1、引言

供熱質(zhì)量高低非常終反映的是鍋爐產(chǎn)熱量和用戶使用量之間的合理分配，既要發(fā)揮鍋爐的非常大效率保證供熱質(zhì)量，又要節(jié)能降耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。熱量計就成為鍋爐房眾多管理參數(shù)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通過熱量計量儀所提供的數(shù)據(jù)（供回水溫度、鍋爐瞬時供熱量、累計熱量），對鍋爐的運(yùn)行、燃燒狀態(tài)和所耗燃?xì)猓ê拿海┝侩S時對鍋爐和外網(wǎng)進(jìn)行合理調(diào)整，使其在非常佳狀態(tài)下運(yùn)行，應(yīng)用“熱量調(diào)節(jié)法”實行科學(xué)的量化管理。

 

1 熱量計的分類

1.1 根據(jù)熱量計總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計原理熱量表分為3類

1.1.1 一體式熱量計

一體式熱量計是指熱量計的 3 個組成部分（流量儀、積算儀、溫度傳感器），有部分產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。例如，一體式時差法超聲波熱量計，它的換能器、流量儀、熱量儀和一支溫度傳感器在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上是組合在同一固定長度管段上，其中流量儀和熱量儀的電氣部分集成在同一電路板上，檢定時只能對設(shè)備進(jìn)行整體檢測。

 

1.1.2 分體式熱量表

          分體式熱量表是指組成熱量表的 3 個部分（流量儀、積算儀、溫度傳感器）可以獨(dú)立安裝，并且同型號的產(chǎn)品可以相互替換，在檢定時可以對各部件分別檢測。

 

1.1.3 緊湊型熱量表

緊湊型熱量表是指組成熱量表的 3 個部分（流量儀、積算儀、溫度傳感器）至少其中 2 個部分是組合在一起，以減少安裝中所產(chǎn)生的誤差。

 

1.2 依據(jù)熱量計中流量儀的結(jié)構(gòu)和原理分類

1.2.1 機(jī)械熱量計

機(jī)械熱量計因其流量儀測量元件是用機(jī)械進(jìn)行傳動而命名，其測量導(dǎo)流通道有單流束和多流束 2 種，單流束是指流體在儀表內(nèi)從一個方向單股推動機(jī)械葉輪轉(zhuǎn)動，機(jī)械磨損較大，使用年限短。多流束表是流體在儀表內(nèi)從多個通道推動機(jī)械葉輪轉(zhuǎn)動，相對磨損較小，使用年限長。

 

1.2.2 電磁熱量計

          電磁熱量計中采用的是電磁式流量儀。電磁式流量儀測量精度高，不受載體密度、壓力、熱流黏度以及流體分布等參數(shù)變化的影響，量程比非常大可達(dá) 1 ∶ 30。分析其工作原理可知，電磁式流量儀功耗較大，需外接電源，受被測流體導(dǎo)電率限制，不適合測量水質(zhì)較純凈的流體 [1]。

 

1.2.3 超聲波熱量計

          超聲波熱量計中采用的是時差式超聲波流量儀。時差式超聲波流量儀不受載體熱流黏度、密度、壓力以及電解質(zhì)等參數(shù)變化的影響。量程比非常大可達(dá) 1 ∶ 250，測量范圍寬，更加適合于變流量運(yùn)行、負(fù)荷變量較大的場所�？蓮V泛應(yīng)用于住宅小區(qū)、寫字樓以及企事業(yè)單位集中供熱、供水、空調(diào)、鍋爐等系統(tǒng)中的熱量計量。　　　

 

          鍋爐使用的是軟化水，由于時差式超聲波熱量表所具有的眾多優(yōu)勢，所以鍋爐的熱量計量多采用時差法超聲波熱量表。熱量計是由供回水溫度計、流量計、積算儀組成，影響熱量計計量精度穩(wěn)定的原因有多種，該案例分析中使用的是時差法超聲波流量計。

 

2 時差式超聲波流量計的選型

2.1 熱量表外形尺寸

          選用根據(jù)安裝和使用環(huán)境，選用合適的公稱壓力、熱表表體長度、積算儀安裝方式、流流計安裝方式、表接螺紋以及流量計表體材質(zhì)等，保證熱量表可以正確安裝且設(shè)備無干擾、后期檢修方便。

 

