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渦輪流量計在線運行工況評估標準與流量計分析
發(fā)布時間：2020-11-26 07:59:50??點擊次數(shù)：2448次
摘要：在建立流量計工況流量評估模型和計量風險預警模型基礎(chǔ)上，運用遠程監(jiān)測系統(tǒng)對T-商用戶渦輪流量計運行工況進行量化評估，提出了提高流量計計量準確度、減小燃氣供銷差率的措施。
1、概述
伴隨著科技進步和能源消費水平的不斷攀升，工商用戶用氣設(shè)備、用氣負荷日趨復雜多樣。工商用戶流量計(以下簡稱工商大表)作為用氣現(xiàn)場唯的貿(mào)易結(jié)算計量器具，如何掌握它的運行工況信息，及時發(fā)現(xiàn)計量故障，糾正用戶違章用氣行為，一直是燃氣經(jīng)營者關(guān)注的大事。
燃氣工商大表遠程監(jiān)測系統(tǒng)是近年發(fā)展起來的、針對工商業(yè)用戶燃氣計量和壓力、溫度數(shù)據(jù)進行采集監(jiān)測和分析的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可**了解在用流量計、燃氣設(shè)備的運行狀況，包括燃氣溫度、燃氣壓力、瞬時流量、累計流量等，通過實時采集數(shù)據(jù)，為及時發(fā)現(xiàn)計量故障、減少供銷差率，提供先進的信息技術(shù)工具。
西安秦華天然氣有限公司工商大表遠程監(jiān)測系統(tǒng)于2011年12月25日完成了100臺渦輪流量計數(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)，通過無線GPRS上傳服務(wù)器，系統(tǒng)自動生成流量、溫度、壓力變化曲線，并具備數(shù)據(jù)異常報警功能。
2、在線評估目的
按照相關(guān)技術(shù)標準，影響在用脈沖輸出渦輪流量計計量準確度的因素有很多，涉及到諸多業(yè)務(wù)方面。渦輪流量計在線評估目的*先是運用信息技術(shù)工具，掌握在用的渦輪流量計運行工況信息，及時辨識計量風險，避免氣量損失；其次分析現(xiàn)階段影響渦輪流量計計量準確度的主要原因，總結(jié)經(jīng)驗，為提高相關(guān)業(yè)務(wù)管理水平打下基礎(chǔ)。
3、渦輪流量計在線運行工況評估標準
在規(guī)定的數(shù)據(jù)采集時間里，以系統(tǒng)采集的每臺流量計瞬時工況流量qg出現(xiàn)在（20%～90%）qmax（qmax為流量計*大計量工況流量）計量區(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估依據(jù)。
評價一臺渦輪流量計運行工況好與壞的具體標準主要有以下兩方面：
①流量計工況流量qg能否隨用戶用氣負荷變化保持在（20%～90%）qmax計量區(qū)間內(nèi)，以確保計量精度。
②流量計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（標況體積）。這一點對于智能體積修正儀，更加依賴溫度、壓力傳感器測量穩(wěn)定性。
4、工況流量評估與計量風險預警模型
4.1工況流量評估數(shù)學模型
根據(jù)上述評估標準，在假設(shè)工況流量qg﹥0的條件下，建立如下模型：
式中 xi———*i臺流量計的評估得分
si，j———*i臺流量計工況流量qg在j區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的頻數(shù)
j———流量區(qū)間編號，定義見表1
4.2工況流量評估數(shù)學模型的局限性
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qg=5%qmax時，即為qg∈［5%qmax，10%qmax）。當用戶不用氣，工況流量qg=0時，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，在使用該模型時有以下限制：
①有效性限制。當用戶用氣流量始終小于流量計始動流量，或流量計渦輪被阻無法旋轉(zhuǎn)時，工況流量qg將為0，致使模型無法評估。
②時效性限制。模型評估成績只能表征這臺流量計在評估時間段內(nèi)的運行工況，并不代表長期。
③辨識性限制。從渦輪流量計內(nèi)部構(gòu)造上講，評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放大電路共同組成的流量傳感器的運行工況，它無法辨識渦輪流量計整體計量風險的大小。這就需要渦輪流量計計量風險預警模型來解決。
