（20℃）、压力101.325kPa这两种。在计量体积流量时，由于这两种形式的标准状态下气体温度存在差别，所表述的标况流量会存在一定的差别。因此在提及标况流量时，必须说明是以哪一种标准状态下的体积流量作为结算标准，否则会引起计量的异议。建议对同一区域内的能源计量流量计采取统一的标准状态来设计和计量。
3 确保计量准确的方法
流量计量是能源介质测量中较容易出现计量异议的一个环节。现场的流量无法用肉眼或仪器直接读取出来，而气体流量计检定的建标工作相对复杂，所以对在线的流量计进行校准难度较大。为了确保流量计量的准确进行，应重点做好以下几方面。
3.1 准确提供能源介质使用的参数情况
用户应尽可能为流量计的设计制造单位提供准确的参数。因每个厂区的能源介质存在一定的差异，所以需要对测量介质的成份进行准确的化验、分析，才能为流量计的制造商提供准确的参数，如管道大小，介质的比重，密度，常用流量、工作压力、工作温度等。
在流量测量中，国家标准规定节流装置适用的流量比为３０％，即最小流量：最大流量＝ｌ：３。如果流量比小于３０％，容易造成测量不够精确。如果设计的量程范围大，而实际使用的流量却很小，那么此流量计的准确性就将无法判断，测量出来的数据也没有实际的指导意义。
3.2 现场检查流量计选点符合安装要求
检查安装流量计的前后直管段是否足够长，管道前十后五管径长度内是否存在阀门、弯管、变径管道等干扰。仪表使用的电源线、信号线等是否受周围电磁干扰；流量计取压装置的方向是否正确，流量计的安装位置是否正确、安装方向是否与流体方向一致等。
以威力巴取压装置为例，依照产品铭牌上列出的型号，有-Ｈ-的为适用于水平管道安装的威力巴探头，有-Ｖ-的则适用于垂直管道安装的威力巴探头。
3.2.1 水平管道安装
对任何介质的测量，威力巴可以安装在管道上、下部 160°的任何方位。对于测量气体介质，推荐安装在管道上方，这样可使引压管内冷凝液回流入管道中，若威力巴安装在管道下方，应考虑安装排污阀。对于测量液体介质，推荐安装在管道下方，这样可使气泡回流入管道中，若威力巴安装在管道上方，应考虑安装排气阀。对于测量蒸汽介质，推荐安装在管道下方。
3.2.2 垂直管道安装
威力巴可安装在围绕垂直管道360°的任何方位。选择威力巴安装位置时需考虑差压变送器的位置，在液体和蒸汽方面的应用，变送器推荐安装在低于威力巴的位置；在气体方面的应用，变送器推荐安装在高于威力巴的位置。
3.3 检查取压管路的密封以及通畅程度
应检查装置取压管路至差压变送器是否存在冒泡、漏气等情况。在实际安装中，变送器有的直接安装在取压装置（如威力巴、毕托巴）上方的连接部件上；有的通过取压装置（如孔板、文丘利）后利用一定长度的引压管，连接到差压变送器的三阀组上。所有取压装置、引压装置、排污阀，沉降器以及三阀组等必须无漏气、冒泡现象。卡套、活接、焊缝、排污阀门等是最容易发生漏气的地方，可以用浇注肥皂水的方法进行判断，如果出现气泡并有逐步变大趋势，则可以断定其密封性能存在问题，必须及时整改。建议对引压管路采取不锈钢管无缝焊接，可有效防止现场恶劣环境造成管路腐蚀等引起的引压装置漏气问题。另外，如果介质含杂质的较多，应在引压管进变送器之前安装沉降器和排污阀，定期进行排污维护。所有的活接处应加装密封垫片并紧固螺丝。在管道送气前应进行带压测试。对于取压管路通畅程度的判断，可以通过排污阀进行短时间排污观察，观察判断其排气量是否在正常范围内，对于压力较大的管道，排气时间应适当延长，否则很难判定其堵塞程度。对于压力较高的管道，应该特别小心，防止高压气体喷溅伤人。而对于有毒有害气体，则更加应该考虑其安全性，只有在充分做好应急防范措施的情况下才能操作。
