摘要：在建立流量計工況流量評估模型和計量風(fēng)險預(yù)警模型基礎(chǔ)上，運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)對T-商用戶渦輪流量計運(yùn)行工況進(jìn)行量化評估，提出了提高流量計計量準(zhǔn)確度、減小燃?xì)夤╀N差率的措施。

1、概述

伴隨著科技進(jìn)步和能源消費(fèi)水平的不斷攀升，工商用戶用氣設(shè)備、用氣負(fù)荷日趨復(fù)雜多樣。工商用戶流量計(以下簡稱工商大表)作為用氣現(xiàn)場唯的貿(mào)易結(jié)算計量器具，如何掌握它的運(yùn)行工況信息，及時發(fā)現(xiàn)計量故障，糾正用戶違章用氣行為，一直是燃?xì)饨?jīng)營者關(guān)注的大事。

燃?xì)夤ど檀蟊磉h(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)是近年發(fā)展起來的、針對工商業(yè)用戶燃?xì)庥嬃亢蛪毫Α囟葦?shù)據(jù)進(jìn)行采集監(jiān)測和分析的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可**了解在用流量計、燃?xì)庠O(shè)備的運(yùn)行狀況，包括燃?xì)鉁囟取⑷細(xì)鈮毫Α⑺矔r流量、累計流量等，通過實(shí)時采集數(shù)據(jù)，為及時發(fā)現(xiàn)計量故障、減少供銷差率，提供先進(jìn)的信息技術(shù)工具。

西安秦華天然氣有限公司工商大表遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)于2011年12月25日完成了100臺渦輪流量計數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）的軟、硬件安裝。系統(tǒng)規(guī)定，DTU終端每2min采集1次數(shù)據(jù)，通過無線GPRS上傳服務(wù)器，系統(tǒng)自動生成流量、溫度、壓力變化曲線，并具備數(shù)據(jù)異常報警功能。

2、在線評估目的

按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，影響在用脈沖輸出渦輪流量計計量準(zhǔn)確度的因素有很多，涉及到諸多業(yè)務(wù)方面。渦輪流量計在線評估目的*先是運(yùn)用信息技術(shù)工具，掌握在用的渦輪流量計運(yùn)行工況信息，及時辨識計量風(fēng)險，避免氣量損失；其次分析現(xiàn)階段影響渦輪流量計計量準(zhǔn)確度的主要原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為提高相關(guān)業(yè)務(wù)管理水平打下基礎(chǔ)。

3、渦輪流量計在線運(yùn)行工況評估標(biāo)準(zhǔn)

在規(guī)定的數(shù)據(jù)采集時間里，以系統(tǒng)采集的每臺流量計瞬時工況流量qg出現(xiàn)在（20%～90%）qmax（qmax為流量計*大計量工況流量）計量區(qū)間頻數(shù)累加和，與（0～100%）qmax頻數(shù)（不含工況流量qg為0的頻數(shù)）累加和之比為主要判別依據(jù)，壓力傳感器、溫度傳感器采樣值為輔助評估依據(jù)。

評價一臺渦輪流量計運(yùn)行工況好與壞的具體標(biāo)準(zhǔn)主要有以下兩方面：

①流量計工況流量qg能否隨用戶用氣負(fù)荷變化保持在（20%～90%）qmax計量區(qū)間內(nèi)，以確保計量精度。

②流量計體積修正儀能否將工況流量qg，精確地轉(zhuǎn)換為貿(mào)易結(jié)算值（標(biāo)況體積）。這一點(diǎn)對于智能體積修正儀，更加依賴溫度、壓力傳感器測量穩(wěn)定性。

