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摘要:供熱站在支線鍋爐停運時發(fā)生渦輪流量計量的問題為切入點，通過分析該供熱站工藝設(shè)備，統(tǒng)計流量計歷史數(shù)據(jù)，對流量計前、后閥門進行啟閉試驗，并結(jié)合渦輪流量計工作原理，得出渦輪流量計在后端鍋爐停運情況下產(chǎn)生計量的原因是渦輪流量計倒轉(zhuǎn)導致體積修正儀計量數(shù)據(jù)微量增加的結(jié)論。同時，從運行操作、改造及前期優(yōu)化等方面提出了8點建議，以規(guī)避由于渦輪流量計倒轉(zhuǎn)造成供用氣雙方產(chǎn)生貿(mào)易糾紛，供同行業(yè)參考。
1背景
　　在城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)中，燃氣計量關(guān)乎燃氣企業(yè)正確調(diào)度，并直接影響供用氣雙方的經(jīng)濟核算，流量計的正確計量至關(guān)重要。當前我國城鎮(zhèn)燃氣貿(mào)易計量中，大型工商用戶廣泛使用渦輪流量計，氣體渦輪流量計是一種速度式流量計， 是重復性、精度最好的流量計之一，具有壓力損失小、精度高、流量量程比寬、抗振與抗脈動流性能好等特點。但是渦輪流量計易受氣體密度的影響，而氣體的密度與溫度、壓力關(guān)系密切，對于大型工商用戶、尤其是后端連接了需要頻繁啟閉的燃燒器具，現(xiàn)場難免會發(fā)生溫度和壓力波動造成流量計計量不準，導致供用氣雙方的貿(mào)易糾紛。
　　某燃氣供熱站發(fā)現(xiàn)其次高壓中壓燃氣調(diào)壓撬1#、2#支線的渦輪流量計在后端燃氣鍋爐停用期間，渦輪流量計配套的體積修正儀產(chǎn)生燃氣計量，IC卡控扣費系統(tǒng)(以下簡稱IC卡控)發(fā)生扣費，供熱站認為流量計存在“自走”，要求燃氣公司組織專項調(diào)研和處置。
2方法
　　針對此問題，燃氣公司組織設(shè)計、技術(shù)、運行、計量、設(shè)備廠家、供熱站生產(chǎn)部廣]形成專項小組，對場站工藝設(shè)備進行分析，研判可能發(fā)生流量計“自走”問題的可能性;調(diào)取流量計歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，查找流量計“自走”的時間段和氣量;通過對流量計前后閥門進行啟閉試驗、觀察流量計計量情況，分析流量計“自走”的工況，并結(jié)合渦輪流量計工作原理，分析導致流量計在后端燃氣具停用情況下產(chǎn)生計量的原因。
3原因分析
3.1工藝流程及設(shè)備原理分析
　　該熱力站分兩期建設(shè):一期于2016年底建成投運，調(diào)壓支線2條，設(shè)計流量60000Nm3/h，計量支線4條，單路流量6400Nm3/h,流量計均選用國際某知名品牌的渦輪流量計，配套體積修正儀;二期于2022年11月建成投運，在一期的1 400mm匯氣管上，將原DN800預留接口引出到二期鍋爐及發(fā)電機用氣，設(shè)計流量36 575 Nm3/h。該站工藝流程如圖1所示。經(jīng)了解，在日常運行管理中,當供熱站鍋爐停用時,工作人員僅關(guān)閉鍋爐房的爐前閥,不關(guān)閉流量計前、后閥門。
 
