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渦輪流量計(jì)在線運(yùn)行工況評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與流量計(jì)分析
發(fā)布時(shí)間：2020-11-26 07:59:50??點(diǎn)擊次數(shù)：2848次
摘要：在建立流量計(jì)工況流量評(píng)估模型和計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型基礎(chǔ)上，運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)T-商用戶渦輪流量計(jì)運(yùn)行工況進(jìn)行量化評(píng)估，提出了提高流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度、減小燃?xì)夤╀N差率的措施。
1、概述
伴隨著科技進(jìn)步和能源消費(fèi)水平的不斷攀升，工商用戶用氣設(shè)備、用氣負(fù)荷日趨復(fù)雜多樣。工商用戶流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱工商大表)作為用氣現(xiàn)場(chǎng)唯的貿(mào)易結(jié)算計(jì)量器具，如何掌握它的運(yùn)行工況信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量故障，糾正用戶違章用氣行為，一直是燃?xì)饨?jīng)營(yíng)者關(guān)注的大事。
燃?xì)夤ど檀蟊磉h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是近年發(fā)展起來(lái)的、針對(duì)工商業(yè)用戶燃?xì)庥?jì)量和壓力、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集監(jiān)測(cè)和分析的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可**了解在用流量計(jì)、燃?xì)庠O(shè)備的運(yùn)行狀況，包括燃?xì)鉁囟?、燃?xì)鈮毫?、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等，通過(guò)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量故障、減少供銷差率，提供先進(jìn)的信息技術(shù)工具。
西安秦華天然氣有限公司工商大表遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2011年12月25日完成了100臺(tái)渦輪流量計(jì)數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）的軟、硬件安裝。系統(tǒng)規(guī)定，DTU終端每2min采集1次數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線GPRS上傳服務(wù)器，系統(tǒng)自動(dòng)生成流量、溫度、壓力變化曲線，并具備數(shù)據(jù)異常報(bào)警功能。
2、在線評(píng)估目的
按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，影響在用脈沖輸出渦輪流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的因素有很多，涉及到諸多業(yè)務(wù)方面。渦輪流量計(jì)在線評(píng)估目的*先是運(yùn)用信息技術(shù)工具，掌握在用的渦輪流量計(jì)運(yùn)行工況信息，及時(shí)辨識(shí)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)，避免氣量損失；其次分析現(xiàn)階段影響渦輪流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的主要原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為提高相關(guān)業(yè)務(wù)管理水平打下基礎(chǔ)。
3、渦輪流量計(jì)在線運(yùn)行工況評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)
在規(guī)定的數(shù)據(jù)采集時(shí)間里，以系統(tǒng)采集的每臺(tái)流量計(jì)瞬時(shí)工況流量qg出現(xiàn)在（20%～90%）qmax（qmax為流量計(jì)*大計(jì)量工況流量）計(jì)量區(qū)間頻數(shù)累加和，與（0～100%）qmax頻數(shù)（不含工況流量qg為0的頻數(shù)）累加和之比為主要判別依據(jù)，壓力傳感器、溫度傳感器采樣值為輔助評(píng)估依據(jù)。
評(píng)價(jià)一臺(tái)渦輪流量計(jì)運(yùn)行工況好與壞的具體標(biāo)準(zhǔn)主要有以下兩方面：
①流量計(jì)工況流量qg能否隨用戶用氣負(fù)荷變化保持在（20%～90%）qmax計(jì)量區(qū)間內(nèi)，以確保計(jì)量精度。
②流量計(jì)體積修正儀能否將工況流量qg，精確地轉(zhuǎn)換為貿(mào)易結(jié)算值（標(biāo)況體積）。這一點(diǎn)對(duì)于智能體積修正儀，更加依賴溫度、壓力傳感器測(cè)量穩(wěn)定性。