按照国家有关标准，引压管的长度一般为3~50m，实际使用中，基于介质压力较低的，如韶钢管网压力的高炉煤气、焦炉煤气管网压力通常只有10kPa左右，这种情况下，建议尽量缩短引压管路的铺设，防止焊点和连接点的漏气，更重要的是防止管路太长引起差压测量的滞后。安装变送器的地方应该避免有振动、摇晃等现象，还要预防雨水入侵而损坏设备的电路板块。
3.4 选择合适的差压变送器
差压变送器有差压、微差压、高静压差压等类型，只有选择合适的变送器才能更加准确的地测量。某些流量计制造商一味追求流量计取压而采用微差压方式来减小管道流体的压损，但是由于受现场管道振动、管道内压力不稳定等因素影响，微差压压力变送器测量的数据波动较大，零漂大，流量计量无法确定。建议选择性能好、信誉高的品牌变送器。现场安装的差压变送器须经有资质的检验机构检验合格后方可使用。安装完毕后，由于现场环境与检验标准室环境不同，以及安装位置存在差异，需对现场安装的差压变送器进行重新调零处理。
3.5 检查现场安装的差压变送器的量程是否与设计书提供的参数一致
检查现场安装的变送器差压范围以及DCS系统的流量刻度范围是否符合设计书要求，如果不一致，将会导致计量偏差，包括：变送器差压范围跟设计书一致，而DCS系统的流量刻度范围比设计书的流量刻度范围大，则测量出来的流量值比实际值偏大；DCS系统的流量刻度范围与设计书的流量刻度范围一致，而变送器的差压范围比设计书的差压范围大，则测量出来的流量值比实际值偏小。
3.6检查数据采集模块对测量信号的采集情况
能源计量数据采集过程通常是由变送器输出与测量信号对应的标准电流信号(4~20mA)，经过信号隔离器、避雷器等元件，进入数据采集模块。为了保证数据采集模块采集的数据准确无误，必须保证进入模块通道的电流信号与变送器输出电流大小一致。因此需要对隔离器、信号避雷器等元件的输入、输出信号的准确性进行确认。可采用计算机监控的方式对转换数据值与变送器输出的特定值进行比对，确保数据采集模块对测量信号的正确采集。
3.7检查差压式流量计测量系统的开方情况
查看差压式流量计测量系统的开方是在现场变送器还是在DCS计算机系统，切不可重复开方。差压式流量计的流量与差压为开方关系，即所测差压信号经过开方后对应为工况流量值。如整个系统都没有对差压信号进行开方，则在量程范围内测量的工况流量值将偏小；如整个系统对差压信号进行重复开方，则在量程范围内测量的工况流量值将偏大。
3.8检查测量系统的温压补偿功能是否正确
检查的方法对现场变送器端输出一定的电流值进行测试，利用变送器测试菜单给出标准电流对整个系统进行校验，检查配电隔离器的输入输出是否一致，模块的输入信号、回路信号是否正常，整个系统的量程是否与设计一致，根据记录实时的压力值和温度值进行计算，得出变送器或系统信号是否开方、系统温压补偿功能是否正常等。也可以先将温压补偿功能取消，然后使现场变送器端输出一定的电流值，判断系统显示值是否与电流值存在比例关系，再逐步增加压力补偿、温度补偿功能，检查补偿后的流量值是否符合计算情况。
3.9 了解现场工艺使用的实际情况
从工艺人员、生产现场深入了解工艺实际使用的能源介质情况。，如果了解到的大体使用数值与测量值差别太远，则需要考虑重新检查整套测量系统是否存在问题。必要时，在工艺允许情况下，可以对管道阀门进行一定程度的开关操作，查看流量的变化情况如何，以判断流量测量数据与阀门开关程度是否对应地变化。
4 结语
若流量计设计制造符合国家相关标准要求，安装过程正确规范，安装现场无明显信号干扰，取压装置、引压管、变送器等无漏气、冒泡、堵塞情况，变送器性能良好，差压范围与设计书一致，配电隔离器输入输出正常，数据采集模块信号输入、输出回路信号正常，系统流量测量范围以及温压补偿功能均设置无误，则其流量计量的准确性是值得信赖的。
参考文献
[1]乐佳谦.化工仪表维修工[M].北京;化工工业出版社,2005
[2]宋文绪,杨帆.自动化检测技术[M].北京;高等教育出版社,2001
