企业的能源计量及统计状况是企业能源审计、能源诊断、 用能分析、 节能管理的基础性工作。为了提高公司能源计量管理水平, 加强企业内部成本管理力度, 便于经费核算, 控制生产成本, 同时也为了对锅炉运行状况进行科学分析与考核, 我公司在 2001年投建了虹桥机场锅炉房能源计量监测项目。在这套蒸汽计量监测系统中,涡街流量计是核心仪表。本文总结了蒸汽系统管理的一些体会和经验。
1、蒸汽系统概况
  虹桥机场锅炉房现有两台德国进口的 10 吨低压燃油锅炉, 蒸汽压力为0.84 — 0.95MPa , 蒸汽温度约 180℃ , 主要用于机场候机楼、 食品公司、 办公楼、 餐厅、 招待所等用户的冬季采暖及日常生活用汽, 见图1 。

2 蒸汽流量计的选型
蒸汽是比较特殊的介质, 随着工况( 如温度、 压力) 的变化, 过热蒸汽经常会转变成为饱和蒸汽, 形成汽液两相流介质。对于状态经常变化的蒸汽, 其流量计量必须要选用一种合适的流量计。
1)公司用汽特点及应解决的问题
○ 夏季小流量用汽计量问题
当管道中的流体雷诺数低于某一数值时需有相应的修正系数, 修正值应做成几段折线, 予以修正以提高精度。
○ 负荷变化大的问题
蒸汽全年用量不稳定, 变化范围较大, 因此在设备选型上对量程比应做重点考虑。
○ 计量精度问题
由于牵涉到费用结算, 因此在计量精度上应有一定的要求, 精度应达到 2.5% 以上。
2)常见蒸汽流量计的特性对比分析
针对虹桥机场蒸汽管网系统的运行特点, 同时为综合考虑项目投资、 施工安装、 技术认证、 可靠运
行、 维护管理、 用户反映等多方面因素, 现将当时常用的几种蒸汽流量计的特性作对比分析:
○ 孔板式流量计
工作原理: 根据流体力学中节流原理设计而成。计量精度: 一般经温度、 压力补偿后可达到 1.5% 。量程比: 一般为 1 : 5 , 的为 1 : 10 。适用环境: 介质温度可高于 400℃ , 连续稳定的供汽系统, 蒸汽质量要求教高, 不可有杂质。其他特点: 测量流体的压力损失较大, 安装要求教高, 孔板开孔中心与管道轴心的垂直度、 孔板前后2D 直管段内壁镗制精度等工序需现场制作; 影响准确度因素较多, 小流量时计量精度较差, 对于不稳定的供汽系统, 流量容易造成堵塞; 设备操作要求较高, 有时会因操作不慎引起差压计单面受压, 而需重新调整。一般该类产品的使用单位需配备专业技术人员。
1993 年, 公司曾在锅炉房安装过孔板式流量计, 使用一年后, 由于设备质量、 虹桥机场间歇供汽特点等多种原因, 致使该设备无法计量准确。
○ 弯管式流量计
工作原理: 在蒸汽管道转弯处安装一个特殊加工的弯管, 该管道的蒸汽流量可通过弯管处的前后壁压差来反映。
计量精度: 一般经温度、 压力补偿后可达到 1.5% 。
量程比: 一般为 1 : 3 。
适用环境: 介质温度可高于 600℃ 以下。
其他特点: 该类流量计不会造成流体的压力损失; 但相同流量时弯管处的压差信号较孔板流量计小(一般信号强度为 1/5- 1/10 ), 所以信号取样要求较高, 小流量时误差很大; 在安装要求上, 该类产品也较高, 计量取样处的弯管需特殊制作; 设备操作较复杂, 一般使用单位难以控制附加测量误差。此外,由于对弯管流量计的检定规程在当时上海地区的有
关检定部门无法操作, 且其计量精度能否达到 2.5%还需大量的实验数据来证明, 因此, 该产品在当时的使用单位极少。
○ 涡街流量计
