供热电厂蒸汽流量仪表的改造探讨

张 林

（浙江浙能长兴发电有限公司，浙江 长兴 313100）

0 引言

蒸汽是化工、纺织、印染、食品加工等企业的重要能源，其流量能否准确测量对用汽单位来说直接关系生产成本，对供热企业来说直接关系经营效益。由于蒸汽的物理特性非常复杂，受压力、温度等诸多因素影响，要准确测量其流量比较困难。浙江浙能长兴发电有限公司对外供热超过10年，热网流量损耗一直高，通过蒸汽流量仪表的改造，提高了测量准确度，降低了流量损耗，取得明显收益。

1 应用现状、存在问题及原因分析

1.1 应用现状

浙江浙能长兴发电有限公司（以下简称“浙能长兴电厂”）是浙江省能源集团下属的子公司，总装机容量为4×300MW燃煤机组，经改造后从2003年10月开始对外供热。供热联箱出口压力1.0MPa，温度300℃。目前热网覆盖长兴县城区域3个主要园区，供热管道约50km，用户达70家。近几年供热量保持两位数增长，截止2013年底已累计供热近2×106t。2014年前，热网的蒸汽流量仪表绝大部为孔板差压式测量仪表，只有3家用户是涡街流量计。

1.2 存在问题

小流量用户多，损耗高。现有70家用户主要涵盖印染、纺织、酒店、服装、制造等行业，分布面比较广。其中，小流量、间断性用户较多，占总用户数的80%。尽管近几年通过测量仪表精细化管理和管理创新等方式降低管损，但总体管损率还在15%以上，流量损耗偏高。

管线距离长，容量利用率低，损耗大。目前，管线以浙能长兴电厂为中心向东、南、北3个园区发散敷设，设计容量200t/h,实际流量60～90t/h，70%的用户集中在长兴经济技术开发区，#1线与#1复线并联运行，但开发区的用热范围主要集中在#1线侧，导致#1复线长期在低流量下运行，容量利用率低，损耗大。

仪表量程比窄，无湿度补偿。孔板差压式流量仪表的缺点就是测量范围窄，对小流量、间断性及流量波动较大的用汽无法实现精确计量，而浙能长兴电厂以小流量、间断性用户为主，对末端、支线小用户蒸汽变为饱和汽后，现有仪表无湿度补偿功能导致漏计、少计问题较为突出。

1.3 流量损耗大的原因分析

由于管线距离长、容量利用率低，导致蒸汽流速低、热量损失大，为管网末端的用户蒸汽测量带来了很大困难。一方面，蒸汽测量的是质量流量，与蒸汽密度成正比，即：Qm＝qv×ρ，（qv：体积流量，ρ：蒸汽实时密度），蒸汽测量仪表无法进行湿度测量和湿度补偿，故实际末端用户的湿蒸汽密度只能视作干蒸汽来计算，而湿蒸汽与干蒸汽密度相差很大，会引起蒸汽测量缺失，若蒸汽变成水后蒸汽测量装置根本无法测量（例如：工况压力为0.6MPa的干蒸汽密度是3.169kg/m3，而干度值为0.8的湿蒸汽其密度为3.958kg/m3，两者密度值相差约25%，用干蒸汽密度算出的蒸汽质量流量比实际值约偏小12%）。另一方面，蒸汽测量的qv与蒸汽在管道内流速有关，流速低qv小，当蒸汽流速小于5m/s时现有孔板差压流量计基本检测不到流量。综合上述两方面情况可知，15%左右的流量管损主要是由于测量设备存在漏计、少计、无法进行湿度补偿导致的。

表1 两种蒸汽流量测量仪表的选型比较Table 1 Comparison of selection of two kinds of steam fl ow measurementinstrument

表2 4种压力工况下饱和蒸汽横河涡街可测流量范围[3]Table 2 The four pressure saturated steam Henghe vortex measurement fl ow range

