工業(yè)用蒸汽應(yīng)按熱量進(jìn)行計(jì)量

1、工業(yè)用蒸汽應(yīng)按熱量進(jìn)行計(jì)量中國(guó)計(jì)量報(bào)   蒸汽是一種載能介質(zhì)，作為供熱能量的一種特殊商品，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里，工業(yè)用蒸汽(以下簡(jiǎn)稱“蒸汽”)計(jì)量和結(jié)算中所采用的計(jì)量單位多是質(zhì)量的計(jì)量單位噸。而蒸汽的本質(zhì)屬性是熱量，所以，蒸汽計(jì)量應(yīng)該采用熱量的計(jì)量單位焦耳。正是由于蒸汽計(jì)量單位的問(wèn)題，給供用雙方帶來(lái)了許多困惑。    一、問(wèn)題的提出用質(zhì)量計(jì)量單位作為蒸汽計(jì)量與結(jié)算的計(jì)量單位，不能真實(shí)、準(zhǔn)確地反映蒸汽的實(shí)際品質(zhì)和價(jià)值。由于蒸汽是流動(dòng)著的工質(zhì)，不但其本身具有內(nèi)能，并且在流動(dòng)時(shí)也要消耗一部分功(所謂推動(dòng)功)，這部分推動(dòng)功又轉(zhuǎn)化為流動(dòng)的能量(

2、表現(xiàn)為熱量)，轉(zhuǎn)化的能量總是與內(nèi)能同時(shí)存在于工質(zhì)中。這兩部分能量合起來(lái)稱為焓。    焓的定義:內(nèi)能U與壓力P和體積V乘積之和為焓，用H表示:    H=U+PV  (1)    通常在計(jì)算中采用單位質(zhì)量的參數(shù)，即:    h=u+pv  (2)    式中:h單位質(zhì)量的焓；u單位質(zhì)量的內(nèi)能；p壓力；v比容。    焓

3、是表示體系能量狀況的一個(gè)組合狀態(tài)參數(shù)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，比焓是單位質(zhì)量的物質(zhì)所含的全部熱能。通常情況下，焓一般指比焓。    等質(zhì)量的蒸汽，在不同的狀態(tài)下，其焓值可能相差較大，所含有的熱量也可能相差較大。就是在同一供熱管網(wǎng)中，等質(zhì)量的蒸汽由于其狀態(tài)不同，也有過(guò)熱蒸汽、飽和蒸汽、熱水之分。在這種情況下，等質(zhì)量蒸汽在不同的狀態(tài)下所含的熱量肯定有很大的差異。即便是在同一種狀態(tài)下，如果其壓力、溫度不同，等質(zhì)量的蒸汽所含的熱量也會(huì)不同。在使用的過(guò)程中，也會(huì)遇到由于蒸汽的質(zhì)量太差、焓值太低等原因，不能滿足使用要求的現(xiàn)象，在這種情況下，只好讓蒸汽白白地消耗，以避免生產(chǎn)出不合格

4、的產(chǎn)品。因此，蒸汽用質(zhì)量單位(噸)來(lái)計(jì)量和結(jié)算是不科學(xué)、不合理、不公正的。    二、問(wèn)題的思考如何實(shí)現(xiàn)蒸汽熱量的合理計(jì)量，首先還要從蒸汽流量的質(zhì)量計(jì)量談起。目前，在用于貿(mào)易結(jié)算的蒸汽流量質(zhì)量計(jì)量表儀中，一次儀表選用最多的還是孔板流量節(jié)流裝置。其工作原理是，充滿管道的蒸汽流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置(如孔板)時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產(chǎn)生了靜壓力差(或稱為差壓)。流體的流速越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的差壓也就越大，所以可通過(guò)測(cè)量差壓來(lái)測(cè)量流體流過(guò)節(jié)流裝置時(shí)流量的大小。這種測(cè)量方法是以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)方程為基礎(chǔ)

5、的。這就是蒸汽流量計(jì)的測(cè)量工作原理。    假設(shè)未經(jīng)過(guò)標(biāo)定的節(jié)流裝置與已經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的節(jié)流裝置幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似，亦即符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不確定度之內(nèi)，則蒸汽的質(zhì)量流量與差壓的關(guān)系可用式(3)確定:    qm=··Ad(21P)1/2  (3) 式中:qm質(zhì)量流量，kg/s；流量系數(shù)；流速膨脹系數(shù)；Ad節(jié)流件的開(kāi)孔面積，m2；P差壓，Pa；1流體密度，kg/m3。    可見(jiàn)，蒸汽流量的質(zhì)量流量計(jì)，實(shí)質(zhì)上的計(jì)量

6、是蒸汽流體的流速。由于管道的截面積是已知的，所以，可以由流體的流速測(cè)得流體的體積流量，再通過(guò)查表獲得流體的密度，即可求得流體的質(zhì)量流量。    了解蒸汽質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理后，再來(lái)分析蒸汽熱量的計(jì)量原理就很容易了。因?yàn)檎羝麩崃康挠?jì)量是在蒸汽質(zhì)量流量計(jì)量的基礎(chǔ)上完成的，直接采用了蒸汽質(zhì)量流量計(jì)量的結(jié)果。前面已經(jīng)講過(guò)，比焓是單位質(zhì)量的蒸汽所含的全部熱能。只要蒸汽的質(zhì)量流量計(jì)可以準(zhǔn)確地測(cè)量出單位時(shí)間的質(zhì)量數(shù)，通過(guò)查表獲得測(cè)量時(shí)工況下的比焓，即可由式(4)求得單位時(shí)間蒸汽的熱量:    H=qm×h &

