李永軍,李建榮
(江蘇新海發(fā)電有限公司,連云港 222023)
2022年一季度,某發(fā)電廠總供汽量為144 284 t,對外售熱關(guān)口表總計為144 120 t,某洗衣廠用汽334 t,兩項合計為144 454 t,已超過公司總供汽量170 t,廠內(nèi)實際用汽量還有14 930 t,用汽量比供汽量多出15 100 t,數(shù)據(jù)明顯異常。
疫情期間,西線用戶停止用汽,為檢查西線關(guān)口表計量的準確性,3月13日,供熱組將位于廠外的西線供熱總門關(guān)閉,在沒有任何用戶的情況下,統(tǒng)計西線關(guān)口表在3月13日至31日18天時間空計了390 t。
東線管網(wǎng)經(jīng)過去年一年時間的專項整治,目前沒有明顯的泄漏,但一月份東線關(guān)口表與東線售熱量相差13 316 t,二月份相差9 150 t,如此巨大的管損是不真實的,數(shù)據(jù)存在矛盾。
結(jié)合2021年,整個供熱系統(tǒng)情況來看,供熱系統(tǒng)抽氣總量遠遠大于售賣量,在2022年度依舊沒有明顯好轉(zhuǎn),供熱管損異常居高,需要盡快分析并予以解決。
供熱系統(tǒng)概況:
公司2×330 MW機組有中壓(二抽來)和低壓(四抽來)兩路抽汽供熱,#15/16機組可以分別對外供汽,現(xiàn)有西線和東線兩條供熱管線,2×1 000 MW機組公用一個供熱母管經(jīng)過FT1561流量計與東線供熱母管連接,廠區(qū)內(nèi)供熱管線共裝設(shè)24套流量計,其中東線供熱以FT1554和FT1556(小旁路FT1556-1)作為關(guān)口流量(位于廠區(qū)東一道門北側(cè)),西線供熱分別以FT1559和FT1560作為關(guān)口表(位于油泵房區(qū)域內(nèi))。
1.1.1 流量儀表一次元件無法有效校驗,造成測量誤差
常年供熱儀表執(zhí)行定期校驗制度,但校驗范圍主要針對孔板、畢托巴流量計的測量二次表計開展,孔板、畢托巴流量計、渦街流量計一次測量元件均因為缺乏校驗手段沒有開展,可以說供熱儀表的計量準確性依然沒有得到有效驗證。
目前對于供熱流量計一次元件的校驗工作,經(jīng)過咨詢設(shè)備廠家及相關(guān)電廠,均沒有較好的方法,通常能做的工作只能是校驗一下二次表計。而一次元件校驗只能通過實拆流量計本體送回生產(chǎn)廠家或者具備校驗資質(zhì)的第三方校驗機構(gòu)實施,校驗完畢再送回現(xiàn)場安裝投用。實施起來難度較大,一方面大管徑流量計如480表計、630表計體型龐大,拆裝運輸都是問題,另一方面表計運輸一來一去需要時間,校驗單位校驗也需要時間(按部就班,不加班突擊),同時表計送校期間,對外供熱需要中斷,時間成本相當大,折騰不起,這也是相當數(shù)量供熱單位一次表計校驗工作存在的共性問題,難以解決。長期沒有校準手段,流量計測量的數(shù)值準確性就無法確認。
東浦480母管供熱關(guān)口流量(FT107)、一號門480母管供熱流量(FT1556)都安裝在供熱φ480管線上,F(xiàn)T1556表計安裝在一號門北側(cè),F(xiàn)T107表計安裝在鐵路橋下,物理位置FT1556相比FT107更加靠近抽氣端,理論上通過FT1556的流量值應該高于FT107,而通過智能抄表系統(tǒng)可以經(jīng)常看到,同一時間通過FT1556瞬時流量相比FT107要低,瞬時流量與FT107相差在2~5 t范圍內(nèi)不等。