2 两种主要蒸汽流量测量仪表的选型比较

在实际蒸汽测量应用中，大多采用孔板差压流量计和涡街流量计两种测量仪表。

3 蒸汽流量仪表的改造情况

鉴于两种流量计的选型比较，以及热网流量管损高主要原因是现有流量仪表无法精确测量，2014年3月浙能长兴电厂启动了蒸汽流量仪表改造工作，至2014年6月完成。

3.1 改造内容

将孔板差压流量计改为涡街流量计，选用某公司生产的DY型（高温分离型）数字式旋涡流量计，其性能稳定，蒸汽流速在0～80m/s之间都能实现精确测量。

从表2中可以看出典型的DN50口径的涡街在0.8Mpa压力下准确测量范围为89～2753kg/h，比同样口径的孔板准确测量范围要大50%左右，而且安装、维护非常方便，基本不存在仪表管路漏汽或被偷汽的问题。在仪表更换的同时，也对测量管道进行相应的缩管处理，满足仪表直管要求（前10D以上，后5D以上）后，既提高了蒸汽流速，也提升了测量准确性。同时更换了精度更高的压力变送器和热电阻，以实现更精确的实时蒸汽密度计算。

表3 改造前后的管损情况表Table 3 Pipe loss before and after modi fi cation

针对老的流量积算仪无法实现蒸汽湿度判断和补偿的问题，该公司采用了某自动化有限公司最新研制的蒸汽流量积算仪。该积算仪将水和水蒸汽性质国际委员会（IAPWS）发布的“水和水蒸汽热力性质工业公式置入仪表中取代原来的蒸汽密度查询表，进行蒸汽密度的实时运算以得到更加精确的温压补偿密度值。同时还进行蒸汽性质判断，如果此点的蒸汽温度低于对应压力下饱和蒸汽温度，仪表自动设定比例进行湿度补偿。比如，某用户压力为0.8Mpa、温度为168℃，该压力下对应的蒸汽饱和温度应为170.444℃，实际温度低于该压力下饱和温度，仪表自动按设定值进行湿度补偿，如设定值为5%，即该用户仪表计算的密度值为：4.1603×1.05＝4.3683kg/m3，达到湿度补偿目的。

3.2 改造前后数据对比

仪表改造后，选取了一家用户进行用汽量比较来验证改造效果。味之源食品属于小流量、间断用户，常年每天的最大流量基本稳定。从图1和图2对比中可以看出，改造前该用户的流量曲线上下幅度小，最大流量在2.20t/h以内，而改造后最大流量达到了2.98t/h，且曲线更连续，说明湿度密度补偿在起作用，仪表改造是成功的，达到了预设目的。

表3为浙能长兴电厂2014年前7个月蒸汽销售量和损耗情况表。测量仪表改造后，在供汽量没有大幅变化的情况下，从4月份开始结算蒸汽量明显上升，损耗同步下降，至7月（仪表基本改造完成）总体损耗已降至10.47%，下降4%，效果明显。以2013全年43.5万吨的蒸汽销量、均价189元/吨计算，全年结算蒸汽量可增加43.5×4%＝1.74×104t，产生经济效益1.74×189＝328.86万元，而60家用户仪表改造的总投入约为3.8（万元/套）×60（套）＝228万元，一年之内就可以收回改造投资，经济效益显著。

4 结论

对供热电厂而言，蒸汽流量仪表的准确测量是热网中最为困难的环节之一，“失之毫厘、差之千里”，良好的准确度，既有利于构建供热电厂与热用户的正常买卖关系以及供热销售业务的拓展，也有利于供热电厂实现颗粒归仓，减少损失。浙能长兴电厂通过认真分析，将孔板差压流量计改为涡街流量计，更换带湿度补偿的积算仪，在小流量、间断性用户的测量上有效规避了流量大幅波动时的少计和漏计现象，降低了流量管损，取得良好收益。

[1]李兰.浅谈流量计的选择[J].中国新技术新产品,2013,05.

[2]卢嘉,史云肖,郑永辉.用涡街流量计测量蒸汽的流量[J].石油化工自动化,2006,4:79.

[3]上海横河电机有限公司.横河DY型数字式旋涡流量计说明书[Z].2012.