論文多聲路超聲熱量表在熱源廠熱力公司熱協(xié)

-.z熱源廠與熱力公司熱量結(jié)算計量技術(shù)方案**匯中儀表**王永存摘要：本文對目前熱源廠與熱力公司貿(mào)易結(jié)算用熱量計量設備作了介紹，指出了其存在的問題，對多聲路超聲流量計及由其作為流量基表組成的組合式超聲熱量表的原理、合成誤差等進展了介紹分析，形成了采用高精度熱量計量設備對供需雙方貿(mào)易結(jié)算量進展公正及不連續(xù)計量的根本概念。關(guān)鍵詞：高準確度、多聲路超聲流量計、組合式多聲路超聲熱量表、合成誤差、不連續(xù)計量前言一直以來，熱源廠與熱力公司供熱的結(jié)算量大多存在爭議，究其原因多為計量手段不完善或計量方法不正確所致。正確的公正的計量方法，是解決供需雙方結(jié)算爭議最有效的方法。熱源廠目前常用的計量方法及存在的問題2.1常用的計量方法流量測量采用孔板流量計、電磁流量計或其他型式的流量計，溫度測量采用兩只鉑電阻溫度變送器，流量值及溫度值通過模擬信號〔一般為4～20mA〕傳輸給熱量計算器〔也稱為熱量積算儀〕，計算器采用焓值法計算出熱量。供水管道只安裝流量計，按流量計計量的總循環(huán)水量及估算的平均供回水溫度，采用焓值法人工計算熱量。采用符合建立部?熱量表?CJ128-2007標準的單聲路超聲熱量表。2.2存在的問題流量測量孔板流量計孔板流量計技術(shù)簡單運行可靠，是被廣泛采用的流量計之一。由其測量原理決定，孔板〔節(jié)流元件〕的壓力損失比較大，在供熱循環(huán)水上使用，孔板的過流入口的邊緣銳度很容易磨損，使得測量精度降低。新投入運行的孔板流量計最高準確度為±1.0%。電磁流量計電磁流量計是技術(shù)上非常成熟的流量計之一，在液體流量測量上被廣泛采用。供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)的循環(huán)水一般是經(jīng)過軟化除氧處理的軟化除氧水，其電導率較低，不適合一般電磁流量計的測量要求；經(jīng)過一定時間的運行，當一次網(wǎng)管道不能濕保時，由于管道銹蝕層脫落，使得循環(huán)水中的鐵磁性物質(zhì)增加，如果粘附在電磁流量計的電極上，也會影響測量結(jié)果。排除上述影響，電磁流量計準確度為±0.5%。單聲路超聲流量計超聲流量計是目前公認的最適合供暖水測量的流量計之一。超聲流量計分為單聲路和多聲路兩種類型，單聲路超聲流量計因其價格適中，運行可靠，近幾年已經(jīng)在供熱領(lǐng)域被廣泛采用，但是，單聲路超聲流量計在使用過程中仍存在問題。如準確度不高。單聲路超聲流量計準確度為±1.0%，作為高精度熱量表的流量測量其精度不夠。特別是在大口徑管道、直管段缺乏及流量變化比較大的運行工況下，計量精度問題更加突出。溫度測量采用兩只溫度變送器，溫度變送器沒進展嚴格的配對標定，使得溫差的測量準確度不夠；溫度變送器與熱量計算器〔積算儀〕之間的數(shù)據(jù)通訊采用模擬信號，使得溫度測量數(shù)據(jù)誤差進一步加大。雖然供回水管道安裝了溫度測量儀表，但是，溫度的測量數(shù)據(jù)不進展連續(xù)的記錄，使得供回水的平均溫度及溫差在估算時取值出現(xiàn)較大誤差，采用人工計算熱量時誤差加大。計算器〔積算儀〕個別生產(chǎn)商的熱量計算器〔積算儀〕的數(shù)學模型及計算方法沒有執(zhí)行現(xiàn)行熱量表標準。