石化企業(yè)新鮮水計(jì)量準(zhǔn)確度影響因素分析

尹曉玲，張百軍，張辰

中國石油化工股份有限公司 濟(jì)南分公司（山東 濟(jì)南 250101）

能源統(tǒng)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)是能源計(jì)量[1]。準(zhǔn)確可靠的能源計(jì)量數(shù)據(jù)是企業(yè)節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)保證。石化企業(yè)能耗統(tǒng)計(jì)中，新鮮水計(jì)量是其重要的組成部分之一。以前，由于新鮮水性質(zhì)簡單、價(jià)值低，企業(yè)對其計(jì)量關(guān)注度較低，在計(jì)量統(tǒng)計(jì)中存在較多問題，計(jì)量原始差率通常較高。本文通過剖析中國石化濟(jì)南分公司（以下簡稱濟(jì)南分公司）新鮮水計(jì)量存在的問題，探討影響新鮮水計(jì)量準(zhǔn)確度的各項(xiàng)因素，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 新鮮水計(jì)量中存在的問題剖析

濟(jì)南分公司共有新鮮水計(jì)量點(diǎn)137 個(gè)，其中外購計(jì)量點(diǎn)3 個(gè)，外供動力計(jì)量點(diǎn)48 個(gè)，裝置間計(jì)量點(diǎn)89個(gè)，配備率94%，符合GB 17167—2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》的要求[2]。新鮮水計(jì)量儀表主要有超聲波、電磁、渦街、機(jī)械表等。通過了解新鮮水工藝流程、運(yùn)行工況及流量計(jì)計(jì)量特性等，分析影響新鮮水計(jì)量準(zhǔn)確度的難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)。

1.1 大口徑低流速無法計(jì)量

水流量測量難度不高，但也不是裝1 臺表就肯定能用得好。由于水的潔凈程度、流體工況條件各異，流量測量范圍懸殊，可靠性要求差異，不同的儀表選型對計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性影響較大[3]。對于石化企業(yè)，新鮮水用途分為兩大類：生產(chǎn)用水和生活用水。生產(chǎn)用水包括制化學(xué)水、循環(huán)水場補(bǔ)新鮮水、消防用水等。生活用水包括洗手、涮拖布等。濟(jì)南分公司很多新鮮水管線是消防用水與生活用水混用同一條管線，而且這一現(xiàn)象非常普遍。消防用水量大要求新鮮水管徑要粗（≥DN80 mm），而日常主要是間歇式生活用水，使用時(shí)實(shí)際流量很低，甚至有些只有0.02～0.10 m3/h。根據(jù)安全規(guī)定消防管線所配流量計(jì)不能隨意縮徑。但是現(xiàn)場配備的常規(guī)類型儀表如超聲波、電磁、渦街、機(jī)械表等當(dāng)口徑大于80 mm時(shí)，流量計(jì)可測的最小流量≥1.2 m3/h，因此無法滿足現(xiàn)場大口徑低流速的工藝狀況?！按篑R拉小車”工況使得平日水表基本不走數(shù)，導(dǎo)致新鮮水計(jì)量誤差太大。

1.2 新鮮水計(jì)量數(shù)據(jù)采集率及信息化不高

濟(jì)南分公司廠外生活區(qū)有很多用水的單位，分散在食堂、游泳館、老年活動中心等不同區(qū)域，各個(gè)區(qū)域距離既遠(yuǎn)又分散。由于46%新鮮水計(jì)量點(diǎn)選用了普通機(jī)械水表，因此新鮮水計(jì)量數(shù)據(jù)自動采集率不高，需要人工去現(xiàn)場抄表。人工抄表讀數(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很多大口徑流量計(jì)安裝在管井下，下井查看抄數(shù)讀表比較困難，各種因素造成了效率低、易讀錯(cuò)數(shù)據(jù)等問題，頻繁的開關(guān)井蓋還可能造成人員刮傷。由于新鮮水不能每天自動上傳數(shù)據(jù)，不便于新鮮水日常管理。

1.3 計(jì)量儀表安裝位置受限

為達(dá)到計(jì)量準(zhǔn)確，超聲波、電磁或渦街流量計(jì)等在安裝位置上游有縮徑、擴(kuò)徑、彎頭、T形三通、閥門、泵時(shí)，根據(jù)流量計(jì)的具體性能參數(shù)要保證足夠的直管段[4]。但是實(shí)際應(yīng)用中由于現(xiàn)場受空間所限，流量計(jì)前后直管段往往達(dá)不到安裝要求，容易造成液體流態(tài)不穩(wěn)定，以致出現(xiàn)計(jì)量偏差。

