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摘要:供熱站在支線(xiàn)鍋爐停運時(shí)發(fā)生渦輪流量計量的問(wèn)題為切入點(diǎn)，通過(guò)分析該供熱站工藝設備，統計流量計歷史數據，對流量計前、后閥門(mén)進(jìn)行啟閉試驗，并結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導致體積修正儀計量數據微量增加的結論。同時(shí)，從運行操作、改造及前期優(yōu)化等方面提出了8點(diǎn)建議，以規避由于渦輪流量計倒轉造成供用氣雙方產(chǎn)生貿易糾紛，供同行業(yè)參考。
1背景
　　在城鎮燃氣輸配系統中，燃氣計量關(guān)乎燃氣企業(yè)正確調度，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。當前我國城鎮燃氣貿易計量中，大型工商用戶(hù)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(dòng)流性能好等特點(diǎn)。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(hù)、尤其是后端連接了需要頻繁啟閉的燃燒器具，現場(chǎng)難免會(huì )發(fā)生溫度和壓力波動(dòng)造成流量計計量不準，導致供用氣雙方的貿易糾紛。
　　某燃氣供熱站發(fā)現其次高壓中壓燃氣調壓撬1#、2#支線(xiàn)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(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(zhuān)項調研和處置。
2方法
　　針對此問(wèn)題，燃氣公司組織設計、技術(shù)、運行、計量、設備廠(chǎng)家、供熱站生產(chǎn)部廣]形成專(zhuān)項小組，對場(chǎng)站工藝設備進(jìn)行分析，研判可能發(fā)生流量計“自走”問(wèn)題的可能性;調取流量計歷史數據進(jìn)行統計分析，查找流量計“自走”的時(shí)間段和氣量;通過(guò)對流量計前后閥門(mén)進(jìn)行啟閉試驗、觀(guān)察流量計計量情況，分析流量計“自走”的工況，并結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工藝流程及設備原理分析
　　該熱力站分兩期建設:一期于2016年底建成投運，調壓支線(xiàn)2條，設計流量60000Nm3/h，計量支線(xiàn)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(shí),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(mén)。
 
　　氣體渦輪流量計是一種速度式流量計，其結構組成如圖2所示，主要包括內置整流器、渦輪葉片、傳動(dòng)機構、磁耦合傳動(dòng)機構、計數器(碼表)等零部件，根據實(shí)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(dòng)時(shí)碼表正向轉動(dòng)，碼表數字(工況流量)增加;當氣體反向流動(dòng)時(shí)碼表則會(huì )反向轉動(dòng)(倒轉),碼表數字(工況流量)減少。渦輪流量計配套的體積修正儀通過(guò)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字是增加還是減少，體積修正儀的數字只會(huì )增加，不會(huì )減少。
 