一次管網(wǎng)熱量計量及運行工況監(jiān)測技術(shù)方案3.1方案概述供水管路安裝一臺**匯中公司自行研制生產(chǎn)的多聲路超聲熱量表，完成熱源廠對熱力公司總供熱量的計量。其流量測量準確度為±0.5%。整機測量準確度優(yōu)于1.0級〔CJ128-2007〕?；厮苈钒惭b一臺多聲路超聲流量計，測量準確度為±0.5%。當供、回水瞬時流量長時間〔可以設定〕連續(xù)超過一定量值〔＞1.5%〕時可以依此判斷一次網(wǎng)管道可能出現(xiàn)故障失水，用于一次網(wǎng)的運行工況監(jiān)測。一次網(wǎng)補水采用匯中公司自行研發(fā)的超聲水表，該系列產(chǎn)品可測量始動流量很低〔0.005m/s〕，測量準確度±1.0%?？梢詫ρa水流量進展準確計量。失水量及附加熱量的計量及計算方法〔推薦方案〕。流量計可以為管段式及現(xiàn)場插入式，流量傳感器及溫度傳感器均可帶水帶壓安裝。3.2多聲路超聲熱量表的組成熱量表分為兩種根本類型，即整體式熱量表及組合式熱量表，根據(jù)流量基表類型的不同又分為機械式、電磁式、超聲式等不同型式。多聲路超聲熱量表為組合式熱量表。流量測量采用高精度多聲路超聲流量計，測量準確度為±0.5%。溫度測量采用A級四線制Pt1000配對鉑電阻溫度傳感器，配以高精度測溫電路，測量準確度為±〔0.15+0.002∣t∣〕，配對誤差≤0.1℃。熱量計算器采用工業(yè)級平板電腦，專門設計的專用上位機軟件，使得整機熱量測量準確度更高。多聲路超聲熱量表系統(tǒng)示意見以下列圖：多聲路超聲流量計超聲流量計的測量原理及數(shù)學模型超聲流速測量根本公式：式中：V—測量聲路上的線平均流速；L—測量聲路的有效聲路長；T1—聲波正向傳播時間；T2—聲波逆向傳播時間；Θ—聲路和流道軸線間的夾角。超聲流量測量原理示意圖多聲路超聲流量計流量計算數(shù)學模型及工作方式國際標準IEC6041規(guī)定了多聲路超聲流量計根本聲路數(shù)量為4/8兩種形式；美國國家標準ASMEPTC-18規(guī)定了根本聲路數(shù)量為4/8、9/18四種形式，供熱一次網(wǎng)管徑一般在DN800以上，在具備一定的直管段的情況下，通常采用4聲路測量，在直管段比較短時采用8聲路測量。多聲路超聲流量計可以實現(xiàn)不連續(xù)測量多聲路超聲流量計可以任意設定有效工作聲路數(shù)量，一旦*一聲路換能器出現(xiàn)故障，流量計主機的計算機自動將其對稱聲路的流速替代故障聲路參與積分運算，從而實現(xiàn)整機的不連續(xù)計量。多聲路超聲流速測量根本公式：式中：V—面平均流速；Ki—第i聲路加權(quán)積分系數(shù)；Vi—第i聲路測得的流速；i—聲路編號〔1～18〕。多聲路超聲流量測量根本公式：Q=S*V式中：Q—斷面通過流量；S—斷面截面面積。4/8聲路超聲流量計傳感器安裝模型示意4/8聲路超聲流量計傳感器現(xiàn)場安裝圖示加權(quán)積分系數(shù)Ki對于多聲路流量計，其每個聲路的積分加權(quán)系數(shù)Ki是一個固定值，并且在國際電工委員會的IEC6041規(guī)程和美國國家規(guī)程ASMEPTC18中作了明確的規(guī)定。為了滿足各種不同流態(tài)分布測量的需要，多聲路流量計有多種聲路組合，對應每種聲路組合，積分加權(quán)系數(shù)Ki都有確定的值。