南控仪表--计量系统

解决方案

计量系统

2017年07月24日 14:31:21 作者：大新高宇

目前使用流量仪表测量蒸汽流量，测量介质都是指单相的过热蒸汽或饱和蒸汽。对于相流经常变化的蒸汽，肯定会存在测量不准确的问题。这个问题的解决方法是保持蒸汽的过热度，尽量减少蒸汽的含水量，例如加强蒸汽管道的保温措施，减少蒸汽的压力损失等，以提高蒸汽测量的准确度。然而这些方法并不能彻底解决蒸汽流量测量不准确的问题，解决这一问题的根本办法是开发一种可测两相流动介质的流量仪表。
    当蒸汽的工作状态偏离设计状态，流量示值将产生误差。对流量测量也产生影响，所以蒸汽流量的测量需要采取补偿措施，并且因蒸汽的状态变化补偿因素也比较复杂。过热蒸汽的密度由蒸汽的温度、压力两个参数决定，而且在参数的不同范围内，密度的表达形式也不相同，无法用同一通式表示，所以不能获得统一的密度计算公式，只能个别推导求得温度、压力补偿公式。在温度、压力波动范围较大的场合，除进行温度、压力补偿外，还需要考虑对气体膨胀系数的补偿。
    无论采用何种流量计检测饱和蒸汽的流量，在蒸汽压力波动的条件下工作，必须采取压力补偿措施，这是因为在流量方程中，都含有蒸汽密度的因素，工作条件与设计条件不一致时，读数会产生误差，误差的大小和工作压力与设计压力偏差的大小有关，P实>P设将出现负误差，否则将出现正误差。蒸汽的干度条件是关系到能否准确计量蒸汽流量的重要条件，目前正在研制在线蒸汽干度检测仪表，待干度仪表应用于蒸汽流量计量与补偿系统，必将进一步提高计量的准确性。目前应采取以下三项措施：(1)输送蒸汽的管路必须有良好的保温措施防止热量损失。(2)在蒸汽管路上要逐段疏水，在管道的最低处及仪表前的管道上应设置疏水器，及时排出冷凝水。(3)锅炉操作中应避免出现汽包液位过高现象，尽量减少负荷出现大的波动。

解决方案应用分析

饱和蒸汽流量仪表的选型对比
目前，工业用流量仪表种类多达60余种，主要有涡街流量计、差压式(孔板、均速管、弯管)流量计、分流旋翼式流量计、阿牛巴流量计、浮子式流量计等。而历史上还没有一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表，任何流量仪表都有它特定的适用性，也有其局限性。如果流量仪表选择不当，流量肯定测量不准。但流量测量是一种复杂的技术，而流量仪表种类繁多，即使针对某一确定的应用，选择一款合适的流量仪表也就变成一项技术性很强的工作，需要在做出最终选择之前仔细而深入地考虑和权衡许多与测量问题有关的因素。因此，仪表的正确选型是仪表正常使用的关键，实际应用中，太多的故障是由于仪表的选型不合理造成的，详细了解现场应用的工况条件及介质参数，选择合适的压力，温度，防护，防爆等级及材质，结构方式，以保证仪表能运行在最佳状态。
    蒸汽计量在选择流量仪表时应考虑5个主要因素：测量方法、性能要求和仪表规范、被测流体特性、环境条件、经济条件(购置费用、安装费用、运行费用、校验费用、维护费用)。在我们的实际工作中，无论工矿企业上是用于生产的集中供热工作中，使用最多的是孔板式(喷嘴式)流量计和涡街流量计，在此以这两种流量计为例加以比较说明

差压式流量计是由安装于管道中的流量检测件(即产生差压装置，简称一次仪表)产生的差压，已知的流体条件和一次仪表与管道的几何尺寸来计算流量的仪表，由差压装置、引压管和差压计三部分组成。这种以孔板流量计为代表的差压式流量计应用历史悠久、标准化程度高，应用十分普遍，可不必实流标定、差压显示仪表的标准化以及系列化和通用化程度高、理论精度高、应用范围广和适应性强、初始投资费用低。
但经过实际应用，发现孔板流量计也存在不足：
①应用中许多因素(设计参数与工况参数不符，上游直管段长度不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，锐角磨损等)对其测量精度有非常大的影响，使其测量误差增大，致使精确度降低。特别是要经常对差压变松器进行校验，以保证零点的准确，并经常对三通阀门进行检查，防止发生堵塞而导致的计量失准。
②安装工程量大，较为麻烦，且要求高，需经常维护及拆洗的工作量较大。
③需配差压变送器使用，增加了维护的工作量，另需敷设导压管，且在冬季需对导压管进行保温，不可以安装在室外。
④流量量程比为1∶3～1∶4范围度低，对小流量的测量困难，流量范围窄。
⑤压力损失较大，刻度非线性，运行费用高。
孔板流量计+差压变送器+压力变送器+智能单补偿流量积算仪+温度传感器（不用于积算，用于参考）
V锥流量计+差压变送器+压力变送器+智能单补偿流量积算仪+温度传感器（不用于积算，用于参考）

涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种新型流量计。70至80年代是涡街流量计迅速发展时期，开发出众多类型阻流体及检测性的涡街流量计，并大量投放市场。我国涡街在发展高峰期，曾达到数十家，应该说，涡街流量计尚属发展中的产品，但由于它具有其它流量计不可兼得的优点，使用涡街流量计的比例大幅度上升，已经广泛用于各个领域，将在未来流量仪表中占主导地位，是孔板流量计的理想替代产品。它具有以下特点：
①结构简单牢固，测量部分无可动部件，长期运行十分可靠。
②维护量少且维护十分方便，安装费用低。
③输出与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高，并方便与计算机联网。
④应用范围广，适用于各种气体、蒸汽和液体的流量测量。
⑤流量测量范围宽，量程比可达1∶10。
⑥压力损失小，运行费用低，更具节能意义。
⑦在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质和组分变化影响，仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体的体积流量无需补偿，调换配件后无需重新标定仪表的系数。
但涡街流量计也存在一定的局限性：
①涡街流量计是一种速度式流量计，漩涡分离的稳定性受流速影响，故它对直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D。
②测量液体时，上限流速受压损和气蚀现象限制，一般是(0.5～8)m/s。
③测量气体时，上限流速受介质可压缩性变化的限制，下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制，蒸汽是(8～25)m/s。
④应力式涡街流量计对振动较为敏感，故在振动较大的管道安装流量计时，管道要有一定的减震措施。
⑤应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器，故其受温度的限制，一般为(-40～+300)℃，测量温度不高于400℃，否则探头极易因老化而失准。
⑥抗电磁干扰和射频干扰差。
⑦当流体介质为两相流或者脉动流时对测量有影响。
涡街流量计（250度以下）+高温型压力变送器+智能单补偿流量积算仪+温度传感器（用于参考，不用于积算）

锅炉汽包液位测量系统

以下3D图出自南控仪表工艺工程师，锅炉汽包液位测量分析来自现场服务工程师与生产技术部联合阐述，希望能偶给大家在锅炉汽包液位测量时带来帮助。
保持锅炉汽包液位在正常范围内是锅炉运行的一项重要的安全性指标。由于负荷、燃烧工况及给水流量的变化，汽包液位会经常变化。众所周知，液位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化和带水，造成受热面结盐，严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损坏；液位过低会引起排污失效，炉内加药进入蒸汽，甚至引起下降管带汽，影响炉水循环工况，造成炉管大面积爆破。由于汽包液位测量和控制问题而造成的上述恶性事故的情况时有发生，严重影响火电厂运行的安全性。

锅炉运行中，我们是通过液位测量系统来监视和控制汽包液位的。当汽包液位超出正常运行范围时，报警系统将发出报警信号，保护系统将立即采取必要的保护措施，以确保锅炉和汽轮机的安全。因此，锅炉汽包液位计量系统是机组安全运行的极端重要的系统。

锅炉汽包液位测量系统示意图

影响汽包液位变化的因素
锅炉在运行中，液位是经常变化的。引起液位发生变化的原因主要是锅炉的外扰和内扰。当出现外扰和内扰时，将使蒸发设备的物质平衡关系(即蒸发量与给水量之间的平衡关系)发生破坏，或者工质状态发生变化(当锅炉压力变化时，水和蒸汽的比容发生变化)，从而造成汽包液位发生变化。汽包液位变化的剧烈程度，不仅与扰动量的大小有关，而且还与扰动速度有关。

