多聲路超聲熱量表在熱源廠及熱力公司結(jié)算技術(shù)方案

1、熱源廠與熱力公司熱量結(jié)算計(jì)量技術(shù)方案1. 前言一直以來(lái)，熱源廠與熱力公司供熱的結(jié)算量大多存在爭(zhēng)議，究其原因多為計(jì)量手段不完善或計(jì)量方法不正確所致。正確的公正的計(jì)量方法，是解決供需雙方結(jié)算爭(zhēng)議最有效的方法。2. 熱源廠目前常用的計(jì)量方法及存在的問(wèn)題2.1常用的計(jì)量方法1) 流量測(cè)量采用孔板流量計(jì)、電磁流量計(jì)或其他型式的流量計(jì)，溫度測(cè)量采用兩只鉑電阻溫度變送器，流量值及溫度值通過(guò)模擬信號(hào)（一般為420mA）傳輸給熱量計(jì)算器（也稱為熱量積算儀），計(jì)算器采用焓值法計(jì)算出熱量。2) 供水管道只安裝流量計(jì)，按流量計(jì)計(jì)量的總循環(huán)水量及估算的平均供回水溫度，采用焓值法人工計(jì)算熱量。3) 采用符合建設(shè)部熱量表C

2、J128-2007標(biāo)準(zhǔn)的單聲路超聲熱量表。2.2存在的問(wèn)題1) 流量測(cè)量a) 孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠，是被廣泛采用的流量計(jì)之一。由其測(cè)量原理決定，孔板（節(jié)流元件）的壓力損失比較大，在供熱循環(huán)水上使用，孔板的過(guò)流入口的邊緣銳度很容易磨損，使得測(cè)量精度降低。新投入運(yùn)行的孔板流量計(jì)最高準(zhǔn)確度為±1.0%。b) 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)是技術(shù)上非常成熟的流量計(jì)之一，在液體流量測(cè)量上被廣泛采用。供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)的循環(huán)水一般是經(jīng)過(guò)軟化除氧處理的軟化除氧水，其電導(dǎo)率較低，不適合一般電磁流量計(jì)的測(cè)量要求；經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行，當(dāng)一次網(wǎng)管道不能濕保時(shí)，由于管道銹蝕層脫落，使得循環(huán)水中的鐵磁性物質(zhì)

3、增加，如果粘附在電磁流量計(jì)的電極上，也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。排除上述影響，電磁流量計(jì)準(zhǔn)確度為±0.5%。c) 單聲路超聲流量計(jì)超聲流量計(jì)是目前公認(rèn)的最適合供暖水測(cè)量的流量計(jì)之一。超聲流量計(jì)分為單聲路和多聲路兩種類型，單聲路超聲流量計(jì)因其價(jià)格適中，運(yùn)行可靠，近幾年已經(jīng)在供熱領(lǐng)域被廣泛采用，但是，單聲路超聲流量計(jì)在使用過(guò)程中仍存在問(wèn)題。如準(zhǔn)確度不高。單聲路超聲流量計(jì)準(zhǔn)確度為±1.0%，作為高精度熱量表的流量測(cè)量其精度不夠。特別是在大口徑管道、直管段不足及流量變化比較大的運(yùn)行工況下，計(jì)量精度問(wèn)題更加突出。2) 溫度測(cè)量a) 采用兩只溫度變送器，溫度變送器沒(méi)進(jìn)行嚴(yán)格的配對(duì)標(biāo)定，使得溫差的

4、測(cè)量準(zhǔn)確度不夠；溫度變送器與熱量計(jì)算器（積算儀）之間的數(shù)據(jù)通訊采用模擬信號(hào)，使得溫度測(cè)量數(shù)據(jù)誤差進(jìn)一步加大。b) 雖然供回水管道安裝了溫度測(cè)量?jī)x表，但是，溫度的測(cè)量數(shù)據(jù)不進(jìn)行連續(xù)的記錄，使得供回水的平均溫度及溫差在估算時(shí)取值出現(xiàn)較大誤差，采用人工計(jì)算熱量時(shí)誤差加大。3) 計(jì)算器（積算儀） 個(gè)別生產(chǎn)商的熱量計(jì)算器（積算儀）的數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法沒(méi)有按照熱量表標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。3. 一次管網(wǎng)熱量計(jì)量及運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)技術(shù)方案3.1方案概述1) 供水管路安裝一臺(tái)唐山匯中公司自行研制生產(chǎn)的多聲路超聲熱量表，完成熱源廠對(duì)熱力公司總供熱量的計(jì)量。其流量測(cè)量準(zhǔn)確度為±0.5%。整機(jī)測(cè)量準(zhǔn)確度優(yōu)于2.0級(jí)（CJ1