4、工況流量評(píng)估與計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型
4.1工況流量評(píng)估數(shù)學(xué)模型
根據(jù)上述評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，在假設(shè)工況流量qg﹥0的條件下，建立如下模型：
式中 xi———*i臺(tái)流量計(jì)的評(píng)估得分
si，j———*i臺(tái)流量計(jì)工況流量qg在j區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的頻數(shù)
j———流量區(qū)間編號(hào)，定義見表1
4.2工況流量評(píng)估數(shù)學(xué)模型的局限性
系統(tǒng)規(guī)定，生成的工況流量qg頻數(shù)在流量區(qū)間邊界取下限、不取上限。例如，當(dāng)qg=5%qmax時(shí)，即為qg∈［5%qmax，10%qmax）。當(dāng)用戶不用氣，工況流量qg=0時(shí)，系統(tǒng)生成頻數(shù)也將全部落在（0～5%）qmax區(qū)間內(nèi)。這樣將使評(píng)估模型失去意義，技術(shù)人員刪除了所有工況流量qg=0的系統(tǒng)頻數(shù)。模型只適用于工況流量qg﹥0的條件。因此，在使用該模型時(shí)有以下限制：
①有效性限制。當(dāng)用戶用氣流量始終小于流量計(jì)始動(dòng)流量，或流量計(jì)渦輪被阻無(wú)法旋轉(zhuǎn)時(shí)，工況流量qg將為0，致使模型無(wú)法評(píng)估。
②時(shí)效性限制。模型評(píng)估成績(jī)只能表征這臺(tái)流量計(jì)在評(píng)估時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行工況，并不代表長(zhǎng)期。
③辨識(shí)性限制。從渦輪流量計(jì)內(nèi)部構(gòu)造上講，評(píng)估模型只能反映由整流器、渦輪組件、磁敏傳感器以及脈沖檢測(cè)放大電路共同組成的流量傳感器的運(yùn)行工況，它無(wú)法辨識(shí)渦輪流量計(jì)整體計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)的大小。這就需要渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型來(lái)解決。
4.3渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型
①按系統(tǒng)采集的供氣絕對(duì)壓力*高值pmax與qmax乘積大小對(duì)渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)大小分類。
②建立以監(jiān)測(cè)流量傳感器工況為主要目標(biāo)、溫度傳感器工況和壓力傳感器工況為輔助目標(biāo)的渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系，其基礎(chǔ)模型見表2。
預(yù)警體系采用人工評(píng)估和系統(tǒng)報(bào)警相結(jié)合的工作方式。其一，由技術(shù)人員對(duì)流量傳感器工況定期評(píng)估，根據(jù)成績(jī)定性為直觀的紅、黃、藍(lán)、綠4種狀態(tài)。其二，技術(shù)人員根據(jù)季節(jié)性氣溫變化和峰谷供氣壓力波動(dòng)，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定溫度和壓力報(bào)警值，報(bào)警值設(shè)定后系統(tǒng)自動(dòng)超限報(bào)警。因此，溫、壓傳感器工況有紅、綠兩種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)非正常和正常狀態(tài)。其三，當(dāng)溫、壓傳感器工況都為綠色狀態(tài)時(shí)，該流量計(jì)整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況顏色決定，必然為紅、黃、藍(lán)、綠中的一種。此時(shí)，我們可以根據(jù)各臺(tái)流量計(jì)各自的流量傳感器工況顏色，選擇不同的應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)溫、壓傳感器工況二者任意一個(gè)超限報(bào)警時(shí)，該流量計(jì)整體工況狀態(tài)置紅（無(wú)論該流量傳感器工況是何種顏色），提醒我們盡快維修處理故障。實(shí)踐表明，一個(gè)熟練的儀表維修工在停氣狀態(tài)下，更換故障的溫度或壓力傳感器不會(huì)超過(guò)60min。但是，解決問(wèn)題的前提是能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。否則隨著時(shí)間的延續(xù)，氣量損失累積會(huì)越來(lái)越多，追繳氣費(fèi)的難度會(huì)越來(lái)越大。這就是建立計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系的目的。
