蒸汽流量計在鋼鐵行業(yè)應用現(xiàn)狀分析與改進

0、前言

蒸汽作為鋼鐵企業(yè)的重要動力能源之一，計量的準確性及有效性直接影響到能源的利用水平，對鋼鐵企業(yè)內(nèi)部提高能源利用率，降低消耗、差損有著重要的意義。文章結(jié)合萊鋼蒸汽能源供應現(xiàn)狀，對影響現(xiàn)有流量計準確性的因素進行簡單分析，并提出整改措施。

1、萊鋼蒸汽流量計量現(xiàn)狀分析

目前萊鋼現(xiàn)有各類蒸汽發(fā)生鍋爐22 臺/套，蒸汽發(fā)生量在1100～1550 t /h 之間。共配備用于廠際間結(jié)算的蒸汽流量計（http://www.jssanchang.com/wojie/59.html）共有81 套，其中余熱回收蒸汽流量計量10 套，鍋爐蒸汽產(chǎn)量表22 套，主要用于全公司46 個單位的蒸汽結(jié)算。根據(jù)GB17167 － 2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》要求，蒸汽介質(zhì)進出用能單位能源計量器具配備率達到100%，進出主要次級用能單位能源計量器具配備率達到80%，主要用能設(shè)備能源計量器具配備率達到70%，蒸汽計量準確度等級要求為2． 5。但受現(xiàn)場環(huán)境、能源計量儀表投資費用、各單位能源計量重視程度不同，蒸汽流量計配備率和運行狀況也呈現(xiàn)出不同態(tài)勢。目前全公司范圍內(nèi)尚有部分用戶點未實行儀表計量。這些用戶點主要集中在食堂、澡堂及采暖用汽幾個等方面。

根據(jù)蒸汽使用時段的變化情況，用戶主要分為常年用汽和季節(jié)性用汽用戶兩種。常年用汽單位用蒸汽量較穩(wěn)定，主要是生產(chǎn)工序用汽; 季節(jié)性用汽單位用汽量往往集中在冬季采暖季中，蒸汽主要用途是用于供暖和室外設(shè)備保溫。常年用汽單位的數(shù)量占到總用戶量的40%左右，而用汽量往往達到總量的80%以上。因此，各用戶間用汽量不平手平衡的問題較為突出。同時受到蒸汽汽源與各用戶間距離不同的影響，沿途壓降損失不同，故蒸汽流量計一般都安裝在用戶側(cè)，以在能源結(jié)算中抵消由于差損導致的用戶損失。

鑒于萊鋼各蒸汽用戶流量計運行狀態(tài)存在較大差異，管道管徑、用汽量、蒸汽品質(zhì)、現(xiàn)場安裝條件、流量計使用年限等各種因素致使蒸汽計量準確性受到制約，給計量結(jié)算工作帶來了一定影響。如何發(fā)揮現(xiàn)有能源計量儀表的作用，更加合理地進行能源數(shù)據(jù)結(jié)算也就成為了一個值得探討的課題。

2、蒸汽流量計準確性影響因素簡要分析

針對當前使用zui多的差壓式蒸汽流量計為例，簡單探討了影響現(xiàn)有蒸汽流量計量準確性的幾個因素。首先了解下差壓式蒸汽流量計的工作原理。差壓式蒸汽流量計是利用蒸汽流過節(jié)流裝置，在節(jié)流裝置附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差，通過蒸汽參數(shù)和管道幾何尺寸，再根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導出差壓與流量之間的關(guān)系從而求得流量值。根據(jù)流量方程:

式中qm—質(zhì)量流量，kg /s;

qv—體積流量，m3 /s;

C—流出系數(shù);

ε—可膨脹性系數(shù);

β—直徑比，β = d /D;

d—工作條件下節(jié)流件的孔徑，m;

D—工作條件下上游管道內(nèi)徑，m;

△p—差壓，Pa;

ρ1—上游流體密度，kg /m3。

可見流量為C、ε、d、ρ、△P、β( D) 6 個參數(shù)的函數(shù)，影響其準確性的因素主要在以下幾個方面。

2.1 蒸汽流量計的選型、設(shè)計制造

因為蒸汽介質(zhì)的特點，保證準確性的首要一點就是計量器具的選型和設(shè)計。由于蒸汽可分為飽和蒸汽和過熱蒸汽，在輸送過程中蒸汽干度會下降，出現(xiàn)汽、水兩相流，蒸汽流速也會發(fā)生變化。如果當蒸汽壓力、流速很大，節(jié)流裝置又比較龐大時，長期受到蒸汽沖刷，會導致節(jié)流裝置快速磨損，即公式中β值變化，造成計量偏差; 同樣，當蒸汽流速較低時，由于差壓△p 較小，受下限流速影響，也無法準確計算出流量。不同類型流量計適用于不同介質(zhì)、不同工作狀態(tài)中，在選型時，正確選擇合適的流量計是十分重要的。

在設(shè)計制造流量計時除了制作精度的影響外，參數(shù)設(shè)定也是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。參數(shù)設(shè)定時要求使用工況參數(shù)而不是額定參數(shù)。如前所述，不同用戶側(cè)蒸汽品質(zhì)截然不同，如果僅依靠額定參數(shù)設(shè)計出的渦街流量計（http://www.sanchangyb.com/），必定存在測量誤差。

