集中供热系统中流量计的选型

2017-09-17聂夏洪

科技与创新 2017年18期

关键词：节流流体电磁

聂夏洪

（山西省太原市热力公司东山分公司，山西太原030013）

集中供热系统中流量计的选型

聂夏洪

（山西省太原市热力公司东山分公司，山西太原030013）

在集中供热自动化系统中，流量是体现集中供热系统水力平衡和调节均衡供热必不可少的参数之一。流量测量主要用于集中供热的热源传输、热力站的流量监测、热用户的分户计量等方面。随着集中供热工程自动化程度的提高，工况检测也越来越精细。在集中供热生产过程中，流量作为整个系统中的重要参数，对其测量显得尤为重要。因此，在集中供热生产过程中，流量计的选择是非常重要的。简要介绍了山西省太原市热力公司集中供热系统中的常用流量计，包括涡街流量计、差压流量计、电磁流量计，阐述了其测量原理、选用和安装要求，以期为日后的相关工作提供参考。

集中供热系统；自动化；流量测量；流量计

集中供热测量的流量是表示热水流过供热管道截面的数量，而集中供热过程控制的精细化使得集中供热系统对流量的测量点位越来越多，对测量精度的要求不断提高。在集中供热系统中，测量流量是为了使整个热网保持平衡，通过流量调节保证供热效果。这样做，也便于与第三方进行热源结算。在集中供热生产过程中，如何选取适合的流量计呢？下面，笔者结合工作中的一些具体情况做一些简单的阐述，以期为相关工作者提供借鉴。

1 流量的概念和流量计的分类

流量是指在一定时间内流过管道某横截面流体的体积或质量。在集中供热系统中，热介质多为高温水和蒸汽，因此，在集中供热生产过程中使用的多为体积流量，通常用体积流量表征，用qv表示，单位为m/h。一般流体在流动过程中并非完全的均匀流动，测量时，默认在某单位截面上的无限小单元面积dA上的流动速度是匀速的，速度为v。此时，流过此单元面积上的流体流量可写成dqv＝vdA，而通过整个截面的流量qv为qv＝vdA。当整个截面上的流量分布是均匀的，约等同于qv＝vA。质量流量与体积流量的关系可以表示为：

式（1）中：p为流体的密度。

对于集中供热系统，瞬时流量测量是表征管道内的实时流量。同时，在结算集中供热热量时，很多情况下都需要总累计流量。总累计流量是指在一段时间内流过管道的流量总和，即：

式（2）中：v为总的体积量。

通常情况下，将测量瞬时流量的表计称为流量计，将检测累计流量的表计称为计量表。在集中供热系统中，流量计有显示总量的作用。流量是在动态中测得的一个量，所以，流量测量过程与流体的物理特性、流体的工作环境、流量计的安装位置等有关。因此，在实际工作中，要全面考虑各种因素，确定流量计的类型、测量方式，以及它在各种工况下的运行情况，这样才能达到精确测量的目的。流量检测仪表包括体积流量仪表和质量流量仪表2种。在集中供热的过程中，使用最多的是体积流量仪表，因此，我们只介绍体积流量仪表。

由qv＝vdA可知，当某一管道中流体介质的横截面积A确定后，测算出流过此截面流体的瞬时速度v，就可以计算出此处流体的体积流量qv。根据这个原理制作的仪表被称为速度法体积流量仪表。速度法体积流量仪表通常分为差压式流量计、电磁流量计、涡街流量计和超声波流量计等。在集中供热系统中，多使用的是速度法体积流量仪表。

2 常用流量计介绍

2.1 涡街流量计

山西省太原市热力公司涡街流量计主要使用在自备燃煤锅炉出口处，热力站一次网回水流量监测中。涡街流量计是20世纪后期才慢慢发展起来的，它利用的是流体振荡工作原理。涡街流量计分为卡门涡街和旋进式涡街2类。卡门涡街运用的是自然振荡的卡门涡街原理，旋进式涡街则是利用强迫振荡的漩涡旋进原理。目前，前者应用广泛。在集中供热生产过程中，主要运用的是卡门涡街式的涡街流量计。

2.1.1 测量原理

在管道中，垂直于流体流向放置一个非线性柱体，流体流量在流动过程中慢慢增大到某种程度后，流体在非线性柱体两侧会交替产生两列规则排序的漩涡，如图1所示。

图1 两列规则排序的漩涡

图2 涡街流量计结构图

如图1所示，两列漩涡的旋转方向相反，且从发生体上分离出来，平行但不对称，所以，这两列漩涡被称为卡门涡街（也称“涡街”）。

涡街流量计的结构如图2所示。如图2所示，涡街流量计的底部是涡街流量传感器，头部是转换电路。涡街流量传感器包括流体介质振动检测元器件和漩涡生产体。被测流体流过漩涡产生体时会有规则的漩涡生成，此时，漩涡会产生有规则变化的升力，检测元器件则会将此转换为交替的频率送给转换电路部分，通过转换电路输出频率信号或4-20 MA电流信号。

