摘要：在集中供熱自動化系統中，流量是體現集中供熱系統水力平衡和調節均衡供熱必不可少的參數之一。流量測量主要用于集中供熱的熱源傳輸、熱力站的流量監測、熱用戶的分戶計量等方面。隨著集中供熱工程自動化程度的提高，工況檢測也越來越精細。在集中供熱生產過程中，流量作為整個系統中的重要參數，對其測量顯得尤為重要。因此，在集中供熱生產過程中，流量計的選擇是非常重要的。簡要介紹了山西省太原市熱力公司集中供熱系統中的常用流量計，包括渦街流量計、差壓流量計、電磁流量計，闡述了其測量原理、選用和安裝要求，以期為日后的相關工作提供參考。
集中供熱測量的流量是表示熱水流過供熱管道截面的數量，而集中供熱過程控制的精細化使得集中供熱系統對流量的測量點位越來越多，對測量精度的要求不斷提高。在集中供熱系統中，測量流量是為了使整個熱網保持平衡，通過流量調節保證供熱效果。這樣做，也便于與第三方進行熱源結算。在集中供熱生產過程中，如何選取適合的流量計呢？下面，筆者結合工作中的一些具體情況做一些簡單的闡述，以期為相關工作者提供借鑒。
1流量的概念和流量計的分類
流量是指在一定時間內流過管道某橫截面流體的體積或質量。在集中供熱系統中，熱介質多為高溫水和蒸汽，因此，在集中供熱生產過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。一般流體在流動過程中并非完全的均勻流動，測量時，默認在某單位截面上的無限小單元面積dA上的流動速度是勻速的，速度為v。此時，流過此單元面積上的流體流量可寫成dqv＝vdA，而通過整個截面的流量qv為qv＝vdA。當整個截面上的流量分布是均勻的，約等同于qv＝vA。質量流量與體積流量的關系可以表示為：
q＝pqv.（1）
式（1）中：p為流體的密度。
對于集中供熱系統，瞬時流量測量是表征管道內的實時流量。同時，在結算集中供熱熱量時，很多情況下都需要總累計流量。總累計流量是指在一段時間內流過管道的流量總和，即：
V＝∫qvdt.（2）
式（2）中：v為總的體積量。
通常情況下，將測量瞬時流量的表計稱為流量計，將檢測累計流量的表計稱為計量表。在集中供熱系統中，流量計有顯示總量的作用。流量是在動態中測得的一個量，所以，流量測量過程與流體的物理特性、流體的工作環境、流量計的安裝位置等有關。因此，在實際工作中，要全面考慮各種因素，確定流量計的類型、測量方式，以及它在各種工況下的運行情況，這樣才能達到精確測量的目的。流量檢測儀表包括體積流量儀表和質量流量儀表2種。在集中供熱的過程中，使用最多的是體積流量儀表，因此，我們只介紹體積流量儀表。
由qv＝vdA可知，當某一管道中流體介質的橫截面積A確定后，測算出流過此截面流體的瞬時速度v，就可以計算出此處流體的體積流量qv。根據這個原理制作的儀表被稱為速度法體積流量儀表。速度法體積流量儀表通常分為差壓式流量計、電磁流量計、渦街流量計和超聲波流量計等。在集中供熱系統中，多使用的是速度法體積流量儀表。
2常用流量計介紹
2.1渦街流量計
渦街流量計主要使用在自備燃煤鍋爐出口處，熱力站一次網回水流量監測中。渦街流量計是20世紀后期才慢慢發展起來的，它利用的是流體振蕩工作原理。渦街流量計分為卡門渦街和旋進式渦街2類。卡門渦街運用的是自然振蕩的卡門渦街原理，旋進式渦街則是利用強迫振蕩的漩渦旋進原理。目前，前者應用廣泛。在集中供熱生產過程中，主要運用的是卡門渦街式的渦街流量計。
2.1.1測量原理
在管道中，垂直于流體流向放置一個非線性柱體，流體流量在流動過程中慢慢增大到某種程度后，流體在非線性柱體兩側會交替產生兩列規則排序的漩渦，如圖1所示。
如圖1所示，兩列漩渦的旋轉方向相反，且從發生體上分離出來，平行但不對稱，所以，這兩列漩渦被稱為卡門渦街（也稱“渦街”）。
渦街流量計的結構如圖2所示。如圖2所示，渦街流量計的底部是渦街流量傳感器，頭部是轉換電路。渦街流量傳感器包括流體介質振動檢測元器件和漩渦生產體。被測流體流過漩渦產生體時會有規則的漩渦生成，此時，漩渦會產生有規則變化的升力，檢測元器件則會將此轉換為交替的頻率送給轉換電路部分，通過轉換電路輸出頻率信號或4-20MA電流信號。
2.1.2渦街流量計的安裝及相關注意事項
渦街流量計結構簡單實用，安裝程序也很簡化，與經常使用的節流式差壓流量計相比，可以省去引壓管和三閥組等設備，節省維護工序和經濟成本。該流量計適用的介質種類比較多，比如氣體、液體、少部分的混合流體。另外，渦街流量計的測量精度也比較高，通常為測量值的±0.5%～±1.5%；測量范圍廣，可達10∶1或25∶1；壓損比較小，一般為節流式孔板流量計的25%；儀表適用性強。渦街流量計的產生漩渦很容易受到流速不穩定等因素的干擾，因此，在安裝渦街流量計時，上游側至少要有10D的直管段，下游側有5D左右的直管段。在選擇安裝地點時，應注意避免機械振動，尤其要避免管道振動。
