管损统计在供热网SCADA系统中的应用

何志俊，殷胜军，纪波峰，纪 纲

(1.上海同欣自动化仪表有限公司，上海 200070；2.常州市新港热电有限公司，江苏 常州 213003)

管损统计在供热网SCADA系统中的应用

何志俊1，殷胜军2，纪波峰1，纪 纲1

(1.上海同欣自动化仪表有限公司，上海 200070；2.常州市新港热电有限公司，江苏 常州 213003)

在用于能源管理的数据采集与监控(SCADA)系统中，根据采集得到的大量数据和用户的需求，可进行多种数据分析工作。这对保证系统安全、及时发现故障和存在的问题、进行优化操作和管理、争取更大的经济效益，有着意想不到的效果。重点讨论了管路损耗计算和监控方法，并就蒸汽供热网中管网损耗有规律增大的实例进行分析，找出管损增大的原因。由于涡街流量计超流速必引发示值偏低，通过准确的计算，证明了2台大口径流量计存在超流速的情况。换上2台上限流速可达80 m/s的优质涡街流量计后，实现了准确测量，为企业挽回了巨大的经济损失。查找流量计失准的原因是一项技巧性极强的工作，必须进行细致的实地调查研究，以解决实际问题。

SCADA系统； 供热网； 管损统计； 数据采集； 数据监控； 涡街流量计； 上限流速

0 引言

随着人们对环保的日益重视，集中供热技术已得到蓬勃发展。为了对供热网进行有效管理，已在供热网中普遍配备数据自动采集与监控(supervisory control and data acquisition,SCADA)系统。

在SCADA系统中，不管传输信号所使用的介质是单一的专用电缆、无线、GPRS、卫星，还是它们的组合，数据采集和监控这两个功能都必不可少[1-2]。

SCADA系统的数据采集部分在采集到大量的数据之后，可根据用户的需求和系统的特点，进行多种数据分析工作。这些工作在保证系统安全、及时发现故障和各种问题、方便操作和管理、为用户争取更大的经济效益等方面，有着意想不到的效果。而在数据分析功能中，使用最多的有统计报表制作与输出、收费单据制作与输出、故障诊断、越限报警、管损计算等[3]。

本文将以某个以能源供应和转换为主要业务的能源公司作为实例，介绍蒸汽供热网中的管损统计方法及应用实例。

1 管损计算方法及计算结果的显示

在能源管理系统中，载能工质的种类多种多样，引起管路损耗的原因也差别很大，但管损计算方法却基本相同，即：

(1)式中：Rs为系统损耗，取值为0～1；Sumi为进入系统工质或能量的总量，通常为供方关口表所计总量，可以是一台计量表所计总量，也可以是多台关口表所计总量，单位由工质或能量的类型决定；Sumo为流出系统工质或能量的总和，不能有漏计，单位与Sumi一致。

式(1)是根据质量守恒定律(或能量守恒定律)推导得到的。在自来水供水网中，Sumi和Sumo的单位为m3；在压缩空气、氧气管网中，总量的单位为Nm3；在以蒸汽作为介质的供热网中，单位为kg或t；在以热水为介质的供热网中的失水率计算中，总量的单位为m3；在热量损耗率计算中，总量的单位为MJ或GJ；在以冷冻水或其他冷媒作介质的供热网中，冷量损耗率计算的总量单位也为MJ或GJ，有的用户还要求以kWh或冷吨作为单位[4]。

参与计算管损的量一般取一段时间间隔内的总增量，这样能避免统计结果出现大幅度跳动。根据管损统计结果，还可计算1 h或24 h的管损平均值等。

2 管损统计结果的显示

管损统计结果可用数字显示，也可用趋势图显示。前者用数字显示某一时刻的计算结果，后者用曲线显示管损随时间变化的关系。管损统计结果数据量大，在计算机显示画面中，可在读数窗口通过移动读数线读取管损的确切数值，既形象又精确。

3 管损趋势图应用案例

以下通过某能源公司的案例，介绍通过管损趋势图所提供的信息查找引发管损陡增原因的方法。

图1为该公司24 h管损趋势图。从图1(a)可知，在常规情况下，整个管网24 h平均管损不仅平稳，而且数值很小。此热力公司经供热管网供给周围各用户的蒸汽，由于距离近、流量较稳定，所以蒸汽送到用户时仍保持过热状态，再加上先进的管理方法，所以实际平均管损已降到小于0.5%的先进水平 。