2.1.2 涡街流量计的安装及相关注意事项

涡街流量计结构简单实用，安装程序也很简化，与经常使用的节流式差压流量计相比，可以省去引压管和三阀组等设备，节省维护工序和经济成本。该流量计适用的介质种类比较多，比如气体、液体、少部分的混合流体。另外，涡街流量计的测量精度也比较高，通常为测量值的±0.5%～±1.5%；测量范围广，可达10∶1或25∶1；压损比较小，一般为节流式孔板流量计的25%；仪表适用性强。涡街流量计的产生漩涡很容易受到流速不稳定等因素的干扰，因此，在安装涡街流量计时，上游侧至少要有10D的直管段，下游侧有5D左右的直管段。在选择安装地点时，应注意避免机械振动，尤其要避免管道振动。

2.2 差压流量计

对于山西省太原市热力公司集中供热系统，差压流量计主要运用在3台自备锅炉的总供水管的流量测量和部分热力站的一次网回水流量测量中。相比于其他流量计，差压流量计的使用要更早一些，其应用范围更加广泛，自然差压流量计的技术也更成熟一些。节流差压式流量计作为差压流量计，是适用范围最广的一种。

2.2.1 测量原理

节流差压式流量计的工作原理是，当流体在管道内流动时，遇到节流装置，就会实现压力能转换为动能的能量转换过程，由能量转换产生压差信号。节流差压式流量计主要由节流装置、差压变送器两部分组成，也被称为“差压式流量计”。节流装置通常分为标准节流装置和非标准节流装置，其作用就是阻挡管道中流动的流体，迫使其形成压力差。系统的节流装置由节流原器件、取压装置和测量引管3部分组成。孔板流量计作为节流式差压计的一种，其使用范围特别广。目前，在集中供热系统中，有很多检测处都使用的是孔板流量计，其主要是由标准孔板和差压变送器组成的。

2.2.2 节流式差压变送器优劣势

节流式差压变送器的优势是：①国际通用，应用历史长，经验数据丰富；②一次件和二次仪表可分开生产供给，易于大批量生产，降低成本，便于采购；③测量介质宽，适合液体和气体。

节流式差压变送器的不足有：①对安装直管段要求高，一般要求10D以上；②长期使用精度严重下降，必须强制周期检定；③有不可恢复压力降，属于高能耗流量计；④量程窄，法兰装夹式，维护工作量大；⑤不耐脏污，计量供暖水易短期失效（有显示值，但与实际值偏差比较大）。

2.3 电磁流量计

在山西省太原市热力公司集中供热系统中，电磁流量计主要运用在一二号隔压站测试流量以及电厂出口处的测量中。近年来，电磁流量计也被广泛应用于不断推广的热用户结算的分户计量中。电磁流量计是以法拉第电磁定律为原理制造的测量流量的表计，其优点比较多，比如可测流量的范围广，流量比值可以达到20∶1以上，可测量的管径范围大，最大可达3 m，测量精确度很高，可测量适当电导率范围内的水、腐蚀性液体、酸碱等各种流体流量。但是，电磁流量计也有其缺点，它不能检测气体、蒸汽和纯净水的流量。

2.3.1 工作原理

在某磁场中，导体作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度和导体在磁场做垂直于磁场方向运动的速度成正比。其工作原理如图3所示。

图3 电磁流量计工作原理

导电流体在磁场中做垂直方向流动而切割磁力线时，会在管道两边的电极上产生电势。感应电动势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由式（3）确定，即：

式（3）中：Ex为感应电势，V；B为磁感应强度，T；D为被测管道内径，m；v为测量流体的平均流速，m/s。

体积流量Qv等于流体的流速v与管道截面积（πD2）/4的乘积，即Qv＝πD2v/4.将其代入式（3）中可得：Qv＝πDEx/4B.由此可知，在被测管道内径D已确定，且磁感应强度B保持不变时，被测Qv与B呈线性比例关系。如果同时各插入一根电极于管道两侧，就可引入Ex，即可测得Ex的大小，从而可以计算出Qv的值。

2.3.2 选择时的注意事项

在集中供热系统中，选用合适的电磁流量计会事半功倍——不仅可以节约成本，还可以获得精确的测量值。因此，在选用电磁流量计时，应注意以下几点：①使用电磁流量计测量时，被测流体介质必须为导电的液体。集中供热生产过程中的介质为非纯净热水，正好符合要求。②使用电磁流量计测量时，其口径本身应该小于测量管道的内径。测量时，管内液体的流量也要符合要求，一般情况下应超过满量程的1/2以上。③使用电磁流量计测量时的工作压力必须以其额定工作压力作为上限。④使用电磁流量计测量时，被测温度一般不超过200℃。

2.3.3 在集中供热系统中安装的注意事项

在集中供热系统中安装电磁流量计时应注意以下几点：①电磁流量计的安装位置可以是水平的，也可是垂直的，但是，必须根据现场实际情况和运行环境来确定，同时，要遵循各厂家针对流量计的安装提出的要求。②在安装电磁流量计时，要注意电磁干扰（远离比如循环水泵、补水泵、变压器等），要正确接地。③作为速度式流量计的一种，使用电磁流量计进行测量工作时，会受到流速不均等因素的影响，测量误差会比较大。因此，在安装电磁流量计时，在确定位置时，要注意前面管道必须保持留有10D左右的直管段，以免影响电磁流量计的正常使用。