石化企业新鲜水计量准确度影响因素分析

尹晓玲，张百军，张辰

中国石油化工股份有限公司 济南分公司（山东 济南 250101）

能源统计的技术基础是能源计量[1]。准确可靠的能源计量数据是企业节能降耗实现的基础保证。石化企业能耗统计中，新鲜水计量是其重要的组成部分之一。以前，由于新鲜水性质简单、价值低，企业对其计量关注度较低，在计量统计中存在较多问题，计量原始差率通常较高。本文通过剖析中国石化济南分公司（以下简称济南分公司）新鲜水计量存在的问题，探讨影响新鲜水计量准确度的各项因素，并提出相应的解决措施。

1 新鲜水计量中存在的问题剖析

济南分公司共有新鲜水计量点137 个，其中外购计量点3 个，外供动力计量点48 个，装置间计量点89个，配备率94%，符合GB 17167—2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》的要求[2]。新鲜水计量仪表主要有超声波、电磁、涡街、机械表等。通过了解新鲜水工艺流程、运行工况及流量计计量特性等，分析影响新鲜水计量准确度的难点主要有以下几点。

1.1 大口径低流速无法计量

水流量测量难度不高，但也不是装1 台表就肯定能用得好。由于水的洁净程度、流体工况条件各异，流量测量范围悬殊，可靠性要求差异，不同的仪表选型对计量结果准确性影响较大[3]。对于石化企业，新鲜水用途分为两大类：生产用水和生活用水。生产用水包括制化学水、循环水场补新鲜水、消防用水等。生活用水包括洗手、涮拖布等。济南分公司很多新鲜水管线是消防用水与生活用水混用同一条管线，而且这一现象非常普遍。消防用水量大要求新鲜水管径要粗（≥DN80 mm），而日常主要是间歇式生活用水，使用时实际流量很低，甚至有些只有0.02～0.10 m3/h。根据安全规定消防管线所配流量计不能随意缩径。但是现场配备的常规类型仪表如超声波、电磁、涡街、机械表等当口径大于80 mm时，流量计可测的最小流量≥1.2 m3/h，因此无法满足现场大口径低流速的工艺状况。“大马拉小车”工况使得平日水表基本不走数，导致新鲜水计量误差太大。

1.2 新鲜水计量数据采集率及信息化不高

济南分公司厂外生活区有很多用水的单位，分散在食堂、游泳馆、老年活动中心等不同区域，各个区域距离既远又分散。由于46%新鲜水计量点选用了普通机械水表，因此新鲜水计量数据自动采集率不高，需要人工去现场抄表。人工抄表读数费时费力，很多大口径流量计安装在管井下，下井查看抄数读表比较困难，各种因素造成了效率低、易读错数据等问题，频繁的开关井盖还可能造成人员刮伤。由于新鲜水不能每天自动上传数据，不便于新鲜水日常管理。

1.3 计量仪表安装位置受限

为达到计量准确，超声波、电磁或涡街流量计等在安装位置上游有缩径、扩径、弯头、T形三通、阀门、泵时，根据流量计的具体性能参数要保证足够的直管段[4]。但是实际应用中由于现场受空间所限，流量计前后直管段往往达不到安装要求，容易造成液体流态不稳定，以致出现计量偏差。

例如济南分公司其中1 条DN400 mm 的黄河水进厂管线外购水量占总外购水量的64%。该条管线交接流量计后端150 m 处有1 台内部跟踪流量计。日常交接计量仪表选用了插入式超声流量计。超声流量计无活动部件，没有磨损零件，无压力损失，结构简单、安装方便[5]，是新鲜水贸易交接常用仪表。为确保外购黄河水计量准确，除日常采用内部跟踪表在线实时比对外，同时每年采用便携式超声波流量计对该表进行在线校准。2台表的比对误差基本稳定在20 m3/h 以内。2019 年底交接计量表平均瞬时流量突然比跟踪表大约高50 m3/h，且交接流量计日常瞬时量波动很大(±25 m3/h)，而内部跟踪流量计瞬时流量非常稳定(±5 m3/h)，见图1。

图1 外购新鲜水交接流量计与内部跟踪流量计瞬时量

为确定黄河水进厂交接仪表和内部跟踪仪表2块表计量偏差的真实原因，采用便携式超声波流量计多次在2 台表附近的直管段上进行了在线校准。但是在线校准显示2 台表的数据均在误差范围内。后计量管理人员改变思路，创新性地在交接表与跟踪表中间选取一段足够长的直管段再次在线校准，证实是交接表计量偏高。最后通过核查外购黄河水交接流量计历史安装位置图纸才发现症结所在。黄河水交接计量仪表安装位置见图2。