但从2013年4月2日起，发生管损陡增的现象，如图1(b)所示。从图1(b)可见：在0∶00～8∶30时间段，全网管损平均值仍然只有0.5%左右；但从9∶00开始，管损突然跳到19%左右。显然，从9∶00开始有重大事件发生。

图1 管损趋势图

该公司供热管网共有4路总管，通过这些总管将蒸汽送往各用户。每根总管的关口计量表都直接用于计算各路总管的管损，计算结果都用管损趋势图显示。对当天的各总管管损趋势图进行原因分析，发现在4路总管中有3路的管损趋势稳定，但是图1(c)所示的第2路管损趋势图与图1(b)所示的趋势图具有大致相同的波形。显然，这一天开始的管损陡增是由第2路总管引起的。

接下来分析该路总管每天从9∶00开始管损增大的原因。根据统计数据计算，这是由于分表之和比关口表示值小15 t/h左右所导致的。

查看该路总管上8个分表的流量趋势图，发现有用汽单位的2台流量计，每天9∶00起用汽量大增，与该路总管管损图在时间上和波形上密切相关，因此该路总管管损陡增可能是由于这2个计量点计量不准引发的。

通过进一步分析，这2台流量计每天9∶00起严重偏低可能导致进出该总管的流量数据严重不平衡。这2个计量点所计的蒸汽都是用户用于热风干燥湿料的。这个公司的产品是颜料，每天下午和夜间生产的颜料都是湿料，按照他们的作业计划要在第二天的上午用热风干燥的方法予以干燥，再制成粉料，这一工艺过程需要消耗大量蒸汽。这两个计量点的流量趋势图如图2所示。

图2 流量趋势图

从图2可见：这2个计量点的蒸汽在9∶00之前并不是不使用，只是流量小一些，大约为10 t/h；而从9∶00开始流量更大些。如果说这两台表偏低，那在9∶00前为什么管损数毫无察觉？

经进一步调查研究发现，这2个计量点采用的是涡街流量计+压力变送器+温度传感器+流量演算器的测量方法，而具体选用的涡街流量计是国内某个品牌的产品，公称通径分别是DN300和DN250。经调查，这个品牌的涡街流量计在测量气体和蒸汽时，保证测量精度的上限流速是40 m/s。从图2可知，在9∶00之前未开热风干燥时，北区DN300的1台流量计最大质量流量为19 t/h，南区DN250的1台流量计最大质量流量为10 t/h。这时流过涡街流量计测量管的流体流速可用式(2)计算[5-8]。

(2)

式中：v为流速，m/s；qm为质量流量，kg/h；ρf为流体密度，kg/m3；D为管道内径，m。

从有关采集资料可知，这2台蒸汽流量计工况条件为Pf= 0.8 MPa，温度为280 ℃，查表得ρf=3.618 kg/m3。此时，DN300流量计qm=19 t/h，代入式(2)得v=20.6 m/s；DN250流量计qm=10 t/h，代入式(2)得v= 15.6 m/s。因此，9∶00前，这2台涡街流量计的流速都未高于上限流速，所以测量精确度是有保证的。

从式(2)可知，要计算流过测量管的流体流速，必须先知道管道内径D、流体密度ρf和质量流量qm。对D和ρf的求取并不难，难的是求取qm的准确数值。蒸汽流量计就是为了完成这项任务才设置的，因为流量计可能不准，即流量计测量得到的qm数据并不准确，所以以qm为基础计算得到的v也不会准确。但从涡街流量计测量原理分析，流速一旦超过上限，流量测量结果只会偏低而不会偏高[2]，所以，以涡街流量计显示的质量流量为基础计算得到的流速还是可以供参考的。

从图2可知，北区DN300流量计qm= 62.9 t/h，假定这时的流量示值是准确的，代入式(2)得流速v= 68.3 m/s；南区DN250流量计qm= 36 t/h，代入式(2)得流速v=56.3 m/s。