2.2 熱量表技術(shù)參數(shù)選用

          選用的熱量表技術(shù)參數(shù)包括熱量表的非常小流量、常用流量、非常大流量、熱量表的溫度范圍、公稱流量下的壓力損失、非常大溫差、非常小溫差、測量精度以及熱量表的防護(hù)等級等。

 

2.3 電氣及軟件部分時差法

          超聲波熱量表供電方式一般為 24 V 和 220 V（具體參見產(chǎn)品說明書）。溫度傳感器類型，傳感器導(dǎo)線長度（嚴(yán)禁自行加長、裁短或更換導(dǎo)線）。熱表的通信方式及通信接口、流量計計量周期、通信接口、積算儀數(shù)據(jù)存儲量等。

 

3 影響時差式超聲波流量儀測量精度的主要因素

3.1 上下游直管段

          由于時差式超聲波流量儀標(biāo)定系數(shù) K 值是雷諾數(shù)函數(shù)，所以當(dāng)流體從層流過渡到紊流時，其流速分布不均勻，標(biāo)定系數(shù)K 值將產(chǎn)生較大的變化，從而影響測量準(zhǔn)確度。根據(jù)設(shè)計要求換能器應(yīng)安裝在上游直管段為 10 倍管徑、下游直管段 5 倍管徑的位置，對于上游存在泵、閥等設(shè)備時，需要按照“距離紊流、震動、熱源、噪聲和射線源越遠(yuǎn)越好”的要求做，換能器應(yīng)安裝在上游直管段 30 倍管徑以上的位置。直管段長度是保證時差式超聲波流量儀測量準(zhǔn)確度的重要因素之一。

 

3.2 安裝管道參數(shù)設(shè)置對時差式超聲波流量儀測量準(zhǔn)確度的影響

          根據(jù)時差式超聲波流量儀流量計量公式 qv=（π/4）D2v， （qv 瞬時流量，D 管道直徑，V 流體流速 m/s）當(dāng)管道材質(zhì)及尺寸設(shè)置與實際管道尺寸不符時，將使理論管道流通截面積與實際管道流通截面積產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致計算結(jié)果不準(zhǔn)確。換能器的安裝距離是根據(jù)流體性質(zhì)、管道材質(zhì)、內(nèi)外管徑、安裝方式等參數(shù)綜合運(yùn)算的結(jié)果。據(jù)有關(guān)資料介紹，如果管道內(nèi)徑誤差±1%，則引起約 ±3% 的流量誤差。如果安裝距離誤差 ±1 mm將產(chǎn)生 ±1.5% 以內(nèi)的流量誤差。由此可見，只有正確設(shè)置管道參數(shù)，換能器才能安裝正確。因此，管道參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確性直接影響著時差式超聲波流量儀測量準(zhǔn)確度。

 

 

3.3 換能器安裝對時差法超聲波流量儀測量準(zhǔn)確度的影響

          時差法超聲波流量計測量器件換能器聲波的傳輸分為直線式和反射式，反射式按安裝方式又有 V 式、Z 式、W 式，可根據(jù)管徑、所測流體性質(zhì)，有無管襯以及現(xiàn)場安裝條件進(jìn)行選擇。另外換能器必須安裝在與管線正切的方向，否則會影響聲波的發(fā)射和接收，進(jìn)而影響時差法超聲波流量計的測量準(zhǔn)確度。

 

3.4 被測流體含氣量對時差法超聲波流量計測量準(zhǔn)確度的影響

          不溶氣體具有非常低的聲阻抗，可能造成聲束分散，含氣量大時，將減弱聲波信號強(qiáng)度，因此被測流體含氣量對時差法超聲波流量計測量數(shù)據(jù)有很大影響。

 

          在實際供熱生產(chǎn)中，所有熱量計安裝的外部條件勻已很好地滿足設(shè)計要求，但當(dāng)鍋爐出水溫度低于 80℃時，熱量計工作正常，當(dāng)鍋爐出水溫度高于 80℃時，管道內(nèi)會有細(xì)小的氣泡產(chǎn)生，在閉環(huán)的鍋爐系統(tǒng)中，這些氣泡使終裹挾在流體里，從而影響時差法超聲波流量計測量準(zhǔn)確度，造成熱量值的誤差，影響熱量調(diào)節(jié)工作 [2]。

 

要想消除這些氣泡，可以在鍋爐出口安裝一個大于出口管徑的聚氣裝置，加長流量計上游的直管段距離，還可以采取安裝紊流裝置的設(shè)施，以減少和消除被測介質(zhì)內(nèi)的含氣量，保證熱量計的測量準(zhǔn)確性。