　　氣體渦輪流量計是一種速度式流量計，其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，主要包括內(nèi)置整流器、渦輪葉片、傳動機構(gòu)、磁耦合傳動機構(gòu)、計數(shù)器(碼表)等零部件，根據(jù)實際需要可選配低頻脈沖、A1S高頻脈沖發(fā)生器、A1R高頻脈沖發(fā)生器等附加裝置P1。當氣體正向流動時碼表正向轉(zhuǎn)動，碼表數(shù)字(工況流量)增加;當氣體反向流動時碼表則會反向轉(zhuǎn)動(倒轉(zhuǎn)),碼表數(shù)字(工況流量)減少。渦輪流量計配套的體積修正儀通過讀取工況體積低頻脈沖信號，測量介質(zhì)操作壓力和溫度，計算壓縮因子K和修正系數(shù)C，然后計算得到氣體的標況體積、標況流速和工況流速。值得注意的是，不論渦輪流量計碼表數(shù)字是增加還是減少，體積修正儀的數(shù)字只會增加，不會減少。
 
　　　由于前端DN1400匯管容積較大，當氣體波動較大時，可能產(chǎn)生較大回轉(zhuǎn)流，渦輪流量計前直管段不足以緩解回轉(zhuǎn)流的影響、前后產(chǎn)生壓差，導致渦輪流量計正轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)，流量計修正儀計量數(shù)據(jù)增加。
3.2歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
　　通過調(diào)取1#、2#渦輪流量計體積修正儀自2022年11月3日至2022年12月29日的運行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)從體積修正儀采集到的工況瞬時流量、標況瞬時流量確實存在多個時段微小計量，小時標況流量≤100Nm3的情況，甚至個別時段發(fā)生無瞬時流量計量、但存在累計流量的情況，具體見圖3、圖4渦輪流量計體積修正儀“自走”時段及氣量統(tǒng)計圖，其中氣量偏離較大的區(qū)段即為無瞬時計量、但存在累計計量的時間段。經(jīng)與運行記錄對照，這些時段1#、2#鍋爐處于停爐期。1#渦輪流量計體積修正儀停爐期間增加9 297Nm3氣量，2#渦輪流量計體積修正儀停爐期間增加11 824Nm3氣量。
 
3.3 現(xiàn)場啟閉試驗
　　通過工藝流程及設(shè)備工作原理分析，以及對渦輪流量計體積修正儀運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，確認1#、2#渦輪流量計在后端鍋爐停運期間發(fā)生了計量，為了查找導致流量計量的根源，經(jīng)與供熱站溝通，在不影響區(qū)域用戶供暖的情況下，對正在運行的2#鍋爐進行停爐測試，1#、3#、4#鍋爐及二期正常運行。從2022年12月30日10:00至2023年1月3日09:00，對2#渦輪流量計前、后手動球閥進行為期5天的啟閉試驗。
3.3.1流量計前、后閥門]關(guān)閉試驗
　　2022年12月30日10:00，關(guān)閉2#鍋爐爐前閥(鍋爐停運)，并打開2#流量計前、后手動球閥，記錄2#渦輪流量計碼表數(shù)、修正儀標況流量、IC卡控累計數(shù)。2022年12月30日15:40，關(guān)閉2#流量計前、后閥門，記錄2#渦輪流量計碼表數(shù)、修正儀累計標況流量、IC卡控累計氣量。
　　該時段為流量計前、后閥門關(guān)閉期間，渦輪流量計碼表數(shù)、體積修正儀累計標況流量、IC卡控累計氣量未發(fā)生變化。試驗數(shù)據(jù)見表1: 2#渦輪流量計前、后閥門]關(guān)閉試驗流量數(shù)據(jù)記錄表。
3.3.2流量計前閥門開啟、后閥門]關(guān)閉試驗
　　2022年12月30日15:40，開啟2#渦輪流量計前閥門，后閥廣]保持關(guān)閉狀態(tài)。