③確立報(bào)警后的處理等級(jí)。渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型按pmaxqmax的大小將客戶流量計(jì)分為3類，其中A類（重點(diǎn)客戶）、B類（主要客戶）兩類為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，要求處理等級(jí)與信息反饋速度比C類（普通客戶）高。這種分類方法突出了計(jì)量管理重點(diǎn)，確立了調(diào)配有限資源的指導(dǎo)方針。
表3是建立渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)后，得到的部分渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息。
5、工況差的流量計(jì)分析
5.1流量計(jì)選型
①流量計(jì)選型過(guò)大
實(shí)例用戶：加氣站1。屬A類用戶，本次流量工況評(píng)估成績(jī)?yōu)?分，呈紅色報(bào)警狀態(tài)。溫、壓傳感器運(yùn)行工況都為綠色狀態(tài)，流量計(jì)整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用渦輪流量計(jì)型號(hào)為L(zhǎng)WQZ－Ⅲ－100C，工況流量測(cè)量范圍為32～650m³/h，始動(dòng)流量為6.7m³/h，流量計(jì)規(guī)格為G400。用氣設(shè)備為1臺(tái)CNG壓縮機(jī)組，0.8MPa進(jìn)氣壓力下的額定流量（折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）為1000m³/h。
具體表現(xiàn)為（20%～90%）qmax流量區(qū)間的頻數(shù)為0，負(fù)荷主要集中在（5%～10%）qmax。
建議加氣站1使用LWQZ－Ⅲ－80渦輪流量計(jì)（流量計(jì)規(guī)格為G100、工況流量測(cè)量范圍為8.0～160m³/h，始動(dòng)流量為2.4m³/h）計(jì)量，比G400的渦輪流量計(jì)更為準(zhǔn)確。
②羅茨流量計(jì)的選用
實(shí)例用戶：速8酒店。用戶分類為C，本次流量傳感器運(yùn)行工況評(píng)估成績(jī)?yōu)?3.71分，呈紅色報(bào)警狀態(tài)。溫、壓傳感器運(yùn)行工況都為綠色狀態(tài)，流量計(jì)整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用渦輪流量計(jì)型號(hào)為L(zhǎng)WQZ－50A，工況流量測(cè)量范圍為5～65m³/h，始動(dòng)流量為1.3m³/h，流量計(jì)規(guī)格為G40。用氣設(shè)備為1臺(tái)額定熱功率為0.7MW的常壓熱水鍋爐。
該用戶用氣流量主要集中在設(shè)計(jì)*大流量的20%以下和90%以上，兩*流量用時(shí)長(zhǎng)，并有過(guò)載現(xiàn)象發(fā)生。針對(duì)此類用氣負(fù)荷，儀表選型應(yīng)優(yōu)先考慮羅茨流量計(jì)。例如，流量計(jì)規(guī)格為G65、量程比為1∶160、始動(dòng)流量為0.05m³/h的羅茨流量計(jì)。
事實(shí)上，近年來(lái)國(guó)內(nèi)同行針對(duì)中小工商用戶多變的用氣負(fù)荷，在推廣使用規(guī)格為G16～G65的羅茨流量計(jì)的實(shí)踐中，獲得了良好的成效。
5.2計(jì)量方式
本文所說(shuō)的計(jì)量方式，是指對(duì)多個(gè)設(shè)備用氣進(jìn)行總表計(jì)量或分表計(jì)量的方式。當(dāng)設(shè)備用氣量受諸多因素影響變化較大時(shí)，宜選擇分表計(jì)量方式。
實(shí)例用戶：材料廠2。屬A類用戶，本次流量傳感器工況評(píng)估成績(jī)?yōu)?分，為紅色報(bào)警狀態(tài)。溫壓傳感器運(yùn)行工況都為綠色正常狀態(tài)，流量計(jì)整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用流量計(jì)型號(hào)為L(zhǎng)WQZ－200CZ，工況流量測(cè)量范圍為130～2500m³/h，始動(dòng)流量為20.0m³/h，流量計(jì)規(guī)格為G1600。用氣設(shè)備為7臺(tái)（額定熱功率總量為14.7MW）工業(yè)爐窯生產(chǎn)線。
筆者在用戶走訪中了解到，材料廠2是生產(chǎn)稀土的民營(yíng)企業(yè)。由于在生產(chǎn)過(guò)程中要排放大量的工業(yè)廢物，2011年該廠迫于當(dāng)?shù)丨h(huán)保的壓力，不得不降低產(chǎn)量而只開1條生產(chǎn)線。這樣，用氣負(fù)荷幾乎全部集中在流量計(jì)（5%～10%）qmax區(qū)間內(nèi)，勢(shì)必造成較大的計(jì)量誤差。
總表計(jì)量問(wèn)題同樣出現(xiàn)在B類用戶五星酒店鍋爐房。1臺(tái)型號(hào)為L(zhǎng)WQZ－Ⅲ－150C渦輪流量計(jì)負(fù)責(zé)兩臺(tái)蒸汽鍋爐（3.15MW/臺(tái)）用氣計(jì)量。據(jù)酒店工程部經(jīng)理介紹，兩臺(tái)鍋爐一開一備，1號(hào)鍋爐為備用爐，只在2號(hào)鍋爐檢修時(shí)才啟用。這臺(tái)渦輪流量計(jì)按兩臺(tái)鍋爐負(fù)荷選型，實(shí)際上卻計(jì)量了一臺(tái)鍋爐用氣。
