差压法蒸汽计量存在的问题分析及对策

叶志刚

(北京燕山石油化工分公司，北京 102500)

过热蒸汽是各化工生产装置最常见的动力能源。蒸汽的准确计量是企业进行成本核算、实现节能降耗及安全环保等工作的基础。随着公司专业化重组的深入，统计调查中心对蒸汽计量的完善工作更加细致，蒸汽计量的全面性和准确性逐步提高。差压式流量计在东区蒸汽计量仪表总量中占60%，尤其对于大口径，高温、高压的蒸汽输送，几乎全部使用差压式流量计。随着冬季的到来，差压式蒸汽计量仪表的投用和防冻等工作尤为突出。

1 差压法工作原理

蒸汽的质量计量通常是通过测量蒸汽流过节流件时两边产生的差压来进行间接测量的，蒸汽流量的测量以由节流件孔板、喷嘴、文丘里管组成的差压流量计为主，加以温压补偿通过流量计算机计算出质量。下面以孔板测量蒸汽质量流量为例介绍差压法流量计工作原理，从国标 GB/T 2624—1993 知蒸汽质量计算公式为

(1)

式中：qm——质量流量，kg/s;C——流出系数;d——工作条件下节流件的节流孔直径，m;β——直径比，β=d/D;D——工作条件下管道内径,m;ε——可膨胀性系数; Δp——差压，Pa;ρ1——流体密度,kg/m。

由式(1)可以看出,若把C，ε，β，d都看作常数时，那么Δp和蒸汽在该状态下的ρ1成为计算qm的决定性因素,若Δp和ρ1任何一个测量产生偏差，其蒸汽质量流量计算就会产生较大误差,下面对该误差产生的原因进行分析。

当流体参数如雷诺数、温度、压力、黏度等与节流件设计参数一致时,qm与Δp的平方根成正比,然而实际流体的工作状态总是在变化的。因此，qm不仅与Δp有关，还受其他参数变化的影响，只有当流体工作状态与设计状态差别不大，可以近似认为qm=KΔp,K为常数。当流体工作状况与设计状况偏差较大或者虽然不大但需要较精确计量时，就必须知道实际状况下各参数的值,以精确计算qm。

2 影响质量流量测量的因素

2．1 差压的测量及其误差

在蒸汽的计量中,Δp的测量由差压计 (包括差压变送器)完成。随着差压计准确度的提高,差压计本身准确度对差压测量的影响极小, 正确安装和使用差压变送器以真实地反映差压的大小,便成了应关注的问题。

根据式(1)，在不考虑其他参数变化的情况下，当差压引起的误差在±0．25%时，流量的误差在±5%。当差压较小时，差压的较小误差或者差压有较小的变化，就能引起流量较大的变化，即在小流量时,差压微小测量误差将对流量测量造成较大的误差。

针对零点不准确的情况及时进行调整。在工艺准许的情况下，通过关闭正负取压阀，打开平衡阀的方法检查仪表的零点。对于一体化节流装置，需保证仪表正负取压室的隔离液或冷凝液的液位高度一致，在必要的情况下需检查和添加隔离液。

在现场用手持通信器检查仪表的量程，有1%以内的少量迁移现象。这种现象是由3051差变的按钮调零引起的，因此在仪表的检查调零中要尽量使用通信器调零，不用调零按钮，避免量程的迁移现象发生。

2．2 密度的测量及其误差

蒸汽密度ρ的测量，通常是通过测量温度和压力来间接测量的。实际测量中，温度的测量值常常是偏低的，有时会低30～40 ℃，这主要是安装不正确(如安装位置、插入深度、保温情况等)引起的。 而压力的测量值常常是偏高的，有时高几十甚至几百千帕，这主要是由冷凝水产生的静压没有消除引起的。

部分测量点由于蒸汽管线保温破损、蒸汽温度测量仪表故障等因素引起蒸汽温度指示的偏差。如仅考虑温度对密度的影响，对于3．5 MPa蒸汽，温度为300 ℃时，蒸汽密度为15．09 kg/m3，因温变故障或保温原因造成温度偏高或偏低30 ℃，即温度指示330 ℃或270 ℃时密度分别为14．03 kg/m3和16．45 kg/m3，依据式(1)计算，仅温度偏差导致密度计算不准确，给蒸汽的质量流量造成的示值误差分别为-3．6%和4．4%。