　　2023年1月3日09:14，關(guān)閉2#渦輪流量計前閥門，記錄2#渦輪流量計碼表數(shù)、體積修正儀累計標況流量、IC卡控累計數(shù)。
　　該時段為流量計前閥門開啟、后閥廣]關(guān)閉期間，流量計碼表數(shù)值減少254m3，修正儀標況流量增加390Nm3，IC卡控標況數(shù)據(jù)增加390Nm3。試驗數(shù)據(jù)見表2: 2#渦 輪流量計前閥門開啟、后閥門關(guān)閉試驗流量數(shù)據(jù)記錄表。
3.3.3流量計前后閥門]啟閉試驗結(jié)論
　　通過表1、表2的數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論:當2#鍋爐停用期間，關(guān)閉該支線流量計前、后閥門，流量計碼表、體積修正儀、IC卡控數(shù)據(jù)均不變，也不會產(chǎn)生扣費。
　　當2#鍋爐停用期間，流量計前、后閥門處于開啟狀態(tài)，流量計碼表倒轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)減少，體積修正儀、IC卡控數(shù)據(jù)增加，并產(chǎn)生扣費。
　　當2#鍋爐停用期間，關(guān)閉流量計后閥、流量計前閥處于開啟狀態(tài)，流量計碼表、修正儀、IC卡控數(shù)據(jù)均不變，也不會產(chǎn)生扣費。
3.4支線停用時流量計量的原因
　　根據(jù)工藝流程和設(shè)備原理以及現(xiàn)場試驗結(jié)果分析,支線停用時，1#、2#支線與DN800出口管在1400mm匯氣管的兩側(cè)，在正常不用氣時，匯氣管內(nèi)壓力與所有下游管線壓力相等;但當DN800支管用氣時，DN800管道內(nèi)壓力會出現(xiàn)輕微下降，匯管前后會形成一定的壓差。由于1#、2#渦輪流量計支線及下游管道均為之前的管道壓力，在壓差的情況下，氣體出現(xiàn)反輸來平衡壓差，渦輪流量計的傳動機構(gòu)隨著氣流方向倒轉(zhuǎn)，從而帶動渦輪流量計的碼表倒轉(zhuǎn)、數(shù)字減少;當氣體平衡后，渦輪流量計會停止倒轉(zhuǎn)。從渦輪流量計、體積修正儀、IC- 卡控扣費系統(tǒng)的工作原理上來分析，當氣體正向流動時碼表正轉(zhuǎn)，碼表數(shù)字(工況流量)增加，體積修正儀的數(shù)字( 標況流量)增加，IC 卡控標況流量增加并產(chǎn)生扣費;當氣體反向流動時碼表則會倒轉(zhuǎn)，碼表數(shù)字(工況流量)減少，但體積修正儀的數(shù)字(標況流量)仍然增加，IC卡控標況流量增加并產(chǎn)生扣費。因此，該供熱站在一期支線鍋爐停用時發(fā)生體積修正儀數(shù)據(jù)增加、IC卡控扣費的情況，是由于二期用氣時渦輪流量計前段壓力低于后端壓力，造成渦輪流量計倒轉(zhuǎn)導致的。
4計量糾紛處置
　　用于貿(mào)易計量的渦輪流量計屬于檢定的計量器具，精度為1.0級的渦輪流量計定檢周期為1年，經(jīng)檢定合格并出具檢定合格報告后，方可進行使用3。實際上，IC卡控扣費系統(tǒng)屬于供氣方的預付款扣費系統(tǒng)，在實際貿(mào)易結(jié)算時，供用氣雙方會在每年的供暖季結(jié)束后，以碼表計量數(shù)據(jù)為準，調(diào)取整個采暖季的體積修正儀的有效計量標況流量，進行一次全面核對，遵循多退少補的原則進行核銷和最終結(jié)算，不會造成多扣費的情況。
 
5避免渦輪流量計倒轉(zhuǎn)產(chǎn)生貿(mào)易糾紛的揩施