4、工況流量評估與計量風(fēng)險預(yù)警模型

4.1工況流量評估數(shù)學(xué)模型

根據(jù)上述評估標(biāo)準(zhǔn)，在假設(shè)工況流量qg﹥0的條件下，建立如下模型：

式中 xi———*i臺流量計的評估得分

si，j———*i臺流量計工況流量qg在j區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的頻數(shù)

j———流量區(qū)間編號，定義見表1

4.2工況流量評估數(shù)學(xué)模型的局限性

系統(tǒng)規(guī)定，生成的工況流量qg頻數(shù)在流量區(qū)間邊界取下限、不取上限。例如，當(dāng)qg=5%qmax時，即為qg∈［5%qmax，10%qmax）。當(dāng)用戶不用氣，工況流量qg=0時，系統(tǒng)生成頻數(shù)也將全部落在（0～5%）qmax區(qū)間內(nèi)。這樣將使評估模型失去意義，技術(shù)人員刪除了所有工況流量qg=0的系統(tǒng)頻數(shù)。模型只適用于工況流量qg﹥0的條件。因此，在使用該模型時有以下限制：

①有效性限制。當(dāng)用戶用氣流量始終小于流量計始動流量，或流量計渦輪被阻無法旋轉(zhuǎn)時，工況流量qg將為0，致使模型無法評估。

②時效性限制。模型評估成績只能表征這臺流量計在評估時間段內(nèi)的運(yùn)行工況，并不代表長期。

③辨識性限制。從渦輪流量計內(nèi)部構(gòu)造上講，評估模型只能反映由整流器、渦輪組件、磁敏傳感器以及脈沖檢測放大電路共同組成的流量傳感器的運(yùn)行工況，它無法辨識渦輪流量計整體計量風(fēng)險的大小。這就需要渦輪流量計計量風(fēng)險預(yù)警模型來解決。

4.3渦輪流量計計量風(fēng)險預(yù)警模型

①按系統(tǒng)采集的供氣絕對壓力*高值pmax與qmax乘積大小對渦輪流量計計量風(fēng)險大小分類。

②建立以監(jiān)測流量傳感器工況為主要目標(biāo)、溫度傳感器工況和壓力傳感器工況為輔助目標(biāo)的渦輪流量計計量風(fēng)險預(yù)警體系，其基礎(chǔ)模型見表2。

預(yù)警體系采用人工評估和系統(tǒng)報警相結(jié)合的工作方式。其一，由技術(shù)人員對流量傳感器工況定期評估，根據(jù)成績定性為直觀的紅、黃、藍(lán)、綠4種狀態(tài)。其二，技術(shù)人員根據(jù)季節(jié)性氣溫變化和峰谷供氣壓力波動，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定溫度和壓力報警值，報警值設(shè)定后系統(tǒng)自動超限報警。因此，溫、壓傳感器工況有紅、綠兩種狀態(tài)，對應(yīng)非正常和正常狀態(tài)。其三，當(dāng)溫、壓傳感器工況都為綠色狀態(tài)時，該流量計整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況顏色決定，必然為紅、黃、藍(lán)、綠中的一種。此時，我們可以根據(jù)各臺流量計各自的流量傳感器工況顏色，選擇不同的應(yīng)對措施。當(dāng)溫、壓傳感器工況二者任意一個超限報警時，該流量計整體工況狀態(tài)置紅（無論該流量傳感器工況是何種顏色），提醒我們盡快維修處理故障。實(shí)踐表明，一個熟練的儀表維修工在停氣狀態(tài)下，更換故障的溫度或壓力傳感器不會超過60min。但是，解決問題的前提是能及時發(fā)現(xiàn)問題。否則隨著時間的延續(xù)，氣量損失累積會越來越多，追繳氣費(fèi)的難度會越來越大。這就是建立計量風(fēng)險預(yù)警體系的目的。

③確立報警后的處理等級。渦輪流量計計量風(fēng)險預(yù)警模型按pmaxqmax的大小將客戶流量計分為3類，其中A類（重點(diǎn)客戶）、B類（主要客戶）兩類為重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目，要求處理等級與信息反饋速度比C類（普通客戶）高。這種分類方法突出了計量管理重點(diǎn)，確立了調(diào)配有限資源的指導(dǎo)方針。

表3是建立渦輪流量計計量風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)后，得到的部分渦輪流量計計量風(fēng)險預(yù)警信息。