图2 外购黄河水交接流量计现场安装位置

从图2看，交接流量计前有缩径、后有三通。对于这种现场管线状况，按照《超声波流量计检定规程》（JJG 1030—2007）要求流量计应配备前直管段≥22D（8.8 m）、后直管段≥8D（3.2 m）[6]；按照仪表厂家提供的说明书要求超声波流量计应配备最短前直管段＞10D（4 m）、后直管段＞10D（4 m）。而实际上交接流量计前直管段4 m、后直管段1.5 m，远远不能满足安装的技术要求。当进厂流量波动较大时，直管段不足容易导致仪表内的流场不稳定，从而增加交接表的计量误差。

2 应对措施及效果

针对上述3 个问题，分别采取了以下应对措施并取得较好的效果。

2.1 复式子母表解决了大口径低流速计量难题

通过上述分析，经过多方了解，对DN80 mm 以上的新鲜水管线采用复式子母表计量。用水量较大时母表计量，用水量较小时子表计量。复式水表的量程范围能够覆盖管道的实际流量，准确性及可靠性较高，能够充分满足整个用水系统的精确计量和用水数据分析的需要。

复式水表俗称子母水表，由大小2 种口径的水表组成，内部结构见图3。

图3 复式子母水表内部结构

选取的水表DN80 mm 和DN100 mm 其子表采用DN20 mm 口径的流量计；而DN150 mm 和DN200 mm其子表则采用DN40 mm的流量计。其工作原理是由流量转换控制阀根据流经水量的大小自动控制水流流过旁路小口径水表或同时流过主路大口径主水表。在用水量小时，流量转换控制阀处于关闭状态，由子表计量，母表不计量；当流量超过一定值时，流量转换控制阀开启，母表子表同时计量；流量下降到一定值时，流量转换控制阀又关闭，子表计量。这样，通过流量转换控制阀的自动控制，发挥了大小水表的计量功能。水表的计量读数由2个独立的计数器记录，流经复式水表的水的总体积便是母表指示器读数与子表指示器读数相加而得出的体积之和。

复式水表解决了目前大口径水表普遍存在的最小流量以下的低流量和超低流量水资源流失率较高的问题，其始动流量最小可测到0.01 m3/h。当流量计低于1.3 m3/h时，子表计量；高于此瞬时流量时，母表子表同时计量，准确计量范围最大可测到350 m3/h。

从更新后的计量水表运行状况看，子母表的安装有效提高了大口径低流速下新鲜水计量准确性，已改造的新鲜水点计量水量较以往同期增加5万多t；同时有助于发现之前无法计量的管线漏点。例如外供亮卓公司的新鲜水表于2014 年12 月改造完毕。2015年1月至8月，平均每月消耗新鲜水900 t，最高时当月耗量2 300 t，而实际当时该公司只是生活用水。后陆续查到并堵塞两处新鲜水漏点后，每月新鲜水耗量降至130 t。

2.2 无线抄表方案解决了计量数据采集难题

由于电子远传水表可实现水流量信号的采集和数据处理、存储和远程传输功能[7]，根据新鲜水表测点多、距离远且分散的特点，决定选用非接触式、超低功耗短距离无线智能抄读仪表方案解决新鲜水计量数据采集难题[8]。

带有远传模块的仪表主动发送包含仪表计量信息的无线信号，由蓝牙接收器接收后，通过蓝牙信号转发给手抄器，手抄器上使用专用软件，可进行抄表信息的管理，并可在抄表完成后由抄表员在现场将数据上传到服务器，管理员可在办公室下载数据，也可直接导入到手抄器的IZAR@NET 软件进行数据的分析和管理。无线远传抄表系统示意图见图4。

图4 无线远传抄表系统示意图

目前济南分公司已更新安装无线远传新鲜水表共计60 块，其中外供水表47 台。同时实现了水表数据自动上传至蓝牙及平板电脑，抄表人员无需下井操作，减轻了劳动强度。

2.3 更改外购新鲜水计量仪表安装位置

在黄河水进厂交接仪表和内部跟踪仪表2台表中间选取了一段前直管段大于20D、后直管段大于10D的管段安装了1台新的超声波流量计并投入正式交接。新外购的黄河水表投入运行后，比旧表平均偏低30 m3/h。每年可为济南分公司节约用水约22万t，增加效益约100万元。

3 结论

受工况、安装以及仪表普遍智能化偏低等诸多因素影响，新鲜水计量往往存在较多问题。因此新鲜水计量中要严格把控仪表选型关，充分结合现场工艺状况选择合适的计量仪表。同时计量仪表的安装应符合相关规范，留有充分的直管段以形成稳定的流场。实践证明，采取正确的应对措施可以有效提高新鲜水计量统计的准确性，并为今后进一步分析新鲜水计量差率提供依据。