5、28-2007）。2) 回水管路安裝一臺(tái)多聲路超聲流量計(jì)，測(cè)量準(zhǔn)確度為±0.5%。3) 當(dāng)供、回水瞬時(shí)流量長(zhǎng)時(shí)間（可以設(shè)定）連續(xù)超過(guò)一定量值（±1.5%）時(shí)可以依此判斷一次網(wǎng)管道可能出現(xiàn)故障失水，用于一次網(wǎng)的運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)。4) 一次網(wǎng)補(bǔ)水采用匯中公司自行研發(fā)的超聲水表，該系列產(chǎn)品可測(cè)量始動(dòng)流量很低（0.005m/s），測(cè)量準(zhǔn)確度±1.0%?？梢詫?duì)補(bǔ)水流量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。5) 失水量及附加熱量的計(jì)量及計(jì)算方法（推薦方案）。 6) 流量計(jì)可以為管段式及現(xiàn)場(chǎng)插入式，流量傳感器及溫度傳感器均可帶水帶壓安裝。3.2 多聲路超聲熱量表的組成熱量表分為兩種基本類型，即整體式熱量表

6、及組合式熱量表，根據(jù)流量基表類型的不同又分為機(jī)械式、電磁式、超聲式等不同型式。多聲路超聲熱量表為組合式熱量表。流量測(cè)量采用高精度多聲路超聲流量計(jì)，測(cè)量準(zhǔn)確度為±0.5%。溫度測(cè)量采用A級(jí)四線制Pt1000配對(duì)鉑電阻溫度傳感器，配以高精度測(cè)溫電路，測(cè)量準(zhǔn)確度為±（0.15+0.002 t ），配對(duì)誤差0.1。熱量計(jì)算器采用工業(yè)級(jí)平板電腦，專門設(shè)計(jì)的專用上位機(jī)軟件，使得整機(jī)熱量測(cè)量準(zhǔn)確度更高。多聲路超聲熱量表系統(tǒng)示意見(jiàn)下圖：1) 多聲路超聲流量計(jì)a) 超聲流量計(jì)的測(cè)量原理及數(shù)學(xué)模型超聲流速測(cè)量基本公式：V=LT2-T1/2T1T2cos式中：V測(cè)量聲路上的線平均流速； L測(cè)量聲

7、路的有效聲路長(zhǎng)；T1聲波正向傳播時(shí)間； T2聲波逆向傳播時(shí)間； 聲路和流道軸線間的夾角。 超聲流量測(cè)量原理示意圖 b) 多聲路超聲流量計(jì)流量計(jì)算數(shù)學(xué)模型及工作方式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC6041規(guī)定了多聲路超聲流量計(jì)基本聲路數(shù)量為4/8兩種形式；美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ASME PTC-18規(guī)定了基本聲路數(shù)量為4/8、9/18四種形式，供熱一次網(wǎng)管徑一般在DN800以上，在具備一定的直管段的情況下，通常采用4聲路測(cè)量，在直管段比較短時(shí)采用8聲路測(cè)量。c) 多聲路超聲流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)不間斷測(cè)量 多聲路超聲流量計(jì)可以任意設(shè)定有效工作聲路數(shù)量，一旦某一聲路換能器出現(xiàn)故障，流量計(jì)主機(jī)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)將其對(duì)稱聲路的流速替代故障聲路

8、參與積分運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)整機(jī)的不間斷計(jì)量。l 多聲路超聲流速測(cè)量基本公式：V=i=1nKi*Vi式中：V面平均流速；Ki第i聲路加權(quán)積分系數(shù)；Vi第i聲路測(cè)得的流速；i聲路編號(hào)（118）。l 多聲路超聲流量測(cè)量基本公式：Q=S*V 式中： Q斷面通過(guò)流量；S斷面截面面積。 4/8聲路超聲流量計(jì)傳感器安裝模型示意l 4/8聲路超聲流量計(jì)傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖示l 加權(quán)積分系數(shù)Ki 對(duì)于多聲路流量計(jì)，其每個(gè)聲路的積分加權(quán)系數(shù)Ki是一個(gè)固定值，并且在國(guó)際電工委員會(huì)的IEC6041規(guī)程和美國(guó)國(guó)家規(guī)程ASME PTC18中作了明確的規(guī)定。為了滿足各種不同流態(tài)分布測(cè)量的需要，多聲路流量計(jì)有多種聲路組合，對(duì)應(yīng)每種聲