FT1556流量計為渦街測量方式,其傳感器儀表是通過直通管與內(nèi)部傳感器相連,由于傳感器儀表不耐高溫(蒸汽溫度300度),為保證儀表不被管道內(nèi)部傳導高溫損壞,直通管不能進行保溫和伴熱,從而冬季時連通管會因低溫受凍造成流量計數(shù)值異常偏高,直到氣溫恢復到正常溫度時,該流量計才可以恢復正常測量狀態(tài),F(xiàn)T1556缺陷單顯示,異常時間1月29日到2月18日,在此期間,流量數(shù)值遠遠偏離正常值。每年冬季都有這樣的表計受凍過程,極易造成傳感器儀表測量失準,F(xiàn)T1556極有可能存在測量準確度失準的故障情況。
由于FT1556與FT107都安裝在同一供熱480管線上,可以通過有效比對發(fā)現(xiàn)問題,相信其他流量計也有可能存在類似情況,但沒有比對或校驗手段,無法確認供熱流量準確性,可能是造成管損異常的原因之一。
1.1.2 流量計原始設(shè)計參數(shù)不適應當前工況,造成關(guān)口計量誤差
通常流量測量儀表下限都存在著測量死區(qū),同時在蒸汽流量很小時流量表要克服干擾、變送器或傳感器的零漂影響或為保證流量計系統(tǒng)正常運行而設(shè)置了小信號切除功能,低于特定流量值時儀表按零值處理,高于此值時儀表正常運行,JJG 1003-2005《流量積算儀規(guī)程》規(guī)定:配套傳感器為標準節(jié)流裝置的,切除點應不大于設(shè)計工況下最大流量的8%;配套傳感器為其它類型的,傳感器切除點應不大于設(shè)計工況下最大流量的5%[1]。
(1)西線低壓供熱關(guān)口表FT1559原始設(shè)計偏離實際工況,小流量切除,造成計量誤差。
該線供熱用戶共計12家。初始設(shè)計時,流量計按照最大流量50 t,常用流量30 t,最小流量5 t參數(shù)配置,為渦街形式流量計。而現(xiàn)在供熱用戶已經(jīng)縮減到4家,其余8家均已停用。經(jīng)與實業(yè)公司現(xiàn)場了解,剩余的4個供熱用戶中,啤酒廠(啤酒)用戶最大流量在10 t/h左右,還是在旺季月份,平常流量在1~2 t/h,日用量很少;啤酒廠(麥芽)用戶,全年90%時間停用,偶爾用氣流量1 t/h不到;西大嶺澡堂不是全天開放,開放期間流量0.5 t/h,用氣時長很短;景悅食品日用流量<1 t/h,基本不用。
從2021-2022年經(jīng)營部發(fā)布的供熱統(tǒng)計表中,都可以得到數(shù)據(jù)驗證,4個用戶月用氣量很少,大部分時間加起來也就2~3 t/h的日用流量,遠遠小于初始設(shè)計的30 t/h常用流量,熱關(guān)口表FT1559初始設(shè)計流量參數(shù)和目前實際工況已經(jīng)發(fā)生明顯偏離,無論實際流量2 t或者3 t,只要小于關(guān)口流量表設(shè)計最小流量5/h,小信號切除,按零值處理計量(渦街流量計固有缺點:小流量狀態(tài)下無法產(chǎn)生穩(wěn)定的渦流信號,從而無法準確計量用氣量),久而久之,一年累計流量表差巨大,這也是全廠管損居高不下的可能原因之一。
(2)西線中壓出口總表FT16AZ2設(shè)計值偏離實際工況,造成測量值小于實際值。
流量計采用孔板測量方式,安裝在西線中壓供熱減溫減壓裝置后(#15爐給煤機平臺西側(cè)),該表初始設(shè)計量程范圍偏小,最大流量只有5 t,用汽量大時經(jīng)常有超量程情況,造成測量值小于實際值。
(3)百萬機組再熱冷段至分汽缸流量計設(shè)計值偏離實際工況,造成抽氣流量累計值偏小。
再熱冷段至分汽缸流量計(FT101、FT201),流量計設(shè)計參數(shù)為:壓力4 MPa,溫度373 ℃,最大流量160 t,最小流量16 t,為類孔板A+K流量計。
設(shè)計量程為160~16 t,量程比為10∶1,流量計的最小流量就是刻度量程的10%16 t。在16~160 t這個流量范圍內(nèi)流量計可以滿足有效測量。