5、工況差的流量計分析

5.1流量計選型

①流量計選型過大

實(shí)例用戶：加氣站1。屬A類用戶，本次流量工況評估成績?yōu)?分，呈紅色報警狀態(tài)。溫、壓傳感器運(yùn)行工況都為綠色狀態(tài)，流量計整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用渦輪流量計型號為LWQZ－Ⅲ－100C，工況流量測量范圍為32～650m³/h，始動流量為6.7m³/h，流量計規(guī)格為G400。用氣設(shè)備為1臺CNG壓縮機(jī)組，0.8MPa進(jìn)氣壓力下的額定流量（折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）為1000m³/h。

具體表現(xiàn)為（20%～90%）qmax流量區(qū)間的頻數(shù)為0，負(fù)荷主要集中在（5%～10%）qmax。

建議加氣站1使用LWQZ－Ⅲ－80渦輪流量計（流量計規(guī)格為G100、工況流量測量范圍為8.0～160m³/h，始動流量為2.4m³/h）計量，比G400的渦輪流量計更為準(zhǔn)確。

②羅茨流量計的選用

實(shí)例用戶：速8酒店。用戶分類為C，本次流量傳感器運(yùn)行工況評估成績?yōu)?3.71分，呈紅色報警狀態(tài)。溫、壓傳感器運(yùn)行工況都為綠色狀態(tài)，流量計整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用渦輪流量計型號為LWQZ－50A，工況流量測量范圍為5～65m³/h，始動流量為1.3m³/h，流量計規(guī)格為G40。用氣設(shè)備為1臺額定熱功率為0.7MW的常壓熱水鍋爐。

該用戶用氣流量主要集中在設(shè)計*大流量的20%以下和90%以上，兩*流量用時長，并有過載現(xiàn)象發(fā)生。針對此類用氣負(fù)荷，儀表選型應(yīng)優(yōu)先考慮羅茨流量計。例如，流量計規(guī)格為G65、量程比為1∶160、始動流量為0.05m³/h的羅茨流量計。

事實(shí)上，近年來國內(nèi)同行針對中小工商用戶多變的用氣負(fù)荷，在推廣使用規(guī)格為G16～G65的羅茨流量計的實(shí)踐中，獲得了良好的成效。

5.2計量方式

本文所說的計量方式，是指對多個設(shè)備用氣進(jìn)行總表計量或分表計量的方式。當(dāng)設(shè)備用氣量受諸多因素影響變化較大時，宜選擇分表計量方式。

實(shí)例用戶：材料廠2。屬A類用戶，本次流量傳感器工況評估成績?yōu)?分，為紅色報警狀態(tài)。溫壓傳感器運(yùn)行工況都為綠色正常狀態(tài)，流量計整體工況狀態(tài)由流量傳感器工況紅色狀態(tài)決定。在用流量計型號為LWQZ－200CZ，工況流量測量范圍為130～2500m³/h，始動流量為20.0m³/h，流量計規(guī)格為G1600。用氣設(shè)備為7臺（額定熱功率總量為14.7MW）工業(yè)爐窯生產(chǎn)線。

筆者在用戶走訪中了解到，材料廠2是生產(chǎn)稀土的民營企業(yè)。由于在生產(chǎn)過程中要排放大量的工業(yè)廢物，2011年該廠迫于當(dāng)?shù)丨h(huán)保的壓力，不得不降低產(chǎn)量而只開1條生產(chǎn)線。這樣，用氣負(fù)荷幾乎全部集中在流量計（5%～10%）qmax區(qū)間內(nèi)，勢必造成較大的計量誤差。

總表計量問題同樣出現(xiàn)在B類用戶五星酒店鍋爐房。1臺型號為LWQZ－Ⅲ－150C渦輪流量計負(fù)責(zé)兩臺蒸汽鍋爐（3.15MW/臺）用氣計量。據(jù)酒店工程部經(jīng)理介紹，兩臺鍋爐一開一備，1號鍋爐為備用爐，只在2號鍋爐檢修時才啟用。這臺渦輪流量計按兩臺鍋爐負(fù)荷選型，實(shí)際上卻計量了一臺鍋爐用氣。