9、路組合，積分加權(quán)系數(shù)Ki 都有確定的值。 下表為IEC6041/ASME PTC18規(guī)程關(guān)于聲路位置和加權(quán)積分系數(shù)的規(guī)定聲路編號(hào) 聲路位置（到圓心距離/半徑） 加權(quán)積分系數(shù)（用Gauss-Jacobi） 1(5) 0.8090 0.3693 2(6) 0.3090 0.5976 3(7) 0.3090 0.5976 4(8) 0.8090 0.3693 2) 配對(duì)溫度傳感器多聲路超聲熱量表的溫度測(cè)量，采用德國(guó)JUMO公司生產(chǎn)的Pt1000配對(duì)溫度傳感器，允差等級(jí)A級(jí)，測(cè)量準(zhǔn)確度Et=±（0.15+0.002 t ），配對(duì)誤差0.1，符合DIN EN60751，四線制，在加長(zhǎng)溫度傳感器

10、電纜時(shí)可以確保測(cè)量精度。溫度傳感器有兩種型式可供選擇。l WDZ型適于空管道安裝見(jiàn)下圖所示l WDC型可帶水帶壓安裝見(jiàn)下圖所示3) 溫度測(cè)量主機(jī) 采用高精度測(cè)溫電路采集配對(duì)鉑電阻信號(hào)，溫度數(shù)據(jù)采用RS-485與熱量計(jì)算器通訊，極大地提高了整機(jī)的測(cè)量準(zhǔn)確度。4) 熱量計(jì)算器溫度測(cè)量主機(jī)熱量計(jì)算器，采用工業(yè)級(jí)平板電腦，專門設(shè)計(jì)的專用上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)了智能化的數(shù)據(jù)處理及測(cè)量系統(tǒng)管理，使得整機(jī)熱量測(cè)量準(zhǔn)確度更高。熱量測(cè)量主機(jī)見(jiàn)下圖所示。主要技術(shù)參數(shù)： 顯示器：10.4寸真彩色TFT LCD顯示器 ；顯示內(nèi)容：累計(jì)熱量GJ、功率GJ/h、累計(jì)流量m3 、瞬 時(shí)流量m³/h、 供水溫度：、回水溫

11、度、 溫度差、日期 年/月/ 日、時(shí)鐘 時(shí)/分/秒、 累計(jì)有效供熱時(shí)間 分鐘； 累計(jì)熱量顯示范圍：019999999.9GJ；顯示分辨力：熱功率0.001GJ/h、熱量0.001GJ、累計(jì)流量0.01 m3 、 溫度0.01、溫差0.01；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：每分鐘一組數(shù)據(jù)，可以連續(xù)存儲(chǔ)10年的全部數(shù)據(jù)及圖表 輸出功能：RS-485、瞬時(shí)流量420mA、熱功率 420mA。3.3多聲路超聲熱量表的準(zhǔn)確度分析1) 熱量計(jì)算基本公式水流經(jīng)在熱交換系統(tǒng)中安裝的整體式熱量表或組合式熱量表時(shí)，根據(jù)流量傳感器給出的流量和配對(duì)溫度傳感器給出的供回水溫度信號(hào)，以及水流經(jīng)的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算器計(jì)算并顯示該系統(tǒng)所釋放或吸收的熱

12、能量。其基本公式為：式中：Q系統(tǒng)釋放或吸收的熱量，單位為J；qm流經(jīng)熱量表的水的質(zhì)量流量，單位為kg/h；qv流經(jīng)熱量表的水的體積流量，單位m³/h；流經(jīng)熱量表的水的密度，單位kg/m³；h在熱交換系統(tǒng)進(jìn)口和出口溫度下的水的焓值差，單位為J/kg； 時(shí)間，單位為h。公式中的密度和焓值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)附錄A的規(guī)定。當(dāng)溫度為非整數(shù)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行插值修正。2) 插值修正公式l 焓值的插值修正公式如下：式中：hc實(shí)測(cè)溫度下水的焓值 ；t實(shí)測(cè)溫度；t1低于實(shí)測(cè)溫度的相鄰整數(shù)溫度；t2高于實(shí)測(cè)溫度的相鄰整數(shù)溫度；h1低于實(shí)測(cè)溫度的相鄰整數(shù)溫度所對(duì)應(yīng)的焓值kJ/kg ；h2高于實(shí)測(cè)溫度的相鄰整數(shù)溫

13、度所對(duì)應(yīng)的焓值kJ/kg 。l 密度差值修正公式如下：式中： c實(shí)測(cè)溫度下水的密度； 1低于實(shí)測(cè)溫度的相鄰整數(shù)溫度所對(duì)應(yīng)的密度 ； 2高于實(shí)測(cè)溫度的相鄰整數(shù)溫度所對(duì)應(yīng)的密度； t實(shí)測(cè)溫度； t1低于實(shí)測(cè)溫度的相鄰整數(shù)溫度； t2高于實(shí)測(cè)溫度的相鄰整數(shù)溫度。3) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱量表準(zhǔn)確度等級(jí) 組合式熱量表的計(jì)量準(zhǔn)確度按計(jì)算器準(zhǔn)確度、配對(duì)溫度傳感器準(zhǔn)確度及流量傳感器準(zhǔn)確度三項(xiàng)誤差絕對(duì)值的算數(shù)和確定。建設(shè)部熱量表標(biāo)準(zhǔn)CJ128-2007規(guī)定的組合式熱量表準(zhǔn)確度計(jì)算公式如下：計(jì)算器準(zhǔn)確度Ec按下列公式計(jì)算：Ec=±（0.5+tmint）Et=±（0.5+3tmint）配對(duì)溫度傳感器準(zhǔn)