由于季節(jié)因素及市場原因,目前供熱流量已偏離設(shè)計流量,尤其機組常態(tài)化深調(diào)低負荷狀態(tài)下,再熱冷段至分汽缸流量常態(tài)小于16 t,甚至于10 t以下乃至更小,一旦小于16 t,供熱邏輯自動進行小信號切除,按“0”值計算。按規(guī)范要求小信號切除點應不大于設(shè)計工況下最大流量的8%,我們已經(jīng)達到了10%,故造成抽汽流量累計值嚴重偏小,造成統(tǒng)計誤差。
小流量切除功能,就是流量計廠家為了規(guī)避當實際流量小于最小流量時,流量計傳感器無法形成有效測量環(huán)境,從而造成測量數(shù)據(jù)紊亂,無法提供有效測量數(shù)據(jù)而專門設(shè)置的。即使放開此功能,DCS顯示所測數(shù)據(jù)也不具有參考價值(目前DCS小流量切除邏輯已取消,但實時流量示值明顯不準確)。按照發(fā)電部提供的供熱流量排查統(tǒng)計,4月份和5月份抽汽端偏差分別為偏小4 008 t和4 870 t。
多臺流量計設(shè)計參數(shù)與當前工況不符,造成統(tǒng)計誤差,也是管損異常的可能原因。
供熱系統(tǒng)中,流量計的選擇是非常重要的,既要考慮關(guān)口表計量準確性,更要考慮流量計本身的壓力損耗,以保證供熱系統(tǒng)測量準確性,提高經(jīng)濟性。
流量計選用應盡可能滿足如下準則:
(1)流量儀表的重復性要好;
(2)流量測量系統(tǒng)的總準確度較高;
(3)流量計本身有相當強的流動調(diào)整能力,要求較短的直管段;
(4)總的永久壓力損失要小、耗能費要少;
(5)流量測量的量程比要較寬;
(6)流量計本身有自清掃能力,可測量臟污流體;
(7)流量計本身耐受流體腐蝕能力要強,性能要長期穩(wěn)定,可靠耐用;
(8)流量計本身故障率要小,維護與修理費用要少;
(9)流量計本身無可動部件,檢定周期較長,使用壽命較長[2]。
一般來說:溫度高于300 ℃、工藝管徑大于DN300時,可選用一體化標準噴嘴、畢托巴流量計、孔板流量計;
溫度低于300 ℃、工藝管徑小于DN300時可選用寬量程一體化標準噴嘴流量計、旋進流量計、渦街流量計。
1.2.1 大口徑供熱管路和流量計測量方式錯配不合理
(1)大口徑渦街流量計
渦街流量計原則上適用于300口徑以下的管路,隨著量程范圍增大,準確度下降。由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān),量程比范圍度僅1∶3~1∶4,好一點渦街傳感器量程比也只有1∶8~1∶10。這也是國外優(yōu)良品牌流量計沒有大口徑產(chǎn)品的原因所在,而國內(nèi)制造商為了占領(lǐng)大口徑渦街流量計市場只能以犧牲準確度和最小流量為代價,其最大缺點是小流量狀態(tài)下無法產(chǎn)生穩(wěn)定的渦流信號,這是它固有的取壓方式造成的,當實時流量小于流量計最小流量時,造成了關(guān)口計量的不確定性,也造成了很大的管損困擾。(上述我廠西線低壓供熱關(guān)口表FT1559已經(jīng)產(chǎn)生類似現(xiàn)象,具體表現(xiàn)已經(jīng)論述)。
渦街流量計在大口徑管路上計量準確性不高。
(2)大口徑孔板流量計
孔板類流量計(含平衡流量計),采用孔板以內(nèi)孔銳角線來保證精度,對腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感,孔板入口邊緣磨損,精度逐漸喪失,性能不穩(wěn)定,需要定期標定。ISO5167-2003 規(guī)定:入口邊緣 G 應為尖銳的,入口邊緣的圓弧半徑應小于 0.000 4 d。實際在使用中無法保持孔板幾何尺寸不變,長期使用精度難以保證,需每年拆下強檢。由于眾多因素的影響錯綜復雜,精確度難于提高。同時安裝方式法蘭連接,非常容易發(fā)生跑、冒、滴、漏的問題,增加了人工維護工作量,也減少了正常供氣時段。