　　渦輪流量計倒轉(zhuǎn)是由于渦輪流量計工作原理決定的，國內(nèi)其它省市燃氣企業(yè)也出現(xiàn)過渦輪流量計倒轉(zhuǎn)的情況，就氣體渦輪流量計反向測量進行調(diào)研和試驗，發(fā)現(xiàn)在燃氣輸配管網(wǎng)中，特別是多氣源的情況下，很容易發(fā)生氣體渦輪流量計存在反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
　　為避免渦輪流量計倒轉(zhuǎn)導致體積修正儀計量數(shù)據(jù)微量增加，從而造成供用氣雙方產(chǎn)生貿(mào)易糾紛，根據(jù)用氣工況并借鑒國內(nèi)其它燃氣企業(yè)的成功處置經(jīng)驗，筆者從運行操作、技術(shù)改造及前期設(shè)計優(yōu)化等方面提出以下建議:
5.1運行 操作方面
(1)供熱站倒爐操作時，及時關(guān)閉停用支線的流量計前后閥門，可以避免發(fā)生渦輪流量計倒走、IC .卡控扣費的問題;
(2)供熱站進行倒爐操作時，對停用支線的流量計碼表數(shù)、體積修正儀標況流量數(shù)、IC卡控累計流量數(shù)進行記錄，需要在停用時和啟用前進行兩次記錄，作為后期核銷和結(jié)算的參考依據(jù);
(3)供用氣雙方核銷和結(jié)算周期建議縮短至每月一次，避免燃氣價格浮動及偏差氣費產(chǎn)生的影響;
(4)供用氣雙方在日常巡查巡檢過程中，將渦輪流量計碼表讀數(shù)列人為日常抄表內(nèi)容;
(5)對于貿(mào)易計量的渦輪流量計應定期送檢，如果條件允許的話，同時進行體積修正儀的檢定或校準,包括對溫度和壓力傳感器進行定期比對、校準。
5.2技術(shù)改造方面
根據(jù)現(xiàn)場工藝尺寸及設(shè)備布局，可在流量計后增設(shè)一臺單向閥，可避免支線停用時發(fā)生流量計倒走、IC卡控扣費的問題，投資成本在1萬元~2萬元。
5.3前期設(shè)計優(yōu)化方面
( 1 )利用流體流動模擬軟件對設(shè)計方案進行仿真測算，優(yōu)化設(shè)計，如仿真測算存在渦輪流量計倒走的可能，建議在流量計前增加一臺單向閥;
(2)由于渦輪流量計受來流流速分布變化和旋轉(zhuǎn)流的影響較大，傳感器上下游需設(shè)置較長的直管段，渦輪流量計的上游端至少應有20倍公稱通徑長度的直管段，下游端應不少于5倍公稱通徑的直管段,以達到紊流的流態(tài)要求，如安裝空間有限制，可考慮加裝整流器以縮短直管段長度叫。
燃氣渦輪流量計反轉(zhuǎn)原因剖析及處理辦法探討
摘要：以某供熱站支線鍋爐停運時出現(xiàn)的渦輪流量計量問題為著眼點，經(jīng)由對該供熱站工藝設(shè)備的分析，對流量計歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，對流量計前后閥門的啟閉試驗，再結(jié)合渦輪流量計的工作原理，得出在后端鍋爐停運狀態(tài)下渦輪流量計產(chǎn)生計量的緣由是其發(fā)生倒轉(zhuǎn)致使體積修正儀計量數(shù)據(jù)出現(xiàn)微量增長的結(jié)論。與此同時，本文從運行操作、技術(shù)改造以及前期設(shè)計優(yōu)化等方面提出了 8 點建議，旨在避免因渦輪流量計倒轉(zhuǎn)而令供用氣雙方產(chǎn)生貿(mào)易糾紛，供同行業(yè)借鑒。
背景