14、確度Et按下列公式計(jì)算：流量傳感器準(zhǔn)確度Eq按下列公式計(jì)算：1級(jí)表 2級(jí)表 3級(jí)表 4) 多聲路超聲熱量表在法定機(jī)構(gòu)的檢定數(shù)據(jù) 由組合式熱量表準(zhǔn)確度計(jì)算公式可知，整機(jī)的準(zhǔn)確度由流量測(cè)量誤差、溫度測(cè)量誤差、熱量計(jì)算器誤差三部分合成。下列數(shù)據(jù)為山東兗州太陽(yáng)紙業(yè)多聲路熱量表在法定機(jī)構(gòu)的檢定數(shù)據(jù)，流量精度在開(kāi)封國(guó)家水大流量站檢定，計(jì)算器及溫度傳感器在河北省計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)院檢定： l 熱量測(cè)量主機(jī)（計(jì)算器）示值誤差：-0.43%；l 溫度傳感器示值誤差：-0.63%；l 流量傳感器示值誤差：±0.39%；l 熱量表合成誤差：±1.46%。CJ128-2007規(guī)定，1級(jí)表的相對(duì)百分比誤差

15、如下式：5) 結(jié)論上述校準(zhǔn)結(jié)果表明，多聲路超聲熱量表可以達(dá)到甚至優(yōu)于CJ128-2007規(guī)定的準(zhǔn)確度1級(jí)熱量表的誤差要求。6) 山東太陽(yáng)紙業(yè)多聲路超聲熱量表校準(zhǔn)證書(shū) 4. 失水量及附加熱量的計(jì)量及計(jì)算方法（推薦方案）熱力一次管網(wǎng)的失水是現(xiàn)實(shí)存在不可避免的，對(duì)一次網(wǎng)失水量及附加熱量的準(zhǔn)確計(jì)量、計(jì)算，可以增強(qiáng)熱力公司對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的管理意識(shí)，使供需雙方熱量的貿(mào)易結(jié)算更加公正、合理。l 失水量只能用補(bǔ)水量計(jì)量，不能用供回水流量計(jì)的計(jì)量差值替代。l 例如：熱主管道循環(huán)水： 瞬時(shí)流量為6000m3/h；供暖期為130天；供暖期內(nèi)循環(huán)水總量為：130×24×6000=18720000 m3

16、。 供回水總量計(jì)量極限差為：18720000×1.0%=187200 m3 。 將上述數(shù)據(jù)作為失水量顯然不合理。l 失水量計(jì)量及附加熱量計(jì)算方案如下：Qs=j×（hj-hb）×10-6補(bǔ)水流量計(jì)量推薦采用匯中的超聲水表，其最小測(cè)量流速可達(dá)0.05m/s，始動(dòng)流速0.005m/s，管徑DN15-300，準(zhǔn)確度±1%，可以做到準(zhǔn)確計(jì)量。失水成本包括制水成本及附加熱量，每1m3失水的失熱量按下式計(jì)算：式中：Qs每1m3的失水熱量GJ； j平均失水溫度下水的密度kg/m3； hj平均失水溫度下水的焓值kJ/kg； hb補(bǔ)水溫度水的焓值kJ/kg。 平均失水溫度=（平均供水溫度+平均回水溫度）/2注：平均供回水溫度在多聲路熱量表的主機(jī)有記錄。5. 多聲路超聲熱量表的顯示介面6. 多聲路超聲熱量表的應(yīng)用情況1) 唐山鑫豐額外電有限公司2) 山東兗州太陽(yáng)紙業(yè)股份有限公司 直供水系統(tǒng)，供水安裝一臺(tái)8聲路超聲熱量表，管徑DN1200，流量6000m3/h，直管段長(zhǎng)度6m。3) 已經(jīng)安裝使用的熱力公司 l 河北衡水恒豐熱力公司 DN1200，供回水各安裝一臺(tái)4聲路超聲熱量表。 l 河南安陽(yáng)益和熱力公司 DN1200,供水安裝一臺(tái)4聲路超聲熱量表，回水安裝一臺(tái)4聲路超聲流 量計(jì)。7. 安陽(yáng)益和熱力多聲路熱量表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)圖示安陽(yáng)益和熱力公司部分?jǐn)?shù)據(jù)（2