2.2差壓流量計
對于集中供熱系統，差壓流量計主要運用在3臺自備鍋爐的總供水管的流量測量和部分熱力站的一次網回水流量測量中。相比于其他流量計，差壓流量計的使用要更早一些，其應用范圍更加廣泛，自然差壓流量計的技術也更成熟一些。節流差壓式流量計作為差壓流量計，是適用范圍最廣的一種。
2.2.1測量原理
節流差壓式流量計的工作原理是，當流體在管道內流動時，遇到節流裝置，就會實現壓力能轉換為動能的能量轉換過程，由能量轉換產生壓差信號。節流差壓式流量計主要由節流裝置、差壓變送器兩部分組成，也被稱為“差壓式流量計”。節流裝置通常分為標準節流裝置和非標準節流裝置，其作用就是阻擋管道中流動的流體，迫使其形成壓力差。系統的節流裝置由節流原器件、取壓裝置和測量引管3部分組成。孔板流量計作為節流式差壓計的一種，其使用范圍特別廣。目前，在集中供熱系統中，有很多檢測處都使用的是孔板流量計，其主要是由標準孔板和差壓變送器組成的。
2.2.2節流式差壓變送器優劣勢
節流式差壓變送器的優勢是：①國際通用，應用歷史長，經驗數據豐富；②一次件和二次儀表可分開生產供給，易于大批量生產，降低成本，便于采購；③測量介質寬，適合液體和氣體。
節流式差壓變送器的不足有：①對安裝直管段要求高，一般要求10D以上；②長期使用精度嚴重下降，必須強制周期檢定；③有不可恢復壓力降，屬于高能耗流量計；④量程窄，法蘭裝夾式，維護工作量大；⑤不耐臟污，計量供暖水易短期失效（有顯示值，但與實際值偏差比較大）。
2.3電磁流量計
在集中供熱系統中，電磁流量計主要運用在一二號隔壓站測試流量以及電廠出口處的測量中。近年來，電磁流量計也被廣泛應用于不斷推廣的熱用戶結算的分戶計量中。電磁流量計是以法拉第電磁定律為原理制造的測量流量的表計，其優點比較多，比如可測流量的范圍廣，流量比值可以達到20∶1以上，可測量的管徑范圍大，最大可達3m，測量精確度很高，可測量適當電導率范圍內的水、腐蝕性液體、酸堿等各種流體流量。但是，電磁流量計也有其缺點，它不能檢測氣體、蒸汽和純凈水的流量。
2.3.1工作原理
在某磁場中，導體作切割磁力線運動時，在導體中會產生感應電勢，感應電勢的大小與導體在磁場中的有效長度和導體在磁場做垂直于磁場方向運動的速度成正比。其工作原理如圖3所示。
導電流體在磁場中做垂直方向流動而切割磁力線時，會在管道兩邊的電極上產生電勢。感應電動勢的方向由右手定則判定，感應電勢的大小由式（3）確定，即：
Ex＝BDv.（3）
式（3）中：Ex為感應電勢，V；B為磁感應強度，T；D為被測管道內徑，m；v為測量流體的平均流速，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，在被測管道內徑D已確定，且磁感應強度B保持不變時，被測Qv與B呈線性比例關系。如果同時各插入一根電極于管道兩側，就可引入Ex，即可測得Ex的大小，從而可以計算出Qv的值。
2.3.2選擇時的注意事項
在集中供熱系統中，選用合適的電磁流量計會事半功倍——不僅可以節約成本，還可以獲得精確的測量值。因此，在選用電磁流量計時，應注意以下幾點：①使用電磁流量計測量時，被測流體介質必須為導電的液體。集中供熱生產過程中的介質為非純凈熱水，正好符合要求。②使用電磁流量計測量時，其口徑本身應該小于測量管道的內徑。測量時，管內液體的流量也要符合要求，一般情況下應超過滿量程的1/2以上。③使用電磁流量計測量時的工作壓力必須以其額定工作壓力作為上限。④使用電磁流量計測量時，被測溫度一般不超過200℃。
2.3.3在集中供熱系統中安裝的注意事項
在集中供熱系統中安裝電磁流量計時應注意以下幾點：①電磁流量計的安裝位置可以是水平的，也可是垂直的，但是，必須根據現場實際情況和運行環境來確定，同時，要遵循各廠家針對流量計的安裝提出的要求。②在安裝電磁流量計時，要注意電磁干擾（遠離比如循環水泵、補水泵、變壓器等），要正確接地。③作為速度式流量計的一種，使用電磁流量計進行測量工作時，會受到流速不均等因素的影響，測量誤差會比較大。因此，在安裝電磁流量計時，在確定位置時，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的正常使用。
3總結
在集中供熱生產過程中，選擇流量計時必須注意設計要求、經濟效益和適合特定類型流量計工作的工況。每種流量計都有其特定的測量介質范圍，也有其特定的工作環境，因此，我們必須根據集中供熱的具體生產情況，然后結合流量計本身的工作特點及其經濟性，選擇合適的流量計。
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