7、#160;(4)    式中:H蒸汽的熱量，kJ；qm蒸汽的質(zhì)量流量，kg；h蒸汽在測(cè)量工況下的比焓，kJ/kg。    最后，只要對(duì)單位時(shí)間的熱量求和，即可得到蒸汽的累計(jì)熱量。    其實(shí)，在進(jìn)行蒸汽質(zhì)量流量測(cè)量時(shí)，也有通過(guò)查表求密度的過(guò)程，與此十分類(lèi)似。    目前，我國(guó)有許多儀表廠家生產(chǎn)了各種不同型號(hào)的智能儀表，這些智能儀表都可以滿足廣大蒸汽用戶熱量計(jì)量的需求。蒸汽熱計(jì)量的實(shí)現(xiàn)和實(shí)施無(wú)疑是蒸汽計(jì)量上的一個(gè)進(jìn)步，應(yīng)該得到社會(huì)的承認(rèn)、

8、接受和應(yīng)用。只有這樣，才有可能保證蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠、科學(xué)、公正。    三、實(shí)例分析我們公司是當(dāng)?shù)刈畲蟮恼羝脩?，年蒸汽用量?0萬(wàn)噸(熱量為150萬(wàn)百萬(wàn)千焦左右)。較長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，我們一直為蒸汽按質(zhì)量的計(jì)量單位計(jì)量與結(jié)算而深感困惑。    1999年3月，供熱方要求更換新的計(jì)量裝置，主要包括孔板、壓變、溫變、差壓和智能蒸汽計(jì)量?jī)x表。這次更新與以前不同的是采用了智能蒸汽計(jì)量?jī)x表，這種智能表可以檢測(cè)、顯示瞬時(shí)的熱量值和累計(jì)的熱量值；也可以檢測(cè)、顯示瞬時(shí)的質(zhì)量流量值和累計(jì)的質(zhì)量流量值。雙方達(dá)成協(xié)議，同意更換了新的蒸汽

9、計(jì)量裝置。    我們公司幾十年來(lái)都使用同一家熱電廠供給的蒸汽。其計(jì)量和結(jié)算的公式(方法)也幾十年沒(méi)變。    結(jié)算時(shí)的計(jì)算公式:    熱費(fèi)=蒸汽的噸位×0.74×4.1868×熱價(jià)(5)    式中:蒸汽的噸位抄至蒸汽質(zhì)量流量表測(cè)量的實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)；0.74供方單方確認(rèn)的蒸汽的比焓值；4.1868熱量計(jì)量單位換算為焦耳的系數(shù)。    問(wèn)題就出在比焓0.74上，幾十年

10、來(lái)，為什么蒸汽的比焓是一個(gè)不變的恒量?而前面已經(jīng)講過(guò)，比焓是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，它是隨供熱管網(wǎng)的壓力、溫度變化而變化的，不可能有比焓幾十年不變的蒸汽。    新的蒸汽計(jì)量?jī)x表的啟用，明確了我們所使用的蒸汽的實(shí)際比焓。為說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，筆者摘抄了蒸汽計(jì)量?jī)x表較長(zhǎng)時(shí)間段的檢測(cè)的質(zhì)量流量數(shù)據(jù)、熱量流量數(shù)據(jù)和計(jì)算的平均比焓，并對(duì)其進(jìn)行匯編，如表1所示。    <CTSM>    表1  蒸汽比焓情況匯總表</CTSM>  

11、60; 從表1可以看出，從1999年4月30日2006年6月28日，使用蒸汽的平均比焓為0.6999，也就是說(shuō)，從1999年4月30日2006年6月28日的6年多時(shí)間，供熱方平均每年要多收用戶5.42%以上的熱費(fèi)。其中，從1999年4月30日2000年4月28日多收用戶的熱費(fèi)達(dá)9.28%。如果一年的熱費(fèi)按4000萬(wàn)元計(jì)算，比焓差按5.42%計(jì)算，用熱戶一年要損失217萬(wàn)元以上。    因此，從1999年4月1日啟用新表開(kāi)始，我們就通過(guò)各種方式、渠道，要求供熱方按熱量表計(jì)量收費(fèi)。但是供方一直未正面答復(fù)，直到2002年9月28日，在相關(guān)部門(mén)的協(xié)調(diào)下，供熱方終于答應(yīng)按熱量表計(jì)量收費(fèi)。至此，終于結(jié)束了蒸汽按質(zhì)量計(jì)量單位(噸)結(jié)算的歷史，開(kāi)始使用熱量的計(jì)量單位百萬(wàn)千焦。    僅僅是蒸汽按熱量的計(jì)量單位來(lái)進(jìn)行計(jì)量與結(jié)算，就為公司減少了巨額的經(jīng)濟(jì)損失，如2005年，公司全年用蒸汽148萬(wàn)百萬(wàn)千焦，共支付熱費(fèi)4677萬(wàn)元，熱焓按比結(jié)算熱焓值低5.04%計(jì)算，共減少支付熱費(fèi)235.91萬(wàn)元。2006年1月8月，公司用蒸汽107.14百萬(wàn)千焦，共支付熱費(fèi)3807.26萬(wàn)元，熱焓減少也按5.04%計(jì)算，共減少支付熱費(fèi)191.89萬(wàn)元。    四、結(jié)