大口徑孔板流量計測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平。
(3)大口徑畢托巴流量計
國有企業(yè)或國有資本是我國經(jīng)濟的重要引擎和主導力量,近年來,國有資本向關(guān)系國家經(jīng)濟命脈、國家安全的重要行業(yè)集中,但對一般性或競爭性實體行業(yè)的經(jīng)營和投資持續(xù)弱化,造成投資不足,國有企業(yè)在大部分行業(yè)中并沒有發(fā)揮促進產(chǎn)業(yè)融合、改善產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)的功能, 建議加快完善國有企業(yè)治理結(jié)構(gòu)和考核機制。
畢托巴流量計采用飛機空速管原理設(shè)計,一次元件傳感器采用Φ20~Φ50不銹鋼制成(不同介質(zhì)選用特種鋼1Cr18Ni9Ti等),可耐介質(zhì)最高溫度650 ℃,介質(zhì)最高壓力32 MPa,由于取壓頭采用V型斜面設(shè)計,截面積很小,在介質(zhì)管道中基本無壓力損耗,具有自防堵功能,可有效防止異物顆粒物堵塞,能長時間保持測量精度。對于氣體流速在4 m/s以上,液體流速在0.2 m/s以上,流量在0.2 t/h~50 000 t/h的介質(zhì)都能夠精確測量,在2%~100%的量程規(guī)模準確度為0.2%,具有良好的線性度和重復性。對介質(zhì)管道截面的幾何形狀無要求,圓形、橢圓形、長方形、方形、棱形、三角形、梯形等均適用,對低流速、小流量、大管徑流量測量作用尤佳。
通過分析比較,大口徑流量計中,渦街流量計準確度方面性能較低,畢托巴流量計性能較高。
我廠的 FT1556(480管道)、FT1556-1(480管道)、FT1559(325管道)渦街流量計分別安裝在480管路和325管路上,屬于大口徑渦街流量計,其計量準確性和工況適應性,尤其最小流量工況測量,無論采用小信號切除或者不采用,都不能對供熱系統(tǒng)實際流量進行準確測量,是造成我廠供熱管損居高不下的可能因素之一,為避免供熱數(shù)據(jù)紊亂,對外結(jié)算造成誤判,須采用寬量程尤其能對小流量精確測量的流量計,進行選型調(diào)整。
1.2.2 大口徑供熱管路和流量計壓力損耗適配問題上,存在錯配現(xiàn)象,造成管損誤差
壓力損失的大小是流量儀表選型的一個重要技術(shù)指標。壓力損失小,流體能量消耗小,輸運流體的動力要求小,供熱成本低。反之則能耗大,造成管損統(tǒng)計異常,經(jīng)濟效益相應降低。
(1)孔板類流量計供熱壓損分析
供熱系統(tǒng)中孔板類流量計永久性壓力損失很大,這是由孔板類流量計取壓方式所決定的.供熱壓損通常選用模型:以維持一臺孔板流量計正常運行,水泵電動機需要附加動力克服孔板的壓力損失來說明,通過壓力損失和流量計算轉(zhuǎn)化為附加耗電量,折算出需消耗電量度數(shù),直觀的折合成人民幣數(shù)值,這也稱為孔板流量計的附加運行費用。
供熱系統(tǒng)孔板類流量計過多,無形中會造成業(yè)主方巨大的供熱損耗,影響供熱經(jīng)濟性。
假設(shè):測量介質(zhì)為過熱蒸氣,管徑為Φ219*6(mm),壓力為0.8 MPa,溫度為210℃,在此溫度、壓力下其蒸氣密度為3.74 kg/m3,流量為20 t/h時,該工況下,蒸氣體積流量為:
Qv=20×1 000/3.74≈
5 347.59 m3/h =1.485(m3/s)
使用孔板類流量計測量,其壓差為50 kPa,β=0.5,則產(chǎn)生的壓損:PPL0=0.5×50=25(kPa)。