从这2个计算结果可明显看出，假定这2台流量计并不偏低，流速已经高于允许的上限流速41%～71%，由于在超上限流速的条件下流量计偏低程度仍未知，所以2台表的流速不能准确计算。但是根据“超上限流速即偏低”这一事实可知[9-10]，每天9∶00后，这2台流量计的实际流速已严重超过上限，所以流量示值严重偏低，导致整个热网管损陡增。

对于这一问题，处理的方法是选用品质优良的涡街流量计代替原来的流量计，例如横河公司的DY型涡街流量计，其在80 m/s流速时仍能保证规定的测量精度[9]。

因此，该公司换上2台品质较好的流量计，使允许的上限流速得到相应提高，杜绝了这2台流量计超上限流速使用的现象，保证了流量测量精度，进而使一天24 h的管损回归到正常水平，维护了计量的公正性，挽回了供热单位的严重损失。这2台涡街流量计更换之后，该路总管运行正常，再也没有出现管损突然增大的现象。

4 结束语

管损统计是能源供应网数据采集与监控系统中的重要内容。管损水平能及时反映能源供应网的当前状况和管理水平。根据质量守恒定律(或能量守恒定律)能推导出管损计算公式，然后将管损计算结果用数字或图形显示。其中，管损趋势图以其直观明了、信息量大的优点，应用广泛。发现管损增大后，应及时进行分析，查找管损增大的原因。品质欠佳的涡街流量计，允许使用的最高流速只有品质优良的涡街流量计允许值的一半，实际使用中流速一旦超过允许值，流量示值就将严重偏低，带来很大误差。通过更换优质的涡街流量计，可应对实际需求，实现准确测量。

[1] 陈茹.安装SCADA系统应考虑的问题[J].自动化仪表,1999(5):44.

[2] 刑军,杨权文.利用网络技术管理维护计量仪表[J].石油化工自动化,2001(4):81-83.

[3] 纪纲.流量测量仪表应用技巧[M].2版.北京:化学工业出版社,2009.

[4] 张万路,赵奕奕,张穹希,等.能源计量百问[M].北京:中国计量出版社,2007.

[5] 姜仲霞,姜川涛,刘桂芳.涡街流量计[M].北京:中国石化出版社,2006.

[6] 苏彦勋,梁国伟,盛健.流量计量与测试[M].2版.北京:中国计量出版社,2007.

[7] 王池,王自和,张宝珠,等.流量测量技术全书[M].北京:化学工业出版社,2012.

[8] 蔡武昌,应启戛.新型流量检测仪表[M].北京:化学工业出版社,2005.

[9] 纪纲,纪波峰.流量测量系统远程诊断集锦[M].北京:化学工业出版社,2012.

[10]郑灿婷.石油化工企业流量计量450问[M].北京:中国质检出版社,2011.

Application of Pipeline Loss Statistics in Heat Supply Network SCADA System

HE Zhijun1,YIN Shengjun2,JI Bofeng1,JI Gang1

(1.Shanghai Tongxin Automatic Meter Co.,Ltd.,Shanghai 200070,China;2.Changzhou Xingang Thermal Power Co.,Ltd.,Changzhou 213003,China)

In the supervisory control and data acquisition (SCADA) system used for energy management,according to the large amount of data acquired and the requirements of users,a lot of data analysis works can be done.It has an unexpected effect on the safety assurance of the system,the timely detection of faults and existing problems,optimization of the operation and management and acquisition of greater economic benefits.The calculation and monitoring method for pipeline loss in energy supply network is discussed emphatically,and the examples of the regular loss increasing in the steam heating network are analyzed,and the reasons of increasing pipeline loss are found out.For sure,the over flow rate of vortex flowmeter leads to lower indication value,according to the accurate calculation,the over plow rate of two large caliber flowmeters is proved,then by replacing two high-quality vortex flowmeters whose upper limit flow rate is up to 80 m/s,thus the accurate measurement is achieved,and the huge economic losses are redeemed for the enterprise.Finding the causes of the misalignment of the flowmeter is a highly skilled work that requires meticulous field investigation to solve practical problems.

SCADA system； Heat supply network； Pipeline loss statistics； Data acquisition； Data monitoring； Vortex flowmeter； Upper limit of flow rate

何志俊(1981—)，男，学士，工程师，主要从事SCADA系统的开发工作。E-mail:hzj810130@163.com。

TH7;TP272

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201706023

修改稿收到日期:2016-12-06