下表為IEC6041/ASMEPTC18規(guī)程關(guān)于聲路位置和加權(quán)積分系數(shù)的規(guī)定聲路編號聲路位置〔到圓心距離/半徑〕加權(quán)積分系數(shù)〔用Gauss-Jacobi〕1(5)＋0.80900.36932(6)＋0.30900.59763(7)－0.30900.59764(8)－0.80900.3693配對溫度傳感器多聲路超聲熱量表的溫度測量，采用德國JUMO公司生產(chǎn)的Pt1000配對溫度傳感器，允差等級A級，測量準確度Et=±〔0.15+0.002∣t∣〕，配對誤差≤0.1℃，符合DINEN60751，四線制，在加長溫度傳感器電纜時可以確保測量精度。溫度傳感器有兩種型式可供選擇。WDZ型適于空管道安裝見以下列圖所示W(wǎng)DC型可帶水帶壓安裝見以下列圖所示溫度測量主機采用高精度測溫電路采集配對鉑電阻信號，溫度數(shù)據(jù)采用RS-485與熱量計算器通訊，極大地提高了整機的測量準確度。熱量計算器溫度測量主機—熱量計算器，采用工業(yè)級平板電腦，專門設計的專用上位機軟件，實現(xiàn)了智能化的數(shù)據(jù)處理及測量系統(tǒng)管理，使得整機熱量測量準確度更高。熱量測量主機見以下列圖所示。主要技術(shù)參數(shù)：顯示器：10.4寸真彩色TFTLCD顯示器；顯示內(nèi)容：累計熱量GJ、功率GJ/h、累計流量m3、瞬時流量m3/h、供水溫度：℃、回水溫度℃、溫度差℃、日期年/月/日、時鐘時/分/秒、累計有效供熱時間分鐘；累計熱量顯示*圍：0～19999999.9GJ；顯示分辨力：熱功率0.001GJ/h、熱量0.001GJ、累計流量0.01m3、溫度0.01℃、溫差0.01℃；數(shù)據(jù)存儲：每分鐘一組數(shù)據(jù)，可以連續(xù)存儲10年的全部數(shù)據(jù)及圖表輸出功能：RS-485、瞬時流量4～20mA、熱功率4～20mA。3.3多聲路超聲熱量表的準確度分析熱量計算根本公式水流經(jīng)在熱交換系統(tǒng)中安裝的整體式熱量表或組合式熱量表時，根據(jù)流量傳感器給出的流量和配對溫度傳感器給出的供回水溫度信號，以及水流經(jīng)的時間，通過計算器計算并顯示該系統(tǒng)所釋放或吸收的熱能量。其根本公式為：式中：Q—系統(tǒng)釋放或吸收的熱量，單位為J；qm—流經(jīng)熱量表的水的質(zhì)量流量，單位為kg/h；qv—流經(jīng)熱量表的水的體積流量，單位m3/h；ρ—流經(jīng)熱量表的水的密度，單位kg/m3；△h—在熱交換系統(tǒng)進口和出口溫度下的水的焓值差，單位為J/kg；τ—時間，單位為h。公式中的密度和焓值應符合標準附錄A的規(guī)定。當溫度為非整數(shù)時，應進展插值修正。插值修正公式焓值的插值修正公式如下：式中：hc—實測溫度下水的焓值；t—實測溫度℃；t1—低于實測溫度的相鄰整數(shù)溫度℃；t2—高于實測溫度的相鄰整數(shù)溫度℃；h1—低于實測溫度的相鄰整數(shù)溫度所對應的焓值kJ/kg；h2—高于實測溫度的相鄰整數(shù)溫度所對應的焓值kJ/kg。