假設(shè)1臺電動機效率η=0.8,
孔板類流量計損失的功率為:Hp=1.485×25/0.8=46.4(kW)
假設(shè)每度電的電費為0.5元,每年孔板類流量計的能耗換算成電費=365×24×46.4×0.5≈203 232(元)
(2)畢托巴流量計壓損分析
由于畢托巴流量計取壓頭采用V型斜面設(shè)計,截面積很小,在介質(zhì)管道中基本無壓力損耗,壓力損失系數(shù)(0.03)比孔板類的壓力損失系數(shù)(0.5)小一個數(shù)量級,所以畢托巴流量計的壓損和孔板類的壓損相比是微乎其微的,在相同的差壓下畢托巴流量計壓損和孔板類壓力損失比約為1∶16。
假設(shè):測量介質(zhì)為過熱蒸氣,管徑為Φ219*6(mm),壓力為0.8 MPa,溫度為210 ℃,在此溫度、壓力下其蒸氣密度為3.74 kg/m3,流量為20 t/h。
該工況下,蒸氣體積流量為:
Qv=20×1 000/3.74≈
5 347.59 m3/h =1.485(m3/s)
同樣條件下使用畢托巴流量計的差壓為10 kPa,β=0.03,則產(chǎn)生的壓損:
PPL1=0.03×△P=0.03×10=0.3(kPa)
假設(shè)1臺電動機效率η=0.8,則畢托巴流量計損失的功率為:
Hp=1.485×0.3/0.8=0.557(kW)
假設(shè)每度電的電費為0.5元,則每年畢托巴流量計的能耗換算成電費=365×24×0.557×0.5≈2 440(元)。
綜上綜述:每年孔板類流量計的能耗換算成電費約為203 232(元),每年畢托巴流量計比孔板類節(jié)省的運行費用為203 232-2 440=200 792(元),畢托巴流量計與孔板類流量計的運行費用比為1.2∶100。
畢托巴采用非收縮節(jié)流設(shè)計,和孔板類流量計比較,永久壓損降低了94%,運行費用降低98.8%,畢托巴流量計在運行使用中節(jié)能降耗上有較大優(yōu)勢。
渦街流量計壓力損耗一般是巴類的3~5倍。
(1)加裝表計旁路定期校驗關(guān)口表記,發(fā)現(xiàn)異常排查處理。定期采用旁路表計進行流量比對,檢測流量計計量準確性。相當于1∶1配置現(xiàn)場儀表,旁路直管段要求高,加之材料成本、安裝成本,總體費用較高,無法校驗一次元件依然是個問題。
(2)不校驗,直接進行流量計設(shè)備定期更換,以更換設(shè)備代替校驗。按照供熱流量計選性原則,充分考慮計量準確性、節(jié)能性、合適的量程比要求,對現(xiàn)有表計進行更換,一次更換費用較3.1.1方案略有節(jié)省,但須保證5~6年更換一次,長期成本依然較高。
(3)采用“便攜式流量測量裝置”進行比對校驗,發(fā)現(xiàn)問題,排查處理。采用便攜式流量測量裝置,通過安裝校驗球閥和校驗法蘭,直接對現(xiàn)場表計開展比對校驗,一次測量元件準不準,一目了然。此方案更貼近實際,成本最低,能夠快速提供表計性能排查數(shù)據(jù),對我廠管損居高不下問題分析提供決策依據(jù)。同時也使今后的供熱表計校驗工作周期化、完善化、準確化。
便攜式流量計設(shè)計初衷并為考慮用于校驗流量計一次元件準確性,但其性能和便攜性對于我廠開展流量計比對校驗,完全適用,簡單方便,可靠性高,可以有效解決大口徑流量計無法校驗的實際困難。
綜上所述,采用“便攜式流量測量裝置”進行比對校驗,更為合理。
便攜式流量測量方案推進具體措施:
在現(xiàn)有供熱關(guān)口流量計一次元件無法實施有效校驗的情況下,采用便攜式流量測量方案,以有效檢測現(xiàn)有各關(guān)口表計的計量準確性,為整個管損分析提供可靠的源頭分析數(shù)據(jù)。
具體如下:
