集中供熱系統(tǒng)中流量計(jì)的選型
摘要：在集中供熱自動(dòng)化系統(tǒng)中，流量是體現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)水力平衡和調(diào)節(jié)均衡供熱必不可少的參數(shù)之一。流量測(cè)量主要用于集中供熱的熱源傳輸、熱力站的流量監(jiān)測(cè)、熱用戶(hù)的分戶(hù)計(jì)量等方面。隨著集中供熱工程自動(dòng)化程度的提高，工況檢測(cè)也越來(lái)越精細(xì)。在集中供熱生產(chǎn)過(guò)程中，流量作為整個(gè)系統(tǒng)中的重要參數(shù)，對(duì)其測(cè)量顯得尤為重要。因此，在集中供熱生產(chǎn)過(guò)程中，流量計(jì)的選擇是非常重要的。簡(jiǎn)要介紹了山西省太原市熱力公司集中供熱系統(tǒng)中的常用流量計(jì)，包括渦街流量計(jì)、差壓流量計(jì)、電磁流量計(jì)，闡述了其測(cè)量原理，選用和安裝要求，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。
集中供熱測(cè)量的流量是表示熱水流過(guò)供熱管道截面的數(shù)量，而集中供熱過(guò)程控制的精細(xì)化使得集中供熱系統(tǒng)對(duì)流量的測(cè)量點(diǎn)位越來(lái)越多，對(duì)測(cè)量精度的要求不斷提高。在集中供熱系統(tǒng)中，測(cè)量流量是為了使整個(gè)熱網(wǎng)保持平衡，通過(guò)流量調(diào)節(jié)保證供熱效果。這樣做，也便于與第三方進(jìn)行熱源結(jié)算。
在集中供熱生產(chǎn)過(guò)程中，如何選取適合的流量計(jì)呢？下面，筆者結(jié)合工作中的一些具體情況做一些簡(jiǎn)單的闡述，以期為相關(guān)工作者提供借鑒。
1、流量的概念和流量計(jì)的分類(lèi)：
流量是指在一定時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某橫截面流體的體積或質(zhì)量。在集中供熱系統(tǒng)中，熱介質(zhì)多為高溫水和蒸汽，因此，在集中供熱生產(chǎn)過(guò)程中使用的多為體積流量，通常用體積流量表征，用 qv 表示，單位為m/h。一般流體在流動(dòng)過(guò)程中并非完全的均勻流動(dòng)，測(cè)量時(shí)，默認(rèn)在某單位截面上的無(wú)限小單元面積 dA 上的流動(dòng)速度是勻速的，速度為 v。此時(shí)，流過(guò)此單元面積上的流體流量可寫(xiě)成 dqv＝vdA，而通過(guò)整個(gè)截面的流量 qv 為 qv＝vdA。當(dāng)整個(gè)截面上的流量分布
| 是均勻的，約等同于 qv＝vA。質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系可以表示為： | |
| q＝pqv. | （1） |
式（1）中：p 為流體的密度。
對(duì)于集中供熱系統(tǒng)，瞬時(shí)流量測(cè)量是表征管道內(nèi)的實(shí)時(shí)流量。同時(shí)，在結(jié)算集中供熱熱量時(shí)，很多情況下都需要總累計(jì)流量?？偫塾?jì)流量是指在一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道的流量總和，即：
| V＝∫qvdt. | （2） |
式（2）中：v 為總的體積量。
通常情況下，將測(cè)量瞬時(shí)流量的表計(jì)稱(chēng)為流量計(jì)，將檢測(cè)累計(jì)流量的表計(jì)稱(chēng)為計(jì)量表。在集中供熱系統(tǒng)中，流量計(jì)有顯示總量的作用。流量是在動(dòng)態(tài)中測(cè)得的一個(gè)量，所以，流量測(cè)量過(guò)程與流體的物理特性、流體的工作環(huán)境、流量計(jì)的安裝位置等有關(guān)。因此，在實(shí)際工作中，要全面考慮各種因素，確定流量計(jì)的類(lèi)型、測(cè)量方式，以及它在各種工況下的運(yùn)行情況，這樣才能達(dá)到測(cè)量的目的。流量檢測(cè)儀表包括體積流量?jī)x表和質(zhì)量流量?jī)x表2種。在集中供熱的過(guò)程中，使用***多的是體積流量?jī)x表，因此，我們只介紹體積流量?jī)x表。
2、常用流量計(jì)介紹：
2.1、渦街流量計(jì)：
山西省太原市熱力公司渦街流量計(jì)主要使用在自備燃煤鍋爐出口處，熱力站一次網(wǎng)回水流量監(jiān)測(cè)中。渦街流量計(jì)是20世紀(jì)后期才慢慢被發(fā)展起來(lái)的，它利用的是流體振蕩工作原理。渦街流量計(jì)分為卡門(mén)渦街和旋進(jìn)式渦街2類(lèi)?？ㄩT(mén)渦街運(yùn)用的是自然振蕩的卡門(mén)渦街原理，旋進(jìn)式渦街則是利用強(qiáng)迫振蕩的漩渦旋進(jìn)原理。目前，前者應(yīng)用廣泛。在集中供熱生產(chǎn)過(guò)程中，主要是運(yùn)用的是卡門(mén)渦街式的渦街流量計(jì)。
2.1.1、測(cè)量原理：
在管道中，垂直于流體流向放置一個(gè)非線(xiàn)性柱體，流體流量在流動(dòng)過(guò)程中慢慢增大到某種程度后，流體在非線(xiàn)性柱體兩側(cè)會(huì)交替產(chǎn)生兩列規(guī)則排序的漩渦，如圖1所示。
