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集中供热系统中流量计选型与比较

来源:作者:发表时间:2017-09-08 09:25:51

        摘要: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:
        q = pqv . (1)
        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:
 20170908094706.jpg
        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、1 涡街流量计结构、原理及安装相关注意(如需了解请点击访问相应页面)
 
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之处是:①对安装直管段要求高,一般要求 10 D 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)。的新方式,使产品的功用越来越完善,在运用过程中愈加得心应手的消费者,运用便当。
 
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。
 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:
        Ex = BDv . (3)
        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(π D ²)/4 的乘积,即 Qv =π D ² v /4.将其代入式(3)中可得: Qv =π D ²V/4 B .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 10 D 左右的直管段,以免影响电磁流量计的正常使用。
 
3 总结
         在集中供热生产过程中,选择流量计时必须注意设计要求、经济效益和适合特定类型流量计工作的工况。每种流量计都有其特定的测量介质范围,也有其特定的工作环境,因此,我们必须根据集中供热的具体生产情况,结合流量计本身的工作特点及其经济性,选择合适的流量计。