在我廠需要重點監(jiān)測的表計如關(guān)口表附近,預裝校驗球閥及便攜式校驗裝置安裝法蘭,正常情況下球閥關(guān)閉,法蘭封口。當按照流量計校驗周期需要校驗時,聯(lián)系發(fā)電部降壓(在線拔插)或者停氣(更安全),解開法蘭封口,打開球閥,將便攜式流量校驗裝置按刻度(保證插深)插入對應管路,則可利用便攜式計算機展開對預設(shè)表計的流量測定工作。當所有數(shù)據(jù)錄取完畢,再通知發(fā)電部降壓(在線拔插)或者停氣(更安全),將便攜式校驗裝置拔出,關(guān)閉球閥,封閉校驗法蘭。從計算機導出測量數(shù)據(jù)與被校儀表測量值進行比對,完成流量計一次元件校驗工作。如此推進,直至所有應校表計全部校驗完成。示意圖如下:
采用寬量程比、壓損小、計量準確性高(小流量可以準確計量)的流量計結(jié)合現(xiàn)場實際供熱參數(shù)要求予以替換,從根本上消除這幾套流量計的測量弊端,這是見效最快的降低管損措施。
孔板類流量計在各種流量計中,壓力損耗最大。渦街流量計壓力損耗一般是巴類的3~5倍,在相同的差壓下孔板類和畢托巴流量計壓力損失比約為16∶1。供熱蒸汽尚未出廠,經(jīng)過如此多的孔板節(jié)流,供熱壓力損耗不可謂不大,如果開展針對性詳細數(shù)據(jù)分析,一年的供熱損耗可以用“驚人”來形容。通過對我廠各型流量計針對性數(shù)據(jù)分析,我廠供熱損耗目前現(xiàn)狀來看,可以改善提升的空間很大。
目前我廠大口徑孔板類流量計(含A+K平衡流量計DN300以上)有8套,占到了大口徑總數(shù)的50%。清單如下:
(1)#15機低壓抽汽流量FT1502(φ530孔板)
(2)#16機低壓抽汽流量FT1502(φ530孔板)
(3)東線低壓減溫器后流量 FT106關(guān)口表(φ630孔板)
(4)東浦線關(guān)口FT107(DN480)東線關(guān)口表FT106D(N630孔板)
(5)#1機再熱冷段抽汽管道蒸汽流量計FT101(Φ426 A+K平衡流量計)
(6)#2機再熱冷段抽汽管道蒸汽流量計FT201(Φ426 A+K平衡流量計)
(7)東線中壓抽汽母管流量FT1551(φ325)
(8)東線低壓供熱至紅農(nóng)線FT1555(φ325孔板暫未投用)
從節(jié)能角度出發(fā),有效降低供熱管損,在全面檢測孔板流量計性能前提下,采用寬量程比、壓損小、計量準確性高(小流量可以準確計量)的巴類流量計進行流量計節(jié)能優(yōu)化改造,對于供熱系統(tǒng)節(jié)能降耗可以起到事半功倍的效果,較為緊迫。
利用供熱用氣低谷,逐步實施對孔板類流量計的節(jié)能換型改造,有效降低各孔板對供熱壓力的異常損耗,以實現(xiàn)降耗提效的供熱目標。同時實現(xiàn)對我廠供熱系統(tǒng)流量計多品種、多品牌的有效整合,著力消除不同流量計本身在不適工況下的自身誤差以及測量誤差,改變流量計品種混雜現(xiàn)狀,逐步實現(xiàn)我廠供熱系統(tǒng)流量計一體化進程,統(tǒng)一誤差、統(tǒng)一校驗、統(tǒng)一維護、統(tǒng)一管理,有效解決供熱管損長期居高不下的不利局面,創(chuàng)建火電企業(yè)標桿供熱管理系統(tǒng)。
通過某電廠供熱管損居高原因分析以及相關(guān)應對措施的策略研判,不僅能夠大大提高系統(tǒng)流量計的測量準確性,降低供熱管損,還通過流量計降低壓力損耗的節(jié)能改造,大幅降低了熱能浪費,提高了供熱系統(tǒng)運行合理性和經(jīng)濟性,降低了維護成本及維護工作量。對于同類型機組供熱系統(tǒng)節(jié)能降耗有著良好的借鑒作用。但各電廠各自流量計等設(shè)備狀況以及供熱策略、系統(tǒng)智能化配置等情況各不相同,需要做更加細致的研究,使供熱系統(tǒng)節(jié)能降耗更加貼近實際。