利用超声波流量计对热电厂供热流量测试的探讨①

熊兆洪

(胜利油田技术监督处)

利用超声波流量计对热电厂供热流量测试的探讨①

熊兆洪

(胜利油田技术监督处)

提出利用便携式超声波流量计对胜利发电厂供暖用流量计进行测试和核查，并对测试数据进行相关计算处理。通过计算得出，胜利发电厂供暖用流量计误差较大，给发电厂造成巨大的经济损失，也加重了发电厂生活区的污染程度。最后，针对胜利发电厂供热计量中存在的不足提出了建议。

超声波流量计 流量测试 供暖系统 误差

胜利发电厂担负的胜利油区基地集中供热工程是胜利石油管理局的重点建设项目之一。集中供热工程的实施，结束了油田西城地区靠小型锅炉分散式燃油、燃煤供暖的历史，解决了以前供热耗能大、成本高的问题，同时对改善城市大气质量，提高能源综合利用率，起到了积极作用。

随着小区供热面积的增大，发电厂的供热量也在逐年增加，纵观整个供热系统，其中存在的主要问题有：一是由于计量管理不完善和规范化程度不够，造成单位间因流量计计量偏差而发生经济纠纷；二是由于计量误差较大，致使实际供热量大于需求供热量，造成能源的浪费和城市环境的污染。

近年来，随着电子技术、数字技术的发展，利用超声波测量流体流量的技术发展很快，它采用了先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术和纠错技术，使流量仪表更能适应工业现场的环境[1]，计量更方便、经济、准确。针对发电厂供暖系统存在的问题，利用超声波流量计对电厂供热流量计进行测试核查，对记录的数据做相应的修正，最终得出胜利发电厂年实际供热量，为维护双方权益和供热系统的进一步规范化管理奠定了基础[2]。

1 超声波流量计的工作原理和技术选型

超声波流量计以测量声波在流动介质中传播的时间与流量的关系为原理。通常认为声波在流体中的实际传播速度是由介质静止状态下声波的传播速度(cf)和流体轴向平均流速(vm)在声波传播方向上的分量组成[3]，如图1所示。

图1 超声波流量计工作原理示意图

vm和cf的计算公式为：

(1)

(2)

式中L——声道长度；

tdown——超声波在流体中顺流传播的时间；

tup——超声波在流体中逆流传播的时间。

超声波流量计的主要特点为：

a. 独特的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确；

b. 可做非接触式测量，无压力损失；

c. 价格较贵，前期投资大。

本测试选用PT878 便携式超声波流量计，其技术指标为：

准确度等级 1.0级

测量直径范围DN20～2000mm

测量探头工作温度 -20～210℃

由于采用管外安装换能器的超声波流量计是通过声波传播途径上流体线平均流速来进行测量的，所以应保证换能器前的流体是沿管轴平行流动的。因此，安装地点的选择必须保证换能器前有一定长度的直管段。一般，当管道内径为D时，上游直管段长度应大于10D，下游大于5D，现场的安装还应避开强电磁场干扰、管道扰动等因素的影响。

超声波流量计探头安装方式有Z法、V法、X法、2V法和平行法。根据胜利发电厂现场实际情况，测量流量时，超声波流量计的探头采用Z法安装方式。

2 测试数据处理

当超声波流量计运行稳定后，记录其累积示值，待运行600s后，同时记录超声波流量计累积值、被核查流量计的累积值以及流体的温度和压力值，每次连续采集3组数据，共测试3次，整理后的数据见表1。

表1 超声波流量计和被核查流量计累积值数据 m3

取600s内超声波流量计累积值与被核查流量仪表累积值进行比对，并计算被核查流量计的相对误差和重复性。

流量计的相对误差计算公式为：

(3)

式中Ej——第j次被核查流量计的相对误差，%；

qj——第j次被核查流量计显示的累积流量值，m3/h；

(qs)j——第j次测试时超声波流量计显示的累积流量值，m3/h。

流量计的重复性计算公式为[4]：

(4)