密度差值修正公式如下：式中：ρc—實測溫度下水的密度；ρ1—低于實測溫度的相鄰整數(shù)溫度所對應的密度；ρ2—高于實測溫度的相鄰整數(shù)溫度所對應的密度；t—實測溫度℃；t1—低于實測溫度的相鄰整數(shù)溫度℃；t2—高于實測溫度的相鄰整數(shù)溫度℃。標準規(guī)定的熱量表準確度等級組合式熱量表的計量準確度按計算器準確度、配對溫度傳感器準確度及流量傳感器準確度三項誤差絕對值的算數(shù)和確定。建立部?熱量表?標準CJ128-2007規(guī)定的組合式熱量表準確度計算公式如下：計算器準確度Ec按以下公式計算：配對溫度傳感器準確度Et按以下公式計算：流量傳感器準確度Eq按以下公式計算：1級表2級表3級表多聲路超聲熱量表在法定機構(gòu)的檢定數(shù)據(jù)由組合式熱量表準確度計算公式可知，整機的準確度由流量測量誤差、溫度測量誤差、熱量計算器誤差三局部合成。以下數(shù)據(jù)為**兗州太陽紙業(yè)多聲路熱量表在法定機構(gòu)的檢定數(shù)據(jù)，流量精度在**國家水大流量站檢定，計算器及溫度傳感器在**省計量監(jiān)視檢測院檢定：熱量測量主機〔計算器〕示值誤差：-0.43%；溫度傳感器示值誤差：-0.63%；流量傳感器示值誤差：±0.39%；熱量表合成誤差：±1.46%。CJ128-2007規(guī)定，1級表的相對百分比誤差如下式：結(jié)論上述校準結(jié)果說明，多聲路超聲熱量表可以到達甚至優(yōu)于CJ128-2007規(guī)定的準確度1級熱量表的誤差要求。**太陽紙業(yè)多聲路超聲熱量表校準證書失水量及附加熱量的計量及計算方法〔推薦方案〕熱力一次管網(wǎng)的失水是現(xiàn)實存在不可防止的，對一次網(wǎng)失水量及附加熱量的準確計量、計算，可以增強熱力公司對管網(wǎng)系統(tǒng)的管理意識，使供需雙方熱量的貿(mào)易結(jié)算更加公正、合理。失水量只能用補水量計量，不能用供回水流量計的計量差值替代。例如：熱主管道循環(huán)水：瞬時流量為6000m3/h；供暖期為130天；供暖期內(nèi)循環(huán)水總量為：130×24×6000=18720000m3。供回水總量計量極限差為：18720000×1.0%=187200m3。將上述數(shù)據(jù)作為失水量顯然不合理。失水量計量及附加熱量計算方案如下：補水流量計量推薦采用匯中的超聲水表，其最小測量流速可達0.05m/s，始動流速0.005m/s，管徑DN15-300，準確度±1%，可以做到準確計量。失水本錢包括制水本錢及附加熱量，每1m3失水的失熱量按下式計算：式中：Qs—每1m3的失水熱量GJ；ρj——平均失水溫度下水的密度kg/m3；hj—平均失水溫度下水的焓值kJ/kg；hb—補水溫度水的焓值kJ/kg。平均失水溫度=〔平均供水溫度+平均回水溫度〕/2注：平均供回水溫度在多聲路熱量表的主機有記錄。多聲路超聲熱量表的顯示介面多聲路超聲熱量表的應用情況**鑫豐熱電****兗州太陽紙業(yè)股份**直供水系統(tǒng)，供水安裝一臺8聲路超聲熱量表，管徑DN1200，流量6000m3/h，直管段長度6m。已經(jīng)安裝使用的熱力公司****恒豐熱力公司DN1200，供回水各安裝一臺4聲路超聲熱量表。****益和熱力公司DN1200,供水安裝一臺4聲路超聲熱量表，回水安裝一臺4聲路超聲流量計。**益和熱力多聲路熱量表存儲數(shù)據(jù)圖示**益和熱力