集中供熱系統(tǒng)中流量計的選型
摘要：在集中供熱自動化系統(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。流量測量主要用于集中供熱的熱源傳輸、熱力站的流量監(jiān)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(chǎn)過程中，流量作為整個系統(tǒng)中的重要參數(shù)，對其測量顯得尤為重要。因此，在集中供熱生產(chǎn)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(tǒng)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(guān)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(shù)量，而集中供熱過程控制的精細化使得集中供熱系統(tǒng)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(tǒng)中，測量流量是為了使整個熱網(wǎng)保持平衡，通過流量調(diào)節(jié)保證供熱效果。這樣做，也便于與第三方進行熱源結(jié)算。
在集中供熱生產(chǎn)過程中，如何選取適合的流量計呢？下面，筆者結(jié)合工作中的一些具體情況做一些簡單的闡述，以期為相關(guān)工作者提供借鑒。
1、流量的概念和流量計的分類：
流量是指在一定時間內(nèi)流過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(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。
對于集中供熱系統(tǒng)，瞬時流量測量是表征管道內(nèi)的實時流量。同時，在結(jié)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(nèi)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(tǒng)中，流量計有顯示總量的作用。流量是在動態(tài)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(huán)境、流量計的安裝位置等有關(guān)。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，這樣才能達到測量的目的。流量檢測儀表包括體積流量儀表和質(zhì)量流量儀表2種。在集中供熱的過程中，使用***多的是體積流量儀表，因此，我們只介紹體積流量儀表。
2、常用流量計介紹：
2.1、渦街流量計：
山西省太原市熱力公司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(wǎng)回水流量監(jiān)測中。渦街流量計是20世紀后期才慢慢被發(fā)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?？ㄩT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(chǎn)過程中，主要是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(cè)會交替產(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，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(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
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(chǎn)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。
圖 3 電磁流量計工作原理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(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(guān)系。如果同時各插入一根電極于管道兩側(cè)，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(tǒng)中，選用合適的電磁流量計會事半功倍——不僅可以節(jié)約成本，還可以獲得的測量值。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(zhì)必須為導電的液體。集中供熱生產(chǎn)過程中的介質(zhì)為非純凈熱水，正好符合要求。②使用電磁流量計測量時，其口徑本身應該小于測量管道的內(nèi)徑。測量時，管內(nèi)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(tǒng)中安裝的注意事項：
在集中供熱系統(tǒng)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(jù)現(xiàn)場實際情況和運行環(huán)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(huán)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(jié)：
在集中供熱生產(chǎn)過程中，選擇流量計時必須注意設(shè)計要求、經(jīng)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(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)合流量計本身的工作特點及其經(jīng)濟性，選擇合適的流量計。