 

3.5 耦合劑對時差法超聲波流量計準(zhǔn)確度的影響

為了保證換能器能夠與管道充分接觸，安裝換能器時需要在管道表面均勻地涂一層耦合劑，一般厚度為 1 mm，并將耦合劑內(nèi)的氣泡和顆粒擠出去，換能器的發(fā)射面應(yīng)緊密地貼在管壁上。

 

鍋爐出口溫度在冬節(jié)生產(chǎn)時往往會在 100℃ ~110℃，安裝在鍋爐出口的時差法超聲波流量計如果使用普通的耦合計在短時間內(nèi)便會失效，從而影響時差法超聲波流量計的測量準(zhǔn)確度，因此，必須選用特制的耐高溫耦合劑。在供熱管線上的時差法超聲波流量計，往往會安裝在儀表井內(nèi)，安裝環(huán)境潮濕，有時會被水淹，一般的普通耦合劑不具備防水性質(zhì)會很快失效，影響時差法超聲波流量計的測量準(zhǔn)確度，必須選用具有防水性的耦合劑。耦合劑有使用有效期，根據(jù)性質(zhì)、品牌不同有效期也不盡相同，一般為 12 個月，因此，為了保證測量準(zhǔn)確度，每 12 個月應(yīng)重新更換耦合劑，重新安裝換能器。

 

3.6 溫度傳感器對熱量計測量精度的影響

根據(jù)熱量表的工作原理可知，熱量表是由流量計、積算儀和一對溫度傳感器組成，為了保證熱量計的測量精度，時差法超聲波熱量計中的溫度傳感器往往采用分度值更為精細(xì)的PT500，并且是成對配置的，一支安裝在供水管道上標(biāo)記為紅色，另一支安裝在回水管道上標(biāo)記為藍(lán)色。溫度傳感器不宜安裝在管道的較高位置上（可能充不滿液體）；要確保溫度傳感器的插入深度，應(yīng)使溫度傳感器位于管道中心偏下的位置。當(dāng)溫度傳感器與流量傳感器處于同一管路上時，溫度傳感器應(yīng)安裝在流量計下游 5 倍管徑或更遠(yuǎn)的位置，以避免因安裝位置產(chǎn)生的氣泡和亂流影響流量計的測量準(zhǔn)確度。

 

溫度傳感器的安裝位置還與被測目標(biāo)有一定的關(guān)系，在以鍋爐為熱源的零次網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)中，如果把零次網(wǎng)熱交換器作為熱量測量目標(biāo)，2 支溫度傳感器應(yīng)分別安裝在零次網(wǎng)換熱器的入口和出口管路上，這樣可以減少鍋爐到零次網(wǎng)換熱器之間的熱傳輸誤差，從而測得零次網(wǎng)換熱器的真實用熱量。在鍋爐作為熱源的供熱循環(huán)系統(tǒng)中，把鍋爐的產(chǎn)熱量作為測量目標(biāo)時，2 支溫度傳感器應(yīng)分別安裝在鍋爐的出口管路和入口管路上。

 

在熱量的計算中，不論是采用焓差法還是熱系數(shù)法，供回水溫度溫差都對其有較大的影響，熱量計的溫度傳感器是成對配置的，當(dāng) 2 支溫度傳感器的測量誤差向不同方向偏移或產(chǎn)生不同步偏移時，會加大溫度測量誤差，從而影響到熱量的測量準(zhǔn)確性。溫度傳感器根據(jù)使用性質(zhì)一般檢定周期為 1~2 年，作為鍋爐熱量計的溫度傳感器，可每年檢定一次，以減少由于溫度傳感器的測量誤差帶來的熱量計系統(tǒng)測量誤差。

 

3.7 時差法超聲波流量計安裝位置對測量準(zhǔn)確度的影響

時差法超聲波流量計流的安裝應(yīng)遠(yuǎn)離高頻干擾源，例如變頻器、高壓電機(jī)、變壓器以及高壓線網(wǎng)等。應(yīng)有良好的接地系統(tǒng)，必要時可單獨(dú)設(shè)置地線網(wǎng)。電源線、信號線要分別穿金屬管敷設(shè)，并且金屬管要有良好的接地。

 

4 結(jié)語

該文通過對影響熱計量儀表精度的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，給出了相應(yīng)的解決方案，為提高供熱企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、降低供熱企業(yè)能源消耗，節(jié)能減排，提高社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益提供助力。