工作原理: 根据“ 卡门涡街" 原理研制成的一种流体振荡型流量仪表, 其在蒸汽管道内放置一个断面为非流线型柱状物体, 当流体经过该柱体时, 在柱体后部两侧会产生两列交错排列的旋涡, 而经压电晶体元件检测出的旋涡分离频率与流体的流量呈线形关系。
计量精度: 一般经温度、 压力补偿后可达到 1% 。
量程比: 一般为 1 : 10- 1 : 15 , 产品可达到1 : 20- 1 : 30 。
适用环境: Ф 250 以下管道, 温度不超过 300℃ 。
其他特点: 测量流体的压力损失较小; 适用范围广, 影响准确度因素较少; 由于检测传感器不直接接触流体, 因此对流体的品质要求相对较低, 可用于各种流体的流量测定, 且能实现在线维修; 技术较成熟, 应用较广泛, 安装维护较简便, 且无可动部件, 压力损失较小, 运行费用低。该产品已在浦东机场、 大众汽车公司、 通用汽车公司等多家单位使用, 有较好的口碑。
经过对比分析, 同时结合虹桥机场供汽系统的运行特点, 选取了ABG仪表集团涡街流量计(见表1)。

3、蒸汽流量计安装点的选择
蒸汽流量计安装位置的确定是该项目实施的一个重要环节, 蒸汽系统的流量计安装点基本都是靠近供汽端附近, 原因如下:
○ 从整个蒸汽管网系统图来看, 六路总管与各服务单位基本为一一对应关系。因此, 具备了在供汽端附近安装蒸汽流量计的条件。而对于*楼、安检楼、医疗急救中心可在热交换器后另行安装流量计作为三家用汽分摊的依据。对于浴室和快餐厅这一总管, 由于用户点距锅炉房较近, 可对快餐厅、浴室单独安装一个蒸汽流量计。对于港园酒家和招待所这一总管, 考虑到现场因素, 因此仅对港园餐厅用汽点单独安装一个流量计, 此外在该路总管上再安装一个流量计。
○ 作为蒸汽收费结算的依据, 流量计需能长期、 稳定、 可靠运作, 因此对其的维护管理工作至关重要, 一旦设备发生故障, 必须立即进行维修以减少损失。如安装在各用户点, 则不便于日常维护。
○ 从设备选型角度看, 由于各用户段离锅炉房较远, 沿途蒸汽的温度、 压力势必有损耗( 此参数将直接影响到设备选型), 用户端目前又无压力表、 温度表测量, 因此流量计适合安装在供汽端。
○ 从计算机集中管理的角度看, 流量计安装在用户端则需通过机场的井来敷设长距离的通讯线, 明线或桥架的形式直接引入锅炉房集中控制点,而安装在锅炉房内距离较短, 实施较方便。
4、蒸汽流量计的使用与维护
目前, 蒸汽流量计量系统使用至今已有 7 年时间, 出现过不同的流量计故障。我们经过不断的研究和摸索, 总结了一些解决故障的措施和经验, 分述如下:
1 )安装位置不对引起指示长期不准。主要是传感器前面的直管段长度不够, 影响测量精度, 使测量数据长期不准。如除氧器安装后一直计量不准确,经反复核查, 发现除氧器传感器( 管径 DN50 ) 前面直管段明显不足, 传感器是安装在阀门后面, 距离只有 1.2m , 而按照安装要求, 传感器应安装在阀后35DN , 因此, 我们对安装位置作了重新调整, 把传
感器移至阀后 2m 处。调整后计量度有了明显的提高。
2 )二次仪表故障导致计量不准或无指示。这部分故障在系统运行 3 年以后经常发生。包括一次仪表电路板有断线地方, 量程设定有个别位显损坏, K系数设定有个别位显损坏等等。通过修复相应的故障, 问题得以解决。
3 )线路连接问题造成无指示现象。部分回路表面上看线路连接很好, 仔细检查, 有的接头已松动造成回路中断, 有的接头虽连接很紧, 但由于副线问题紧固螺钉却紧固在线皮上, 也使回路中断。解决了线路问题, 无指示现象就相应解决了。