锅炉汽包液位测量系统的基本要求根据锅炉汽包液位测量的重要性和测量技术的特点，锅炉汽包液位测量系统至少应满足下列基本要求：

1．准确性好众所周知，锅炉汽包液位相对主蒸汽压力、温度这类参数而言，并不是需要精确控制的参数，一般情况下，二个汽包液位测量示值偏差在30mm以内是可以接受的。而在正常条件下保持这样的精确度不是十分困难的。但是，由于汽包水位测量对象十分复杂，而汽包水位测量采用的联通管式或差压式测量原理，使得汽包压力和测量参比条件变化时会造成远远超出上述要求的非常大的误差。所以长期以来，保证汽包水位测量准确性一直是摆在我们面前的一个难点和关键问题。广州南控仪表控制设备有限公司通过差压式测量原理解决了这一难点！

2．维护性好锅炉汽包液位测量系统的维护应简单、维护工作量应尽可能少，而且应便于进行在线实际水位信号的保护联动试验等。

供热预付费控制系统

热电联产作为我国政府节约能源、治理大气污染的一项重点鼓励产业，广州南控仪表控制设备有限公司将石油行业的石油管道输送中的成熟经验，应用于供热行业的城市管网建设中。在供热管网的流量、压力、安全控制等方面的无线数据传输技术赢得了客户良好的口碑。

第一部分供热行业预付费系统研发背景及依据
1、供热行业背景
热电联产作为我国政府节约能源、治理大气污染的一项重点鼓励产业，广州南控仪表控制设备有限公司将石油行业的石油管道输送中的成熟经验，应用于供热行业的城市管网建设中。在供热管网的流量、压力、安全控制等方面的无线数据传输技术赢得了客户良好的口碑。随着各地热电联产、集中供热的快速发展，以及煤炭价格的节节攀升，一系列的计量收费问题逐步出现，应广大客户的要求，公司于2002年开始研发预付费系统并经过2-3年的逐步完善，在2005年正式应用于市场。

2、西森预付费系统主要解决的问题
2.1蒸汽计量损失大的问题
作为供热行业，从电厂管道出口开始计量到各个每个分户计量的总合计总是差别很大，有的供热公司差额甚至超过10%，很不正常。作为正常的输送损失如果在大流量前提下(流速15米/秒以上时)管道损失最多不应超过1.5%，如果超出1.5%的计量误差，那就表明有不正常的损失存在。管道损失出现大的误差主要出现以下几个方面：
a.正常的热量损失
蒸汽在管道中输送时，温度会逐渐下降，产生少量冷凝水，这部分冷凝水在分户计量中仪表无法计量，冷凝水的多少与蒸汽在管道中的流速有关系，流速越大，冷凝水越少，流速越小，冷凝水产生的则越多，属于正常损失。
b.计量仪表特性原因，造成的少计、漏计
目前在供热行业的蒸汽测量中，因为其温度高的原因没有很多流量计可以选择，主要使用涡街、孔板、V椎、弯管这四种流量计来计量。这四种流量计除了涡街、V锥能达到1：10—1：15的量程范围外，孔板、弯管流量计量程比为1：3。在流量计的测量范围之内，仪表都能保证测量的准确性，但是当使用流量低于流量计的测量下限时，仪表就会漏计甚至不计;当管道内流量超出仪表的测量范围时，流体会出现射流、流量仪表更是无法计量，仪表计量的数据远远小于实际流量。下图是一台DN100涡街流量计的误差与量程范围的关系图：

当用户使用量忽大忽小，波动很大时，那么总体计量误差就会加大，表现出来的是少计、漏计，自然是供热公司的损失，这种现象在生产企业最为明显。
c.恶意偷汽造成的
蒸汽价格从96年60元一吨一直到现在的300元一吨，用户想尽办法偷汽的情况也越来越多，手段也五花八门，主要的偷汽手段有以下几种：
1)、用大头针刺仪表信号线、造成温度、压力或者流量信号线短路，以达到偷汽目的。当温度信号短路时，温度显示常温，蒸汽密度下降，瞬时流量几倍的下降。压力、流量信号短路时直接显示测量值为零，致使流量不计或者密度下降。
2)、利用流量计测量范围特性，虚报用气量，造成供热公司流量计选型错误，使仪表长期在低下限流量或高上限流量工作。利用仪表的误差偷汽。
3)、贿赂供热公司的抄表或者维修人员，修改仪表参数致使仪表少计，以达到偷汽目的。
4)、恶意给计量仪表断电，使仪表在使用过程中不工作，从而偷汽。蒸汽价格高，使用量大，一旦出现恶意偷汽现象，损失数额巨大。
2.2恶意欠款及资金周转问题
蒸汽单价高，一般用户每个月都是几十万甚至上百万的费用，一旦遇到不良客户恶意欠款，供热公司将陷入被动局面。一方面煤炭见款发货，另一方面汽费收不回来，一旦形成包袱就会出现资金周转问题。预付费系统可以把钱先预收，利用这边资金可以组织煤炭的库存等。
3、西森预付费系统设计开发的依据
3.1、设计所依据的标准及规范
本方案提供的软硬件设备和技术均符合国家和地方的法律法规，并严格按照ISO9001质量保证体系的要求组织生产和提供技术服务，执行最新版本的国际标准、国家标准及行业标准和有关规范，符合环保要求。

