流量积算仪用于能源计量时需探讨的几个问题

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根据 《能源计量监督管理办法》 (国家质监总局第 132号令)第八条的要求，用能单位应当按照规定使用符合要求的能量计量器具，确保在用能源计量器具的量值准确可靠。现就城市集中供热的流量计量为例，对作为常用能量计量的流量积算仪的生产、使用状况进行分析和研究，提出几个合理使用的建议。

2000年上海市经委出台了 《上海市城市集中供热管理办法》，对当时的 18条热网加强了计量管理，计量器具依法实施强制检定，不鞠理的计量器具(如双波纹管差压计等)采取限时逐步淘汰的办法。

在蒸汽流量的计量器具中大量采用了与孔板流量计或涡街流量计配合使用的流量积算仪。该办法的实施为减少热损、节能减排、合理结算起到了重要作用。

1 流量积算仪在流量计量中的作用和现状流量积算仪是流量二次仪表，对流量控制与监测起到了很大的作用，也是用能单位不可缺少的重要设备。这些流量积算仪有比较强的功能，能与差压式流量计 (如孔板流量计)或速度式流量计 (如涡街流量计)配合显示瞬时流量和累积流量，同时还可以显示工况的压力、温度和密度，有些还具有通讯功能。

流量积算仪有-个发展过程，它的前身是电动单元组合仪表的开方积算器，输人信号来自差压变送器，以后又增加了密度补偿 (压力、温度补偿)，在输入信号方面又增加了脉冲频率的，是工业过程测量和控制系统中的流量测量和控制仪表，可以对运行在设计工况附近的蒸汽进行准确计量，目前又被大量使用在能源的计量领域。 ，近些年来由于产业调整，蒸汽的用量变化较大，按常规及时更换孔板、管道，但仍不能达到准确计量。这是因为不可能做到均衡用气，往往高峰和低谷的用气量相差较大，偏离设计流量的状况越严重误差就越大。经分析，目前常用的过程测控用流量积算仪不宜用于流量经常变化的能源计量中。因为它与孔板流量测量的数学模型之间有差异导致误差。

用于工业过程测量和控制系统中的流量积算仪与孔板流量计配合使用时，当孔板前后的压差信号用的是4-20mA输出的差压变送器时，测量的数学模型为：- qm /百 qmax ll式中：g 为质量流量；qmax为设计工况下的最大质量流量；k为状态补偿函数，与压力、温度、湿度、可膨胀系数和雷诺数等因素有关，要求不高时取 1；P为实际工况的密度，kg/m。；P 为设计工况的密度，kg/m ；，为差压变送器的输出电流，mA。

，1 -式 (1)是 g --，.6"·半·d J2Ap·P×- 3600(JJG 640-1994《差压式流量计》检定规程给出的孔板流量计的质量流量计算公式)的工程化形式。两者具有-定误差，状态补偿函数k的合理给出将大大缩小数学模型之间的误差。目前，在用的流量积算仪几乎只进行密度的补偿，均取 1，未对可膨胀系数和雷诺数进行补偿。这就是造成偏离设计流量越严重误差就越大的主要原因。

以-某发电厂对其邻厂提供过热蒸汽为例分析误差产生的原因和程度。用孔板节流件配差压变送器、[收稿日期]2012-05-22[作者简介]凌 明 (1975-)，男，上海人，工程师，毕业于上海师范大学，从事计量技术工作。

工业计量 2013年第23卷第 1期 ·53· 量 - - - - - 压力变送器、铂电阻和流量积算仪进行流量计量。工况及孔板设计参数如表 1。

表 1 -r-况及子L板设计参数表项目 参数 项 目 参数ENERGY METROL0GY取压方式 角接取压被测介质 过热蒸汽管道直径 D 125mm最小流量 g 1300kg/h常用流量 q 2800kg/h最大流量 g 4000kg/h.00001278% -lcs膨胀系数设计状态压力P 0.6MPa(表压)设计状态温度t 270%最大差压 △P 40kPa工况密度P 2.85860kg/m粘度 0.0000190Pa·s等熵指数 k 1.2801Crl8节N流i9T件i 系数 。.。。。。172。℃ 膨胀 按设计惯例，首先应根据以上设计参数按 JJG640-1994规程计算常用差压与开孔直径。程序为：按常用流量、最大流量和最大差压计算常用差压，再用常用差压和常用流量确定孑L板的开孔直径。然后用迭代方式按数学模型验算常用流量的符合性。在最后认定孔板的开孔直径后发现孔板流量计在各流量点的理论流量值与流量积算仪工程化的计算值只有在常用流量点附近误差最校表2为设计工况 (温度270C、表压力0.6MPa、密度 2.85860kg/m )时两种流量数学模型的比较结果。

表 2 两种流量数学模型比较结果表从这些数据可以观察到：差压信号为20kPa(常用差压附近)时两种数学模型理论值误差在±0.2%之内；差压信号小于20kPa时，流量积算仪的流量计算值偏低，越小误差越大；差压信号大于20kPa时，流量积算仪的流量计算值偏高。同样，偏离越远偏差越大，考虑工况的偏离，仅数学模型的不同误差最大可达 1.5%。

· 54 ·产生偏差的原因在于流量积算仪工程化的流量公式中g 只是设计工况和常用流量的产物，没有随工况和流量的变化而变化。因此，在流量不能运行在设计的常用流量附近时 k不能为 1，应介入-个补偿函数以减小它们的误差。

由于流量积算仪的g 。 是按设计工况及常用流量的占、C和/3计算得到的。而 、c和/3并不是-个定数，与差压 卸 、压力P和温度 t有关。经分析，C和的变化较小， 的变化却不可忽视，因为它与 △p和P的关系更密切。应设法对可膨胀性系数 s进行补偿，引入 k 旦 △p，P，t)。在考虑了气体可膨胀系数s的补偿后，流量积算仪测量的数学模型为：I-4 P 1‰ / qm流量积算仪在数学模型中增加补偿函数 k 的功能设置后，计量性能大为改善。在设计工况附近36%～100%流量范围内理论流量的相对误差不超过-I-0.16% 。

2 流量积算仪用于贸易结算时应重视的几个问题(1)流量积算仪的流量信号来自孔板时，流量应严格控制在常用流量附近，而且也应该在设计工况下运行才不至于造成明显的流量理论值误差。

(2)鉴于目前 70%的流量装置是孔板加流量积算仪的现状，为提高准确性必须对流量积算仪进行改进。运用可膨胀系数补偿函数 k 可有效地提高测量准确度。目前有提供可膨胀系数补偿的流量积算仪，希望得到实际有效的运用。因能源计量和贸易结算迫切要求有准确的计量。

(3)用于贸易结算的差压式流量装置，由于孔板的流量计算是-个复杂的循环过程，其值只有经过迭代运算才能逐步逼近到准确的流量值，每-个工况参数的变化都会引起流量计算值的变化，目前绝大部分的流量积算仪很难做到这-点。现代技术提供的CPU有极强的运算能力，带CPU的流量显示仪表或流量装置 (如-体化的孑L板流量计)可以按孑L板流量计算公式实时计算流量，所以准确度比普通的流量积算仪高出很多，特别是在离常用流量较远的流量点上，仍能保持很高的测量准确度，为能源计量提供保障，是流量积算仪的发展方向。

[编辑：邓茂焕]Industrial Measurement 2O13 VOI.23 No.1