4 )夏季用汽量大幅下降后, 使得指示不准。 由于虹桥机场锅炉房主要为候机楼冬季供暖, 每年 11 月至来年 3 月底, 是供汽高峰, 用汽量约占总供汽量的80% , 而夏季, 用汽量明显下降。故蒸汽全年的实际用量不稳定, 变化范围较大, 这样就造成原设计选型口径过大, 相当于提高了可测流量的流量下限, 管道在小流量时, 无法保证指示准确, 在这种情况下往往只有结合参数重新整定, 才能提高指示的准确度。
5 )参数整定方面的原因造成指示不准或指示大范围波动, 无法读数。参数错误使得二次仪表满度频率计算错误。满度频率相差不多则使得指示长期不准, 实际满度频率大于计算的满度频率则使得指示大范围波动, 无法读数。zui终通过重新标定和相互比较确定了参数, 解决了这一问题。
6 )由于二次仪表平轴电缆故障造成回路始终无指示。由于长期运行, 再加上受到灰尘的影响, 造成平轴电缆故障, 通过清洗或者更换平轴电线, 问题得以解决。
7 ) 二次仪表显示表头线圈固定螺丝松动, 造成表头下沉, 指针与表壳摩擦大, 动作不灵。通过调整表头并重新固定, 问题相应解决。
8 )有时由于环境湿度大, 线路板受潮, 造成始终无指示。通过相应的技改措施, 对部分环境湿度大的传感器重新作了把探头部分与转换部分分离处理, 改用了分离型传感器, 改善了工作环境。现在这部分仪表运行良好。
9 )由于现场振动噪声平衡调整以及灵敏度调整不好, 或者由于调整后运行一段时间之后现场情况的再变动, 造成指示不回零或小流量时无指示。使用示波器, 结合实际情况, 重新调整。
10 )通信电缆故障造成始终无指示或指示不准。通信电缆在穿马路的地沟内因有蒸汽管道烘烤, 温度很高。使用一段时间后, 经检查发现外套管已严重变形。通过将导线换为高温导线后, 问题得到解决; 同时考虑到机场的环境因素( 飞机的噪声、 雷达站等) 可能会对通讯信号的干扰和衰减。在的二次改造时, 将电缆型号为 RVVP3× 0.3 的电缆改为RVVP3× 0.5 型的电缆。在实际工作中, 我们不断加强蒸汽流量计量系统的维护工作, 加大日常计量工作的管理力度, 长期进行分析总结, 涡街流量计存在的问题得以基本解决。目前这部分仪表运行良好, 保证了公司蒸汽流量的计量要求。
虹桥机场蒸汽流量计量系统经分析比较,选用了涡街流量计作为计量仪表。涡街流量计的选型安装、 参数整定、 日常维护、 运行环境都影响着蒸汽流量监测系统的正常运行, 因此必需加强日常维护工作。
由于 K 系数的确定在涡街的整个环节中非常重要, K 系数的准确与否直接影响着回路的准确度,仪表更换零部件以及工艺管道的磨损等情况, 均可能影响 K 系数。今后应注意使用涡街的现场标定方法, 使用标准频率以及便携式超声波流量计, 测出管道中的瞬时流量以及传感器的脉冲输出频率, 现场计算 K 系数; 定期清洗涡街流量计的探头; 检查接地和屏蔽情况, 消除外界干扰; 检查探头使用情况,定期作防潮处理; 对仪表的数据资料的管理应引起足够的重视, 以利于日后的工作。
涡街流量计由于结构简单, 计量准确, 维修方便, 在虹桥机场蒸汽流量计量系统中的应用得到了充分的肯定, 不仅使操作人员能及时采集到流量数据信息, 更主要的是使管理人员可根据锅炉房的产汽量和运行能耗, 计算不同负荷下蒸汽的运行成本及锅炉热效率等技术参数, 为公司的能源审计、用能分析、 节能诊断和科学管理, 进而为公司控制能源成本提供可靠依据。