　　　由于前端DN1400匯管容積較大，當氣體波動(dòng)較大時(shí)，可能產(chǎn)生較大回轉流，渦輪流量計前直管段不足以緩解回轉流的影響、前后產(chǎn)生壓差，導致渦輪流量計正轉或倒轉，流量計修正儀計量數據增加。
3.2歷史數據統計分析
　　通過(guò)調取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日的運行數據，發(fā)現從體積修正儀采集到的工況瞬時(shí)流量、標況瞬時(shí)流量確實(shí)存在多個(gè)時(shí)段微小計量，小時(shí)標況流量≤100Nm3的情況，甚至個(gè)別時(shí)段發(fā)生無(wú)瞬時(shí)流量計量、但存在累計流量的情況，具體見(jiàn)圖3、圖4渦輪流量計體積修正儀“自走”時(shí)段及氣量統計圖，其中氣量偏離較大的區段即為無(wú)瞬時(shí)計量、但存在累計計量的時(shí)間段。經(jīng)與運行記錄對照，這些時(shí)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 現場(chǎng)啟閉試驗
　　通過(guò)工藝流程及設備工作原理分析，以及對渦輪流量計體積修正儀運行數據的統計分析，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，在不影響區域用戶(hù)供暖的情況下，對正在運行的2#鍋爐進(jìn)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(dòng)球閥進(jìn)行為期5天的啟閉試驗。
3.3.1流量計前、后閥門(mén)]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(kāi)2#流量計前、后手動(dòng)球閥，記錄2#渦輪流量計碼表數、修正儀標況流量、IC卡控累計數。2022年12月30日15:40，關(guān)閉2#流量計前、后閥門(mén)，記錄2#渦輪流量計碼表數、修正儀累計標況流量、IC卡控累計氣量。
　　該時(shí)段為流量計前、后閥門(mén)關(guān)閉期間，渦輪流量計碼表數、體積修正儀累計標況流量、IC卡控累計氣量未發(fā)生變化。試驗數據見(jiàn)表1: 2#渦輪流量計前、后閥門(mén)]關(guān)閉試驗流量數據記錄表。
3.3.2流量計前閥門(mén)開(kāi)啟、后閥門(mén)]關(guān)閉試驗
　　2022年12月30日15:40，開(kāi)啟2#渦輪流量計前閥門(mén)，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(mén)，記錄2#渦輪流量計碼表數、體積修正儀累計標況流量、IC卡控累計數。
　　該時(shí)段為流量計前閥門(mén)開(kāi)啟、后閥廣]關(guān)閉期間，流量計碼表數值減少254m3，修正儀標況流量增加390Nm3，IC卡控標況數據增加390Nm3。試驗數據見(jiàn)表2: 2#渦 輪流量計前閥門(mén)開(kāi)啟、后閥門(mén)關(guān)閉試驗流量數據記錄表。
3.3.3流量計前后閥門(mén)]啟閉試驗結論
　　通過(guò)表1、表2的數據，得出以下結論:當2#鍋爐停用期間，關(guān)閉該支線(xiàn)流量計前、后閥門(mén)，流量計碼表、體積修正儀、IC卡控數據均不變，也不會(huì )產(chǎn)生扣費。
　　當2#鍋爐停用期間，流量計前、后閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，流量計碼表倒轉數據減少，體積修正儀、IC卡控數據增加，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(kāi)啟狀態(tài)，流量計碼表、修正儀、IC卡控數據均不變，也不會(huì )產(chǎn)生扣費。
3.4支線(xiàn)停用時(shí)流量計量的原因
　　根據工藝流程和設備原理以及現場(chǎng)試驗結果分析,支線(xiàn)停用時(shí)，1#、2#支線(xiàn)與DN800出口管在1400mm匯氣管的兩側，在正常不用氣時(shí)，匯氣管內壓力與所有下游管線(xiàn)壓力相等;但當DN800支管用氣時(shí)，DN800管道內壓力會(huì )出現輕微下降，匯管前后會(huì )形成一定的壓差。由于1#、2#渦輪流量計支線(xiàn)及下游管道均為之前的管道壓力，在壓差的情況下，氣體出現反輸來(lái)平衡壓差，渦輪流量計的傳動(dòng)機構隨著(zhù)氣流方向倒轉，從而帶動(dòng)渦輪流量計的碼表倒轉、數字減少;當氣體平衡后，渦輪流量計會(huì )停止倒轉。從渦輪流量計、體積修正儀、IC- 卡控扣費系統的工作原理上來(lái)分析，當氣體正向流動(dòng)時(shí)碼表正轉，碼表數字(工況流量)增加，體積修正儀的數字( 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(dòng)時(shí)碼表則會(huì )倒轉，碼表數字(工況流量)減少，但體積修正儀的數字(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(xiàn)鍋爐停用時(shí)發(fā)生體積修正儀數據增加、IC卡控扣費的情況，是由于二期用氣時(shí)渦輪流量計前段壓力低于后端壓力，造成渦輪流量計倒轉導致的。
4計量糾紛處置
　　用于貿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(jìn)行使用3。實(shí)際上，IC卡控扣費系統屬于供氣方的預付款扣費系統，在實(shí)際貿易結算時(shí)，供用氣雙方會(huì )在每年的供暖季結束后，以碼表計量數據為準，調取整個(gè)采暖季的體積修正儀的有效計量標況流量，進(jìn)行一次全面核對，遵循多退少補的原則進(jìn)行核銷(xiāo)和最終結算，不會(huì )造成多扣費的情況。
 