因此，對(duì)于額定熱功率在0.7MW以上的鍋爐以及工業(yè)爐窯生產(chǎn)線，如果條件允許，盡可能分表計(jì)量，以確保小流量時(shí)的計(jì)量精度。當(dāng)用戶現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境難以滿足分表計(jì)量條件時(shí)，應(yīng)嘗試計(jì)量創(chuàng)新，例如可選用寬量程氣體計(jì)量裝置等。
5.3計(jì)量故障
①故障現(xiàn)象描述
用戶商住樓屬C類用戶，本次流量傳感器工況評(píng)估成績(jī)達(dá)99.52分，為綠色狀態(tài)，溫度傳感器運(yùn)行工況也為綠色狀態(tài)，但壓力傳感器有故障呈紅色報(bào)警，因此，該流量計(jì)整體工況狀態(tài)為紅色狀態(tài)。壓力值始終顯示為70kPa。
在用渦輪流量計(jì)型號(hào)為L(zhǎng)WQZ－150－AZ，工況流量測(cè)量范圍32～650m³/h，始動(dòng)流量為7.8m³/h，流量計(jì)規(guī)格為G400。用氣設(shè)備為1臺(tái)4.2MW常壓熱水鍋爐，負(fù)責(zé)商住樓冬季供暖。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警后，筆者在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)報(bào)警屬實(shí)，修正儀絕對(duì)壓力恒定顯示為70kPa?，F(xiàn)場(chǎng)觀察與其同進(jìn)氣管道的其他流量計(jì)修正儀，顯示絕對(duì)壓力在105～107kPa區(qū)間波動(dòng)。
②估算該傳感器故障帶來(lái)的計(jì)量損失
為簡(jiǎn)便計(jì)算，正常絕對(duì)壓力值取下限105kPa。
根據(jù)氣態(tài)方程修正公式有：
式中 qf———壓力補(bǔ)償有誤的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量，m³/h
Zn———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體壓縮因子
Zg———工作狀態(tài)下的氣體壓縮因子
Tn———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，K，取293.15K
Tg———被測(cè)介質(zhì)的溫度，K
pf———壓力傳感器故障狀態(tài)下的絕對(duì)壓力顯示值，kPa
pn———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)壓力，kPa，取101.325kPa
qg———工況流量，m³/h
當(dāng)供氣壓力（表壓）小于100kPa時(shí)，本例可按AGANX－19計(jì)算壓縮因子值，?。?/div>
則式（2）變形為：
當(dāng)壓力參數(shù)為正常狀態(tài)時(shí)，有：
式中 qt———壓力參數(shù)真實(shí)時(shí)的標(biāo)況流量，m³/h
pt———壓力傳感器正常時(shí)壓力參數(shù)值，kPa
將式（3）代入式（4）并整理，有：
將pt=105kPa和pf=70kPa代入式（5），有：
即在qf=70kPa的故障值下，修正儀對(duì)工況流量錯(cuò)誤修正，累計(jì)標(biāo)況體積造成的50%的氣量損失。如果該鍋爐每月用氣計(jì)量為10×104m³，則真實(shí)用氣量約為15×104m³。本例是C類用戶，對(duì)于A、B類用戶形勢(shì)會(huì)更為嚴(yán)峻。
同理，對(duì)于溫度傳感器故障，也可以類似估算。
借助于渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系，我們先后發(fā)現(xiàn)了多起溫壓傳感器故障，由于處理及時(shí)、維修迅速，避免了公司氣量損失，并對(duì)那些規(guī)避計(jì)量的用戶起到了威懾作用。
6、結(jié)論
①建立以流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器運(yùn)行工況為主控對(duì)象的渦輪流量計(jì)計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系，明確計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)處理等級(jí)與信息反饋速度，提高流量計(jì)傳感器維修及時(shí)率。用先進(jìn)技術(shù)手段和管理制度來(lái)確保計(jì)量?jī)x表的準(zhǔn)確計(jì)量落在實(shí)處。
②做好儀表選型和計(jì)量方式選擇工作，是保證計(jì)量準(zhǔn)確度的前提條件。對(duì)于中小工商用戶設(shè)備用氣，計(jì)量?jī)x表選型時(shí)應(yīng)堅(jiān)持羅茨流量計(jì)優(yōu)先原則；對(duì)于0.7MW以上的鍋爐以及工業(yè)爐窯生產(chǎn)線等用氣設(shè)備，因受諸多因素影響，用氣量變化較大，必須堅(jiān)持分表計(jì)量原則；分表計(jì)量條件受限制時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持計(jì)量創(chuàng)新原則，拓展新的計(jì)量方式或試用新型計(jì)量?jī)x表。
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