因此，對于額定熱功率在0.7MW以上的鍋爐以及工業(yè)爐窯生產(chǎn)線，如果條件允許，盡可能分表計量，以確保小流量時的計量精度。當(dāng)用戶現(xiàn)場環(huán)境難以滿足分表計量條件時，應(yīng)嘗試計量創(chuàng)新，例如可選用寬量程氣體計量裝置等。

5.3計量故障

①故障現(xiàn)象描述

用戶商住樓屬C類用戶，本次流量傳感器工況評估成績達(dá)99.52分，為綠色狀態(tài)，溫度傳感器運(yùn)行工況也為綠色狀態(tài)，但壓力傳感器有故障呈紅色報警，因此，該流量計整體工況狀態(tài)為紅色狀態(tài)。壓力值始終顯示為70kPa。

在用渦輪流量計型號為LWQZ－150－AZ，工況流量測量范圍32～650m³/h，始動流量為7.8m³/h，流量計規(guī)格為G400。用氣設(shè)備為1臺4.2MW常壓熱水鍋爐，負(fù)責(zé)商住樓冬季供暖。監(jiān)測系統(tǒng)報警后，筆者在現(xiàn)場確認(rèn)報警屬實(shí)，修正儀絕對壓力恒定顯示為70kPa。現(xiàn)場觀察與其同進(jìn)氣管道的其他流量計修正儀，顯示絕對壓力在105～107kPa區(qū)間波動。

②估算該傳感器故障帶來的計量損失

為簡便計算，正常絕對壓力值取下限105kPa。

根據(jù)氣態(tài)方程修正公式有：

式中 qf———壓力補(bǔ)償有誤的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)流量，m³/h

Zn———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體壓縮因子

Zg———工作狀態(tài)下的氣體壓縮因子

Tn———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，K，取293.15K

Tg———被測介質(zhì)的溫度，K

pf———壓力傳感器故障狀態(tài)下的絕對壓力顯示值，kPa

pn———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對壓力，kPa，取101.325kPa

qg———工況流量，m³/h

當(dāng)供氣壓力（表壓）小于100kPa時，本例可按AGANX－19計算壓縮因子值，取：

則式（2）變形為：

當(dāng)壓力參數(shù)為正常狀態(tài)時，有：

式中 qt———壓力參數(shù)真實(shí)時的標(biāo)況流量，m³/h

pt———壓力傳感器正常時壓力參數(shù)值，kPa

將式（3）代入式（4）并整理，有：

將pt=105kPa和pf=70kPa代入式（5），有：

即在qf=70kPa的故障值下，修正儀對工況流量錯誤修正，累計標(biāo)況體積造成的50%的氣量損失。如果該鍋爐每月用氣計量為10×104m³，則真實(shí)用氣量約為15×104m³。本例是C類用戶，對于A、B類用戶形勢會更為嚴(yán)峻。

同理，對于溫度傳感器故障，也可以類似估算。

借助于渦輪流量計計量風(fēng)險預(yù)警體系，我們先后發(fā)現(xiàn)了多起溫壓傳感器故障，由于處理及時、維修迅速，避免了公司氣量損失，并對那些規(guī)避計量的用戶起到了威懾作用。

6、結(jié)論

①建立以流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器運(yùn)行工況為主控對象的渦輪流量計計量風(fēng)險預(yù)警體系，明確計量風(fēng)險處理等級與信息反饋速度，提高流量計傳感器維修及時率。用先進(jìn)技術(shù)手段和管理制度來確保計量儀表的準(zhǔn)確計量落在實(shí)處。

②做好儀表選型和計量方式選擇工作，是保證計量準(zhǔn)確度的前提條件。對于中小工商用戶設(shè)備用氣，計量儀表選型時應(yīng)堅持羅茨流量計優(yōu)先原則；對于0.7MW以上的鍋爐以及工業(yè)爐窯生產(chǎn)線等用氣設(shè)備，因受諸多因素影響，用氣量變化較大，必須堅持分表計量原則；分表計量條件受限制時，應(yīng)堅持計量創(chuàng)新原則，拓展新的計量方式或試用新型計量儀表。