所有计量单位均遵循国际单位制(SI制)。以下为常用参数的计量单位：

第二部分西森防盗型预付费控制箱功能介绍
西森防盗型预付费控制箱功能简介

●无线远传功能：

数据上传：西森防盗性预付控制箱，内置GPRS/CDMA无线传输DTU模块，可轻松将用户的瞬时流量、累计流量、温度、压力、余额、阀门开度、箱门开闭状态等信息上传到监控室的电脑。同时可结合上位机组态软件分析温度、压力、流量的异常以判断仪表故障，同时避免客户利用针刺信号线实施偷汽的行为，同时实现远程抄表功能。
指令下传：可以通过监控电脑，根据现场出现的意外情况，远程将阀门关闭、开启，不受任何距离限制。

●开箱门报警记录功能：

为避免客户串通检修、抄表人员开箱修改仪表系数，控制箱不仅设置有双锁设施，同时具有开箱报警功能。箱门一旦打开，系统自动上传开箱时间及状态，并记录下来，同时可以选择开箱报警拍照功能，将抓拍的照片自动上传或者短息提示管理层。

●历史曲线存储功能：

西森防盗型预付费控制仪全中文画面，同时可存储温度、压力、流量365天的历史记录，一旦出现意外纠纷可方便查询，同时避免客户作弊偷汽。

●报表功能：

控制仪具有自动报表功能，日报表、月报表、年度累计，方便查询抄表。

●充值记录显示功能：

记录每次充值记录，方便客户在现场核对查询。

●超量程关阀功能：

根据现场仪表的测量范围可设置超出量程范围关阀，在超出上限量程时，预付费控制仪会自动关小阀门，将流量控制在流量范围之内;在小于测量范围时或零流量时，可根据设定值自动关闭阀门。以防止用户恶意超量程偷汽行为。

●超量程自动补偿功能：

根据现场仪表的测量范围可设置超出量程范围自动补偿损失，在超出上限、下限量程时，预付费控制仪会自动根据设定要求进行补偿;用于补偿因超量程而造成损失。

●透支授权功能：

根据客户信用度，可任意设置透支授权额度，以避免在非工作时间因余额不足而关闭阀门给客户造成损失。

●余额不足报警功能：

充费于额根据客户用量设置报警值，提前通过声光报警提示用户，同时上传到上位机，通过供热公司服务人员电话告知用户，避免影响客户的正常使用。

●断电时间记录功能：

为避免用户通过断电的手段偷盗，控制仪设置有断电记录功能，可记录最近30次断电上电时间，方便查询。

●UPS后备电源功能：

系统设置后备UPS电源，可连续维持24小时以上的供电时间。并及时告知上位系统留意。

系统整体结构设计

热电联产作为我国政府节约能源、治理大气污染的一项重点鼓励产业，广州南控仪表控制设备有限公司将石油行业的石油管道输送中的成熟经验，应用于供热行业的城市管网建设中。在供热管网的流量、压力、安全控制等方面的无线数据传输技术赢得了客户良好的口碑。