4.3渦輪流量計計量風險預警模型
①按系統(tǒng)采集的供氣絕對壓力*高值pmax與qmax乘積大小對渦輪流量計計量風險大小分類。
②建立以監(jiān)測流量傳感器工況為主要目標、溫度傳感器工況和壓力傳感器工況為輔助目標的渦輪流量計計量風險預警體系，其基礎(chǔ)模型見表2。
預警體系采用人工評估和系統(tǒng)報警相結(jié)合的工作方式。其一，由技術(shù)人員對流量傳感器工況定期評估，根據(jù)成績定性為直觀的紅、黃、藍、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，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定溫度和壓力報警值，報警值設(shè)定后系統(tǒng)自動超限報警。因此，溫、壓傳感器工況有紅、綠兩種狀態(tài)，對應非正常和正常狀態(tài)。其三，當溫、壓傳感器工況都為綠色狀態(tài)時，該流量計整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況顏色決定，必然為紅、黃、藍、綠中的一種。此時，我們可以根據(jù)各臺流量計各自的流量傳感器工況顏色，選擇不同的應對措施。當溫、壓傳感器工況二者任意一個超限報警時，該流量計整體工況狀態(tài)置紅（無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。實踐表明，一個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超過60min。但是，解決問題的前提是能及時發(fā)現(xiàn)問題。否則隨著時間的延續(xù)，氣量損失累積會越來越多，追繳氣費的難度會越來越大。這就是建立計量風險預警體系的目的。
③確立報警后的處理等級。渦輪流量計計量風險預警模型按pmaxqmax的大小將客戶流量計分為3類，其中A類（重點客戶）、B類（主要客戶）兩類為重點監(jiān)測項目，要求處理等級與信息反饋速度比C類（普通客戶）高。這種分類方法突出了計量管理重點，確立了調(diào)配有限資源的指導方針。
表3是建立渦輪流量計計量風險預警系統(tǒng)后，得到的部分渦輪流量計計量風險預警信息。
5、工況差的流量計分析
5.1流量計選型
①流量計選型過大
實例用戶：加氣站1。屬A類用戶，本次流量工況評估成績?yōu)?分，呈紅色報警狀態(tài)。溫、壓傳感器運行工況都為綠色狀態(tài)，流量計整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用渦輪流量計型號為LWQZ－Ⅲ－100C，工況流量測量范圍為32～650m³/h，始動流量為6.7m³/h，流量計規(guī)格為G400。用氣設(shè)備為1臺CNG壓縮機組，0.8MPa進氣壓力下的額定流量（折算成標準狀態(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（流量計規(guī)格為G100、工況流量測量范圍為8.0～160m³/h，始動流量為2.4m³/h）計量，比G400的渦輪流量計更為準確。
②羅茨流量計的選用
實例用戶：速8酒店。用戶分類為C，本次流量傳感器運行工況評估成績?yōu)?3.71分，呈紅色報警狀態(tài)。溫、壓傳感器運行工況都為綠色狀態(tài)，流量計整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用渦輪流量計型號為LWQZ－50A，工況流量測量范圍為5～65m³/h，始動流量為1.3m³/h，流量計規(guī)格為G40。用氣設(shè)備為1臺額定熱功率為0.7MW的常壓熱水鍋爐。
該用戶用氣流量主要集中在設(shè)計*大流量的20%以下和90%以上，兩*流量用時長，并有過載現(xiàn)象發(fā)生。針對此類用氣負荷，儀表選型應優(yōu)先考慮羅茨流量計。例如，流量計規(guī)格為G65、量程比為1∶160、始動流量為0.05m³/h的羅茨流量計。
事實上，近年來國內(nèi)同行針對中小工商用戶多變的用氣負荷，在推廣使用規(guī)格為G16～G65的羅茨流量計的實踐中，獲得了良好的成效。
5.2計量方式
本文所說的計量方式，是指對多個設(shè)備用氣進行總表計量或分表計量的方式。當設(shè)備用氣量受諸多因素影響變化較大時，宜選擇分表計量方式。