压力测量仪表的自校验可以保证压力变送器准确度在0．5级，但在部分压力变送器引压管从高空管廊引至地面表箱，由于引压管中蒸汽凝液的存在，会造成压力指示偏高。如引压管中液柱高度在5 m，压力指示偏高0．05 MPa。还以3．5 MPa蒸汽，温度为300 ℃时为例，如因冷凝液柱的存在压力指示为3．55 MPa，密度将指示为15．33 kg/m3。依据式(1)，因压力偏高导致密度计算不准确，给蒸汽的质量流量造成的示值误差为0．8%。

2．3 补偿方式

根据式(1)可以看出，过热蒸汽温度、压力、实际流量偏离设计值不仅导致密度的变化，也导致节流件C，ε等中间参数的改变。密度的计算公式应按IFC1967公式或过热蒸汽密度表查取，其他参数的改变计算亦十分复杂，在DCS中难以直接组态。

目前部分蒸汽计量中，补偿仍直接在DCS中进行，补偿的公式为

(2)

式中： qm0——补偿后质量流量；qmi——补偿前测量质量流量；Ti——实际测量温度；T0——理想状态温度；pi——实际测量压力；p0——理想状态压力。

该公式为理想气体的补偿公式，过热蒸汽为实际气体时不能使用该公式，在《中石化企业计量设备配备指导意见》中也明文规定了这一点。

个别补偿采用DCS厂家提供的简单补偿公式，这类公式在一些计量点补偿尚可，在另一些计量点则误差很大。要实现较为全面、准确的补偿，需要专门的流量计算机。采用差压式测量的蒸汽计量的补偿回路如图1所示。

图1 过热蒸汽补偿回路构成示意

2．4 二次仪表参数设置

由于蒸汽用量是按吨结算，因此蒸汽密度的变化会严重影响计量数据的准确性。蒸汽的密度随着工况温度、压力的变化而变化，要求配套使用的二次仪表一定要具有对流量信号进行温度、压力实时补偿的功能。当配套使用的流量计为节流式流量计时，二次仪表还必须具有对ε和C的补偿功能等，所以参数的设置至关重要。当设计温度压力与实际温度压力不一致时，将导致测出的流量不能真实地反映其工作状态下的实际流量，计量的准确性无从谈起。

3 减少误差的方法

1) 尽可能选用准确度较高的检测仪表。压力和温度的准确测量同样不能忽视。温度指示应当定期检查，通过比对发现指示是否准确，对仪表故障要尽快消除。压力变送器也应定期校验，引压管中凝液造成的压力指示偏高问题应在变送器中作相应的迁移处理。

2) 对节流件及检测仪表应定期检定或校验，保证经常处于完好状态，并按要求灌装隔离液。流量计零点检查调校时尽量使用手持通信设备，不使用表体上的调零按钮，那样可能造成量程的少量迁移。

3) 测量设备要正确安装，这里包括导压管及阀门的正确安装，否则准确度再高的仪表也无法得到准确的测量结果。

4) 蒸汽的补偿应当使用专门的流量计算机补偿方式，比在DCS中用简单公式组态进行补偿要准确，建议有条件的尽可能利用流量计算机进行补偿。

5) 通过蒸汽平衡核算关系对蒸汽计量数据进行检查。加强对各单位能耗数据的考核,切实将能耗指标落实到各单位，促使各单位节能降耗、加强管理,定期发布真实的能耗计量数据。充分利用信息化技术，通过蒸汽平衡核算关系对蒸汽计量数据进行检查，强化计量数据管理。将数采数据与班组日常巡检数据相互比对印证，既保证了数据准确又为仪表维护人员提供了方便，也避免了计量抄表员的误抄误报，同时可以利用数采随时跟踪所有计量仪表的运行情况，发现问题及时处理，以便减少计量损失。

6) 建议加强计量人员培训，强化能源计量的现场管理。分级分层作好人员培训： 针对管理层进行计量法律法规、能源计量管理要求等方面的培训; 对技术员、检定员、仪表专业维护人员定期进行计量专业基础知识、生产过程能源控制、安装技巧和操作技能、测量设备的检定/校准等方面培训。

7) 同时希望在蒸汽计量的方法上加以改进。从传统的质量计量到热量计量的转变，更为直观准确地体现一个单位的能耗情况，更准确更便捷地服务于生产实际。

4 结束语

实践证明，正确的仪表选型是准确计量的基础，准确的密度补偿方法是准确计量的关键，规范的检定与测试是准确计量的依据，严密的安装调试过程是准确计量的保证，现代化的数据管理模式是准确计量的标准。蒸汽计量及平衡存在的问题还有很多，提高蒸汽计量准确性的工作任重道远，还需从事该项工作的技术管理人员坚持不懈的努力。

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