圖 1 兩列規(guī)則排序的漩渦如圖 1 所示，兩列漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，且從發(fā)生體上分離出來(lái)，平行但不對(duì)稱(chēng)，所以，這兩列漩渦被稱(chēng)為卡門(mén)渦街（也稱(chēng)“渦街”）。
渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
2.3.1、工作原理：
在某磁場(chǎng)中，導(dǎo)體作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度和導(dǎo)體在磁場(chǎng)做垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的速度成正比。其工作原理如圖 3 所示。
圖 3 電磁流量計(jì)工作原理導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中做垂直方向流動(dòng)而切割磁力線(xiàn)時(shí)，會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生電勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手
定則判定，感應(yīng)電勢(shì)的大小由式（3）確定，即：
| Ex＝BDv. | （3） |
式（3）中：Ex 為感應(yīng)電勢(shì)，V；B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；D 為被測(cè)管道內(nèi)徑，m；v 為測(cè)量流體的平均流速，m/s。
體積流量 Qv 等于流體的流速 v 與管道截面積（πD²）/4 的乘積，即 Qv＝πD²v/4.將其代入式（3）中可得：Qv＝πDEx/4B.由此可知，在被測(cè)管道內(nèi)徑 D 已確定，且磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 保持不變時(shí)，被測(cè) Qv 與 B 呈線(xiàn)性比例關(guān)系。如果同時(shí)各插入一根電極于管道兩側(cè)，就可引入 Ex，即可測(cè)得 Ex 的大小，從而可以計(jì)算出 Qv 的值。
2.3.2、選擇時(shí)的注意事項(xiàng)：
在集中供熱系統(tǒng)中，選用合適的電磁流量計(jì)會(huì)事半功倍——不僅可以節(jié)約成本，還可以獲得的測(cè)量值。因此，在選用電磁流量計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①使用電磁流量計(jì)測(cè)量時(shí)，被測(cè)流體介質(zhì)必須為導(dǎo)電的液體。集中供熱生產(chǎn)過(guò)程中的介質(zhì)為非純凈熱水，正好符合要求。②使用電磁流量計(jì)測(cè)量時(shí)，其口徑本身應(yīng)該小于測(cè)量管道的內(nèi)徑。測(cè)量時(shí)，管內(nèi)液體的流量也要符合要求，一般情況下應(yīng)超過(guò)滿(mǎn)量程的 1/2 以上。③使用電磁流量計(jì)測(cè)量時(shí)的工作壓力必須以其額定工作壓力作為上限。④使用電磁流量計(jì)測(cè)量時(shí)，被測(cè)溫度一般不超過(guò) 200 ℃。
2.3.3、在集中供熱系統(tǒng)中安裝的注意事項(xiàng)：
在集中供熱系統(tǒng)中安裝電磁流量計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①電磁流量計(jì)的安裝位置可以是水平的，也可是垂直的，但是，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和運(yùn)行環(huán)境來(lái)確定，同時(shí)，要遵循各廠(chǎng)家針對(duì)流量計(jì)的安裝提出的要求。②在安裝電磁流量計(jì)時(shí)，要注意電磁干擾（遠(yuǎn)離比如循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、變壓器等），要正確接地。③作為速度式流量計(jì)的一種，使用電磁流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，會(huì)受到流速不均等因素的影響，測(cè)量誤差會(huì)比較大。因此，在安裝電磁流量計(jì)時(shí)，在確定位置時(shí)，要注意前面管道必須保持留有 10D 左右的直管段，以免影響電磁流量計(jì)的正常使用。
3、總結(jié)：
在集中供熱生產(chǎn)過(guò)程中，選擇流量計(jì)時(shí)必須注意設(shè)計(jì)要求、經(jīng)濟(jì)效益和適合特定類(lèi)型流量計(jì)工作的工況。每種流量計(jì)都有其特定的測(cè)量介質(zhì)范圍，也有其特定的工作環(huán)境，因此，我們必須根據(jù)集中供熱的具體生產(chǎn)情況，結(jié)合流量計(jì)本身的工作特點(diǎn)及其經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的流量計(jì)。