實例用戶：材料廠2。屬A類用戶，本次流量傳感器工況評估成績?yōu)?分，為紅色報警狀態(tài)。溫壓傳感器運行工況都為綠色正常狀態(tài)，流量計整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用流量計型號為LWQZ－200CZ，工況流量測量范圍為130～2500m³/h，始動流量為20.0m³/h，流量計規(guī)格為G1600。用氣設(shè)備為7臺（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)稀土的民營企業(yè)。由于在生產(chǎn)過程中要排放大量的工業(yè)廢物，2011年該廠迫于當?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，用氣負荷幾乎全部集中在流量計（5%～10%）qmax區(qū)間內(nèi)，勢必造成較大的計量誤差。
總表計量問題同樣出現(xiàn)在B類用戶五星酒店鍋爐房。1臺型號為LWQZ－Ⅲ－150C渦輪流量計負責兩臺蒸汽鍋爐（3.15MW/臺）用氣計量。據(jù)酒店工程部經(jīng)理介紹，兩臺鍋爐一開一備，1號鍋爐為備用爐，只在2號鍋爐檢修時才啟用。這臺渦輪流量計按兩臺鍋爐負荷選型，實際上卻計量了一臺鍋爐用氣。
因此，對于額定熱功率在0.7MW以上的鍋爐以及工業(yè)爐窯生產(chǎn)線，如果條件允許，盡可能分表計量，以確保小流量時的計量精度。當用戶現(xiàn)場環(huán)境難以滿足分表計量條件時，應嘗試計量創(chuàng)新，例如可選用寬量程氣體計量裝置等。
5.3計量故障
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估成績達99.52分，為綠色狀態(tài)，溫度傳感器運行工況也為綠色狀態(tài)，但壓力傳感器有故障呈紅色報警，因此，該流量計整體工況狀態(tài)為紅色狀態(tài)。壓力值始終顯示為70kPa。
在用渦輪流量計型號為LWQZ－150－AZ，工況流量測量范圍32～650m³/h，始動流量為7.8m³/h，流量計規(guī)格為G400。用氣設(shè)備為1臺4.2MW常壓熱水鍋爐，負責商住樓冬季供暖。監(jiān)測系統(tǒng)報警后，筆者在現(xiàn)場確認報警屬實，修正儀絕對壓力恒定顯示為70kPa。現(xiàn)場觀察與其同進氣管道的其他流量計修正儀，顯示絕對壓力在105～107kPa區(qū)間波動。
②估算該傳感器故障帶來的計量損失
為簡便計算，正常絕對壓力值取下限105kPa。
根據(jù)氣態(tài)方程修正公式有：
式中 qf———壓力補償有誤的標準狀態(tài)流量，m³/h
Zn———標準狀態(tài)下的氣體壓縮因子
Zg———工作狀態(tài)下的氣體壓縮因子
Tn———標準狀態(tài)下的溫度，K，取293.15K
Tg———被測介質(zhì)的溫度，K
pf———壓力傳感器故障狀態(tài)下的絕對壓力顯示值，kPa
pn———標準狀態(tài)絕對壓力，kPa，取101.325kPa
qg———工況流量，m³/h
當供氣壓力（表壓）小于100kPa時，本例可按AGANX－19計算壓縮因子值，?。?/div>
則式（2）變形為：
當壓力參數(shù)為正常狀態(tài)時，有：
式中 qt———壓力參數(shù)真實時的標況流量，m³/h
pt———壓力傳感器正常時壓力參數(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，修正儀對工況流量錯誤修正，累計標況體積造成的50%的氣量損失。如果該鍋爐每月用氣計量為10×104m³，則真實用氣量約為15×104m³。本例是C類用戶，對于A、B類用戶形勢會更為嚴峻。
同理，對于溫度傳感器故障，也可以類似估算。
借助于渦輪流量計計量風險預警體系，我們先后發(fā)現(xiàn)了多起溫壓傳感器故障，由于處理及時、維修迅速，避免了公司氣量損失，并對那些規(guī)避計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行工況為主控對象的渦輪流量計計量風險預警體系，明確計量風險處理等級與信息反饋速度，提高流量計傳感器維修及時率。用先進技術(shù)手段和管理制度來確保計量儀表的準確計量落在實處。
②做好儀表選型和計量方式選擇工作，是保證計量準確度的前提條件。對于中小工商用戶設(shè)備用氣，計量儀表選型時應堅持羅茨流量計優(yōu)先原則；對于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，必須堅持分表計量原則；分表計量條件受限制時，應堅持計量創(chuàng)新原則，拓展新的計量方式或試用新型計量儀表。
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