2.2 蒸汽流量計的安裝要求

蒸汽流量計屬于比較精密的儀表元件，為了保證差壓信號的準確，通常在選擇安裝位置時，    以保證蒸汽輸送中處于層流狀態(tài)，使蒸汽平穩(wěn)通過節(jié)流裝置，避免不必要的擾動。安裝過程中取壓管堵塞、變形都會對差壓的取得帶來一定影響，所以正確安裝一次元件也是確保準確性的重要一環(huán)。

2.3 流量計的溫度、壓力實時補償

差壓式流量計是利用蒸汽動靜壓能轉(zhuǎn)換，由公式( 1) 可知流量計測得介質(zhì)的質(zhì)量流量qm 中，密度ρ 也是影響因素之一。而蒸汽密度ρ 又是溫度和壓力的函數(shù)，所以蒸汽實時的溫度和壓力變化必然影響到測量數(shù)據(jù)的準確性。在蒸汽輸送過程中，不同用戶側(cè)蒸汽的溫度、壓力不斷發(fā)生變化，尤其是末端用戶，往往實際工況狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)有較大差異，固定溫度、壓力值進行計算得出的結(jié)果必然存在誤差。

2.4 蒸汽流量計的校驗和維護

由于蒸汽流量計長期處于高溫、高壓汽水環(huán)境中，很容易造成儀表高溫損壞、銹蝕、雜質(zhì)阻塞等，因此需要經(jīng)常維護和定期檢修。特別是目前萊鋼蒸汽管道多采用高空架設(shè)，流量計安裝位置多處于室外或高空平臺上，環(huán)境條件較差，日常維護往往忽視對節(jié)流裝置的檢查。受條件所限，一套流量計安裝后其內(nèi)部腐蝕減薄情況缺乏掌控，由此帶來的測量誤

差就被忽略。

2.5 儀表設(shè)備冬季的保溫伴熱

由于萊鋼蒸汽流量計多安裝于室外，在冬季時需要對導壓管及儀表箱內(nèi)加設(shè)保溫伴熱裝置，防止導壓管內(nèi)凝結(jié)水結(jié)冰。一旦出現(xiàn)導壓管路結(jié)冰，將使測量結(jié)果失真，如不及時處理還可損壞差壓變送器。從現(xiàn)場情況的了解，計量設(shè)備伴熱普遍存在三個問題。一是從取壓口附近選擇伴熱蒸汽接入點，影響儀表正常取壓; 二是沒有獨立的伴熱蒸汽系統(tǒng)，通常伴熱蒸汽取自流量計計量的蒸汽管道中，當管道停汽后，儀表伴熱隨之停止; 三是伴熱管道夏季停用后，銹蝕泄漏，導致伴熱效果差或無法伴熱。

3、改進措施

1) 在蒸汽流量計選型時，根據(jù)用戶側(cè)具體蒸汽參數(shù)特點、現(xiàn)場安裝條件、用汽量大小等因素，避開流量計自身缺點影響，選擇合適類型的流量計。提供準確的管道內(nèi)外徑尺寸，蒸汽工作壓力、溫度、常態(tài)流量范圍等參數(shù)，保證設(shè)計參數(shù)和工況參數(shù)基本一致，防止工作狀態(tài)偏離設(shè)計狀態(tài)，確保量程范圍，以保證準確性。

2) 在選取蒸汽流量計安裝位置時，一般保證“*后五”，即保證流量計前直管段距離在10D 以上，流量計后直管段在5D 以上。安裝過程中，嚴格按照安裝標準，如果是孔板流量計，要保證孔板與管道垂直，zui大傾斜度小于1%，使孔板的銳面迎著蒸汽的方向; 如果是巴類流量計，插入桿要與管道垂直，并且不能偏心。安裝前，先對流量計進行清掃，防止異物損傷孔板銳面或堵塞取壓孔，避免由于施工導致的流量計損壞。安裝導壓管時，導壓管路應垂直或傾斜安裝，其傾斜度應大于1∶ 12。并保證彎曲處圓滑過渡，彎曲半徑應大于導壓管外徑的5 倍。導壓管長度一致并保持平行，以防止管內(nèi)積液而導致差壓錯誤。如果安裝溫度壓力補償，溫度壓力測點位置要盡量遠離節(jié)流裝置，以減小管道開孔對測量的影響。

3) 盡量安裝溫度壓力實時補償，對蒸汽狀態(tài)實時監(jiān)控。同時為了克服在小流量或無流量情況下，受到各種擾動造成差壓信號變化或零點漂移造成信號導致計量儀表失真，往往要將一定范圍內(nèi)的信號切除。當用戶由較大用量突然減少到較小流量，或者由于流量計量程設(shè)定過大，小流量無法計出時，需要合理設(shè)定小信號切除范圍以減少計量誤差。

4) 目前常規(guī)校驗方法只是對差壓或壓力變送器零點量程及線性度進行檢查，檢查參數(shù)設(shè)定及流量積算儀進行調(diào)校。而根據(jù)JJF640《差壓式流量計》檢定規(guī)程要求，還需要增加對孔板銳面、巴類插入桿、管道內(nèi)壁磨損情況檢查、管道存積物清掃等環(huán)節(jié); 另外，在維護方面，要加強對儀表定期排污，防止導壓管、正負壓閥、平衡閥腐蝕堵塞。同時加強對連接件密封墊片的檢查，防止導壓管發(fā)生泄漏。通過儀表定期維護、保養(yǎng)，延長儀表使用壽命，從而減少測量誤差。

5) 儀表伴熱保溫措施。為了解決儀表伴熱問題，在設(shè)計時要考慮儀表伴熱與該區(qū)域設(shè)備伴熱管道相連接，還要增加排污，加強伴熱維護工作。