　　在城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)里，燃氣計量與燃氣企業(yè)的精準調(diào)度息息相關(guān)，還直接影響到供用氣雙方的經(jīng)濟核算，流量計的正確計量顯得極為關(guān)鍵。目前在我國城鎮(zhèn)燃氣貿(mào)易計量當中，大型工商用戶廣泛運用渦輪流量計，氣體渦輪流量計屬于速度式流量計，是重復性與精度都極佳的流量計之一，具有壓力損失小、精度高、流量量程比寬、抗振以及抗脈動流性能好等特性。然而渦輪流量計容易受到氣體密度的影響，而氣體的密度又與溫度、壓力關(guān)系緊密，對于大型工商用戶，尤其是后端連接著需要頻繁啟閉的燃燒器具的情況，現(xiàn)場往往會因為溫度和壓力的波動而致使流量計計量失準，引發(fā)供用氣雙方的貿(mào)易糾紛。
某燃氣供熱站察覺到其次高壓中壓燃氣調(diào)壓撬的 1#、2#支線的渦輪流量計在后端燃氣鍋爐停用期間，渦輪流量計配套的體積修正儀出現(xiàn)了燃氣計量，IC 卡控扣費系統(tǒng)（以下簡稱 IC 卡控）產(chǎn)生了扣費，供熱站認為流量計出現(xiàn)了“自走”，要求燃氣公司組織開展專項調(diào)研與處置。
方法
　　針對這一問題，燃氣公司組織設(shè)計部門、技術(shù)部門、運行部門、計量部門、設(shè)備廠家以及供熱站生產(chǎn)部門形成專項小組，對場站的工藝設(shè)備予以分析，研判發(fā)生流量計“自走”問題的可能性；調(diào)取流量計的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，查找流量計“自走”的時間段與氣量；通過對流量計前后閥門的啟閉試驗、觀察流量計的計量狀況，分析流量計“自走”的工況，并結(jié)合渦輪流量計的工作原理，剖析導致流量計在后端燃氣具停用情況下產(chǎn)生計量的原因。
原因分析
3.1 工藝流程及設(shè)備原理剖析
　　該熱力站分兩期進行建設(shè)：一期于 2016 年底建成并投運，設(shè)有調(diào)壓支線 2 條，設(shè)計流量 60000Nm³/h，計量支線 4 條，單路流量 6400Nm³/h，流量計均選用國際某知名品牌的渦輪流量計，并配套體積修正儀；二期于 2022 年 11 月建成投運，在一期的 1400mm 匯氣管上，將原 DN800 預留接口引出到二期鍋爐及發(fā)電機用氣，設(shè)計流量 36575 Nm³/h。該站的工藝流程如圖 1 所示。經(jīng)了解，在日常的運行管理中，當供熱站鍋爐停運時，工作人員僅關(guān)閉鍋爐房的爐前閥，并不關(guān)閉流量計前后的閥門。
 
　　氣體渦輪流量計乃是一種速度式流量計，其結(jié)構(gòu)組成詳見圖 2，主要涵蓋了內(nèi)置整流器、渦輪葉片、傳動機構(gòu)、磁耦合傳動機構(gòu)以及計數(shù)器（碼表）等組件，按照實際需求，還可選用低頻脈沖、A1S 高頻脈沖發(fā)生器、A1R 高頻脈沖發(fā)生器等附加裝置 P1。當氣體正向流動之際，碼表會正向轉(zhuǎn)動，碼表數(shù)字（工況流量）隨之增加；而當氣體反向流動之時，碼表就會反向轉(zhuǎn)動（即倒轉(zhuǎn)），碼表數(shù)字（工況流量）則會減少。渦輪流量計配套的體積修正儀會通過讀取工況體積低頻脈沖信號，對介質(zhì)操作壓力以及溫度進行測量，進而計算出壓縮因子 K 與修正系數(shù) C，接著計算得出氣體的標況體積、標況流速以及工況流速。需要特別注意的是，不管渦輪流量計碼表數(shù)字是增加還是減少，體積修正儀的數(shù)字只會增加，絕對不會減少。

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