5避免渦輪流量計倒轉產(chǎn)生貿易糾紛的揩施
　　渦輪流量計倒轉是由于渦輪流量計工作原理決定的，國內其它省市燃氣企業(yè)也出現過(guò)渦輪流量計倒轉的情況，就氣體渦輪流量計反向測量進(jìn)行調研和試驗，發(fā)現在燃氣輸配管網(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現象。
　　為避免渦輪流量計倒轉導致體積修正儀計量數據微量增加，從而造成供用氣雙方產(chǎn)生貿易糾紛，根據用氣工況并借鑒國內其它燃氣企業(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(shí)，及時(shí)關(guān)閉停用支線(xiàn)的流量計前后閥門(mén)，可以避免發(fā)生渦輪流量計倒走、IC .卡控扣費的問(wèn)題;
(2)供熱站進(jìn)行倒爐操作時(shí)，對停用支線(xiàn)的流量計碼表數、體積修正儀標況流量數、IC卡控累計流量數進(jìn)行記錄，需要在停用時(shí)和啟用前進(jìn)行兩次記錄，作為后期核銷(xiāo)和結算的參考依據;
(3)供用氣雙方核銷(xiāo)和結算周期建議縮短至每月一次，避免燃氣價(jià)格浮動(dòng)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(guò)程中，將渦輪流量計碼表讀數列人為日常抄表內容;
(5)對于貿易計量的渦輪流量計應定期送檢，如果條件允許的話(huà)，同時(shí)進(jìn)行體積修正儀的檢定或校準,包括對溫度和壓力傳感器進(jìn)行定期比對、校準。
5.2技術(shù)改造方面
根據現場(chǎng)工藝尺寸及設備布局，可在流量計后增設一臺單向閥，可避免支線(xiàn)停用時(shí)發(fā)生流量計倒走、IC卡控扣費的問(wèn)題，投資成本在1萬(wàn)元~2萬(wàn)元。
5.3前期設計優(yōu)化方面
( 1 )利用流體流動(dòng)模擬軟件對設計方案進(jìn)行仿真測算，優(yōu)化設計，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(lái)流流速分布變化和旋轉流的影響較大，傳感器上下游需設置較長(cháng)的直管段，渦輪流量計的上游端至少應有20倍公稱(chēng)通徑長(cháng)度的直管段，下游端應不少于5倍公稱(chēng)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(cháng)度叫。
燃氣渦輪流量計反轉原因剖析及處理辦法探討
摘要：以某供熱站支線(xiàn)鍋爐停運時(shí)出現的渦輪流量計量問(wèn)題為著(zhù)眼點(diǎn)，經(jīng)由對該供熱站工藝設備的分析，對流量計歷史數據的統計，對流量計前后閥門(mén)的啟閉試驗，再結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)生倒轉致使體積修正儀計量數據出現微量增長(cháng)的結論。與此同時(shí)，本文從運行操作、技術(shù)改造以及前期設計優(yōu)化等方面提出了 8 點(diǎn)建議，旨在避免因渦輪流量計倒轉而令供用氣雙方產(chǎn)生貿易糾紛，供同行業(yè)借鑒。
背景
　　在城鎮燃氣輸配系統里，燃氣計量與燃氣企業(yè)的精準調度息息相關(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。目前在我國城鎮燃氣貿易計量當中，大型工商用戶(hù)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(dòng)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(hù)，尤其是后端連接著(zhù)需要頻繁啟閉的燃燒器具的情況，現場(chǎng)往往會(huì )因為溫度和壓力的波動(dòng)而致使流量計計量失準，引發(fā)供用氣雙方的貿易糾紛。
某燃氣供熱站察覺(jué)到其次高壓中壓燃氣調壓撬的 1#、2#支線(xiàn)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了燃氣計量，IC 卡控扣費系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng) IC 卡控）產(chǎn)生了扣費，供熱站認為流量計出現了“自走”，要求燃氣公司組織開(kāi)展專(zhuān)項調研與處置。
方法
　　針對這一問(wèn)題，燃氣公司組織設計部門(mén)、技術(shù)部門(mén)、運行部門(mén)、計量部門(mén)、設備廠(chǎng)家以及供熱站生產(chǎn)部門(mén)形成專(zhuān)項小組，對場(chǎng)站的工藝設備予以分析，研判發(fā)生流量計“自走”問(wèn)題的可能性；調取流量計的歷史數據進(jìn)行統計分析，查找流量計“自走”的時(shí)間段與氣量；通過(guò)對流量計前后閥門(mén)的啟閉試驗、觀(guān)察流量計的計量狀況，分析流量計“自走”的工況，并結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 工藝流程及設備原理剖析
　　該熱力站分兩期進(jìn)行建設：一期于 2016 年底建成并投運，設有調壓支線(xiàn) 2 條，設計流量 60000Nm³/h，計量支線(xiàn) 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(shí)，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(mén)。
 
　　氣體渦輪流量計乃是一種速度式流量計，其結構組成詳見(jiàn)圖 2，主要涵蓋了內置整流器、渦輪葉片、傳動(dòng)機構、磁耦合傳動(dòng)機構以及計數器（碼表）等組件，按照實(shí)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(dòng)之際，碼表會(huì )正向轉動(dòng)，碼表數字（工況流量）隨之增加；而當氣體反向流動(dòng)之時(shí)，碼表就會(huì )反向轉動(dòng)（即倒轉），碼表數字（工況流量）則會(huì )減少。渦輪流量計配套的體積修正儀會(huì )通過(guò)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(jìn)行測量，進(jìn)而計算出壓縮因子 K 與修正系數 C，接著(zhù)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字是增加還是減少，體積修正儀的數字只會(huì )增加，絕對不會(huì )減少。

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