式中Er——被核查流量计的重复性，%；

相应的仪表修正系数计算公式为：

(5)

式中k——仪表修正系数。

通过计算分别得出了回水、一期供水、二期供水被核查流量计的相对误差和重复性(表2)。

表2 回水、一期、二期被核查流量计相对误差、重复性数据 %

取3次相对误差的平均值作为被核查流量计的相对误差，依据式(5)，对应的仪表修正系数见表3。

表3 回水、一期、二期被核查流量计平均相对误差和修正系数

3 供热量计算

测试人员每隔1h分别记录被核查流量计的累积值、流体压力值、温度值和大气温度值，先计算出每小时供热量，进而计算日供热量，即：

ΔE=G1h1+G2h2-G0h0

(6)

式中 ΔE——热力系统供热量，kJ/h；

G1、G2、G0——电厂一期、二期热网供水和回水的质量总量，kg；

h1、h2、h0——一期、二期热网和回水在各自温度、压力下的焓值(查表)，kJ/kg。

由实际日供热量计算出发电厂某年度实际总供热量值为6 293 994.90GJ、发电厂自测热量为5 388 275.64GJ，相差905 719.26GJ。所以，由于胜利发电厂供暖用流量计的误差较大，造成年浪费热量约905 719.26GJ(这部分热量实际没有创造经济价值)。

4 小结与建议

经过分区热量值测量，胜利发电厂集中供热管辖小区单位面积供热量都满足《山东省城市集中供热管理条例》的标准要求。按照1kg标煤的低位热值为7 000千卡(或29 274kJ)计算，年供暖期间浪费折合标准煤约30 939.37t。工业锅炉每燃烧1t标准煤，产生二氧化碳2 620kg、二氧化硫8.5kg、氮氧化物7.4kg，因此，年供暖期浪费的标准煤约产生81 061.15t二氧化碳、262.98t二氧化硫、228.95t氮氧化物，加重了发电厂生活区的大气污染程度。

针对以上测试结果和经济环保性分析，对胜利发电厂提出如下建议：加强对计量工作的重视，确保流量计量的准确性；定期对在用流量计进行核查测试；引入新型流量计(如超声波流量计)代替传统流量计；推进供热体制改革，其中供热计量改革是深化供热体制改革的重要内容和关键环节之一。

[1] 王飞，吴朝晖，刘文龙，等.超声波流量计用于原油大流量贸易计量的方案论证[J].化工自动化及仪表,2010,37(8):56～58.

[2] 郭环,王艳军,张建平，等.外夹式超声波流量计在高酸气田关键技术的分析[J].化工自动化及仪表,2014,41(1)：68～69.

[3] Michael A C.Industrial Flow Measurement[D].Huddersfield:The University of Huddersfield，2009.

[4] 费业泰.误差理论与数据处理[M].北京： 机械工业出版社,2015:102～104.

DiscussionofApplyingUltrasonicFlowmetertoMeasureHeatingFlowinThermalPowerPlant

XIONG Zhao-hong

(TechnicalSupervisionDept.,ShengliOilfield)

Applying a ultrasonic flowmeter to measure heating flow in Shengli Thermal Power Plant was proposed and the test data were calculated and processed to show that, the obvious errors can be found in heating flow measurement which resulting in a great economic loss together with increased pollution degree in the plant’s living quarters. The solutions to these deficiencies were proposed finally.

ultrasonic flowmeter, flow test, heating system, error

TH814+.92

A

1000-3932(2017)08-0744-03

2017-03-09，

2017-07-24)

中国石化科技项目(714037，710014)；山东省自然科学基金项目(ZR2016EEM46)。

熊兆洪(1967-)，高级工程师，从事油田计量测试技术的研究与管理工作, xiongzhaohong.slyt@sinopec.com。