根据客户要求可整体组网，每个站点通过连接1个无线传输模块，传输至数据中心服务器。监控系统构成如下图所示：

一、硬件部分：
监控主机：选用机架式U型服务器，包含1台冗余数据服务器、1台WEB服务器。(配置22寸液晶显示器)类型：企业级类别：机架式结构：4U
处理器：CPU类型：XeonE7420CPU频率：2130MHz，配2个XeonE7420处理器
最大处理器数量：4、制程工艺：45纳米、三级缓存：8MB、CPU核心：四核(Dunnington)
主板：FSB(总线)：1066MHz、扩展槽：7个PCI-Express插槽(4个x8,3个x4)
内存：内存类型：FB-DIMM、内存大小：2GB、最大内存容量：128GB
存储：硬盘大小：2*146GB、硬盘类型：SAS、硬盘最大容量：1.5TB
网络：网络控制器：4个嵌入式BroadcomNetXtremeIITM5708Gigabit5以太网卡,
接口类型：标准接口：后部:2个通用串行总线(USB)2.0端口,9针串行端口,视频接口,适合DRAC的千兆以太网接口,带有蓝/橙色LED指示灯的ID按钮、前部:2个通用串行总线(USB)2.0端口,带有系统警报滚动显示屏的LCD面板，15针视频接口,系统电源开/关按钮、内部:1个通用串行总线(USB)
二、系统软件构成：
用户监控画面与数据时，客户只要从网站输入用户自己指定的帐号与密码登陆即可。不论客户在何时何地，只要能上网，即可随时随地掌控监控数据。
主要功能有：
●24小时在线运行，实时采集各用户子站的温度、压力、流量和其他运行参数，实时监测每个采集计量仪表的运行情况，而现场采集计量仪表出现故障也可以在短时间内发现，并将故障时间纪录备案，避免计量方面的损失;
●进行整个管网数据的运行分析，具有强大的统计和数据库查询功能，可以查询任意用户任意时段内的用汽情况;实时有效的分析管线的管损情况;
●对用户端市电断电、采集参数异常的情况，进行报警，并记录备查;
●根据需要生成结算帐单(日报表、月报表和年报表)，并可以直接打印输出;
●图表曲线功能，可以直观的反映出各个用户的用汽情况;
●网络化设计，支持远程访问功能;
●实时数据库与关系型数据库的结合使用保证了数据的稳定性和安全性。

强大的软件功能结合高性能、低误码率的数传通信设备以及UPS不间断电源设计，保证了整个系统性能的稳定可靠。

污水计量系统

一、概述
当今时代，随着生产水平的提高，现代化生产规模不断扩大，涉及到的领域不断增多，所耗费资源的种类与数量迅速上升，因而带来了世界范围内严重的环境污染问题。随着我国乃到全世界对环境保护问题的重视，环境治理与保护的步伐不断加快，为了更有效地推进城市规划和污染治理等工作，就迫切需要对工业“三废”之一的污水排放加经综合管理与控制。因此，准确计量核定污水流量成为一项非常必要的基础工作。现在国内污水处理厂治理工业污水排放主要采用“泥水一体化”污泥处理处置技术，随时处理技术的不断更新，现在很多处理厂研究开发了以板框压滤机为主体的泥水一体化污泥处理系统，改变了传统的带式压滤脱水机和离心式脱水机的脱水只能达到污泥含水率80%左右的水平；结束了污水处理与污泥处理分家的传统方式；带动了污泥处理下游产业的发展；为发展循环经济、节能减排，实现污泥的减量化、无害化和资源化处理目标奠定了基础。本文着重讲一下西林自动化www.sisen.com.cn生产的FLDC系列电磁流量计、BST6600-LT系列法兰式压力变送器、XSFT系列流量积算仪、XSPI调节器、AD3800系列超声波液位计及雷达物位计在“泥水一体化”污泥处理技术中的应用。

二、污水厂“泥水一体化”工程计量系统安装图

此安装示意图仅作参考

此污水计量系统当中用到南控仪表生产的FLDC系列的污水流量计（电磁流量计）测量污水池总管道的进水流量、滤液机的进水口流量及出水口流量（每台滤液机用二台电磁流量计）；XSFT通用型流量积算仪安装于控制室里面，用于显示所有流量计的瞬时流量和累积流量；BST6600-LT系列单法兰压力变送器用于测量管道的压力（量程：0-2.5MPa和0-4MPa)，后接XSPI智能调节器，控制输出4-20mA调节变频器，从而控制管道的压力。
此外AD3800系列超声波液位计用于加药罐和搅拌罐的液位测量，量程有6米和8米），此环节由于罐内的搅拌杆存在，所以用AD3800系列超声波液位计测量液位存在误差，我司建议有经济能力的处理厂可以考虑使用南控仪表生产的AD113系列雷达物位计或者是BST6800-LT系列单法兰液位变送器来解决此问题。

三、现场安装图

污水处理池

污水进水管道DN200污水流量计
（此处安装的是南控仪表生产的FLDC系列污水流量计，衬里采用聚四氟乙烯，测量总管道进水口的流量）

板框压滤机滤液排水管道DN150污水流量计（电磁流量计）
（此处安装的是南控仪表生产的FLDC系列污水流量计，衬里采用聚四氟乙烯，主要是用于测量压滤机进水口和出水口的流量）