例如濟(jì)南分公司其中1 條DN400 mm 的黃河水進(jìn)廠管線外購水量占總外購水量的64%。該條管線交接流量計(jì)后端150 m 處有1 臺內(nèi)部跟蹤流量計(jì)。日常交接計(jì)量儀表選用了插入式超聲流量計(jì)。超聲流量計(jì)無活動部件，沒有磨損零件，無壓力損失，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便[5]，是新鮮水貿(mào)易交接常用儀表。為確保外購黃河水計(jì)量準(zhǔn)確，除日常采用內(nèi)部跟蹤表在線實(shí)時(shí)比對外，同時(shí)每年采用便攜式超聲波流量計(jì)對該表進(jìn)行在線校準(zhǔn)。2臺表的比對誤差基本穩(wěn)定在20 m3/h 以內(nèi)。2019 年底交接計(jì)量表平均瞬時(shí)流量突然比跟蹤表大約高50 m3/h，且交接流量計(jì)日常瞬時(shí)量波動很大(±25 m3/h)，而內(nèi)部跟蹤流量計(jì)瞬時(shí)流量非常穩(wěn)定(±5 m3/h)，見圖1。

圖1 外購新鮮水交接流量計(jì)與內(nèi)部跟蹤流量計(jì)瞬時(shí)量

為確定黃河水進(jìn)廠交接儀表和內(nèi)部跟蹤儀表2塊表計(jì)量偏差的真實(shí)原因，采用便攜式超聲波流量計(jì)多次在2 臺表附近的直管段上進(jìn)行了在線校準(zhǔn)。但是在線校準(zhǔn)顯示2 臺表的數(shù)據(jù)均在誤差范圍內(nèi)。后計(jì)量管理人員改變思路，創(chuàng)新性地在交接表與跟蹤表中間選取一段足夠長的直管段再次在線校準(zhǔn)，證實(shí)是交接表計(jì)量偏高。最后通過核查外購黃河水交接流量計(jì)歷史安裝位置圖紙才發(fā)現(xiàn)癥結(jié)所在。黃河水交接計(jì)量儀表安裝位置見圖2。

圖2 外購黃河水交接流量計(jì)現(xiàn)場安裝位置

從圖2看，交接流量計(jì)前有縮徑、后有三通。對于這種現(xiàn)場管線狀況，按照《超聲波流量計(jì)檢定規(guī)程》（JJG 1030—2007）要求流量計(jì)應(yīng)配備前直管段≥22D（8.8 m）、后直管段≥8D（3.2 m）[6]；按照儀表廠家提供的說明書要求超聲波流量計(jì)應(yīng)配備最短前直管段＞10D（4 m）、后直管段＞10D（4 m）。而實(shí)際上交接流量計(jì)前直管段4 m、后直管段1.5 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足安裝的技術(shù)要求。當(dāng)進(jìn)廠流量波動較大時(shí)，直管段不足容易導(dǎo)致儀表內(nèi)的流場不穩(wěn)定，從而增加交接表的計(jì)量誤差。

2 應(yīng)對措施及效果

針對上述3 個(gè)問題，分別采取了以下應(yīng)對措施并取得較好的效果。

2.1 復(fù)式子母表解決了大口徑低流速計(jì)量難題

通過上述分析，經(jīng)過多方了解，對DN80 mm 以上的新鮮水管線采用復(fù)式子母表計(jì)量。用水量較大時(shí)母表計(jì)量，用水量較小時(shí)子表計(jì)量。復(fù)式水表的量程范圍能夠覆蓋管道的實(shí)際流量，準(zhǔn)確性及可靠性較高，能夠充分滿足整個(gè)用水系統(tǒng)的精確計(jì)量和用水?dāng)?shù)據(jù)分析的需要。

復(fù)式水表俗稱子母水表，由大小2 種口徑的水表組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 復(fù)式子母水表內(nèi)部結(jié)構(gòu)

選取的水表DN80 mm 和DN100 mm 其子表采用DN20 mm 口徑的流量計(jì)；而DN150 mm 和DN200 mm其子表則采用DN40 mm的流量計(jì)。其工作原理是由流量轉(zhuǎn)換控制閥根據(jù)流經(jīng)水量的大小自動控制水流流過旁路小口徑水表或同時(shí)流過主路大口徑主水表。在用水量小時(shí)，流量轉(zhuǎn)換控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，由子表計(jì)量，母表不計(jì)量；當(dāng)流量超過一定值時(shí)，流量轉(zhuǎn)換控制閥開啟，母表子表同時(shí)計(jì)量；流量下降到一定值時(shí)，流量轉(zhuǎn)換控制閥又關(guān)閉，子表計(jì)量。這樣，通過流量轉(zhuǎn)換控制閥的自動控制，發(fā)揮了大小水表的計(jì)量功能。水表的計(jì)量讀數(shù)由2個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器記錄，流經(jīng)復(fù)式水表的水的總體積便是母表指示器讀數(shù)與子表指示器讀數(shù)相加而得出的體積之和。

復(fù)式水表解決了目前大口徑水表普遍存在的最小流量以下的低流量和超低流量水資源流失率較高的問題，其始動流量最小可測到0.01 m3/h。當(dāng)流量計(jì)低于1.3 m3/h時(shí)，子表計(jì)量；高于此瞬時(shí)流量時(shí)，母表子表同時(shí)計(jì)量，準(zhǔn)確計(jì)量范圍最大可測到350 m3/h。

從更新后的計(jì)量水表運(yùn)行狀況看，子母表的安裝有效提高了大口徑低流速下新鮮水計(jì)量準(zhǔn)確性，已改造的新鮮水點(diǎn)計(jì)量水量較以往同期增加5萬多t；同時(shí)有助于發(fā)現(xiàn)之前無法計(jì)量的管線漏點(diǎn)。例如外供亮卓公司的新鮮水表于2014 年12 月改造完畢。2015年1月至8月，平均每月消耗新鮮水900 t，最高時(shí)當(dāng)月耗量2 300 t，而實(shí)際當(dāng)時(shí)該公司只是生活用水。后陸續(xù)查到并堵塞兩處新鮮水漏點(diǎn)后，每月新鮮水耗量降至130 t。

2.2 無線抄表方案解決了計(jì)量數(shù)據(jù)采集難題

由于電子遠(yuǎn)傳水表可實(shí)現(xiàn)水流量信號的采集和數(shù)據(jù)處理、存儲和遠(yuǎn)程傳輸功能[7]，根據(jù)新鮮水表測點(diǎn)多、距離遠(yuǎn)且分散的特點(diǎn)，決定選用非接觸式、超低功耗短距離無線智能抄讀儀表方案解決新鮮水計(jì)量數(shù)據(jù)采集難題[8]。

帶有遠(yuǎn)傳模塊的儀表主動發(fā)送包含儀表計(jì)量信息的無線信號，由藍(lán)牙接收器接收后，通過藍(lán)牙信號轉(zhuǎn)發(fā)給手抄器，手抄器上使用專用軟件，可進(jìn)行抄表信息的管理，并可在抄表完成后由抄表員在現(xiàn)場將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，管理員可在辦公室下載數(shù)據(jù)，也可直接導(dǎo)入到手抄器的IZAR@NET 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和管理。無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)示意圖見圖4。

圖4 無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)示意圖

目前濟(jì)南分公司已更新安裝無線遠(yuǎn)傳新鮮水表共計(jì)60 塊，其中外供水表47 臺。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了水表數(shù)據(jù)自動上傳至藍(lán)牙及平板電腦，抄表人員無需下井操作，減輕了勞動強(qiáng)度。

2.3 更改外購新鮮水計(jì)量儀表安裝位置

在黃河水進(jìn)廠交接儀表和內(nèi)部跟蹤儀表2臺表中間選取了一段前直管段大于20D、后直管段大于10D的管段安裝了1臺新的超聲波流量計(jì)并投入正式交接。新外購的黃河水表投入運(yùn)行后，比舊表平均偏低30 m3/h。每年可為濟(jì)南分公司節(jié)約用水約22萬t，增加效益約100萬元。

3 結(jié)論

受工況、安裝以及儀表普遍智能化偏低等諸多因素影響，新鮮水計(jì)量往往存在較多問題。因此新鮮水計(jì)量中要嚴(yán)格把控儀表選型關(guān)，充分結(jié)合現(xiàn)場工藝狀況選擇合適的計(jì)量儀表。同時(shí)計(jì)量儀表的安裝應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范，留有充分的直管段以形成穩(wěn)定的流場。實(shí)踐證明，采取正確的應(yīng)對措施可以有效提高新鮮水計(jì)量統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，并為今后進(jìn)一步分析新鮮水計(jì)量差率提供依據(jù)。