智慧供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)行核查方法研究

方修睦 楊大易 周志剛

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱;2.哈爾濱中冕智慧能源科技有限公司,哈爾濱)

0 引言

智慧供熱系統(tǒng)由供熱物理設(shè)備網(wǎng)、供熱物聯(lián)網(wǎng)和智慧供熱平臺(tái)組成。智慧供熱打破了傳統(tǒng)供熱的經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)決策的方式,以數(shù)據(jù)分析為切入點(diǎn),由經(jīng)驗(yàn)和流程驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)在一定條件約束下對(duì)供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的最優(yōu)決策方案及智能控制策略。

供熱物理設(shè)備網(wǎng)分布在城市的各個(gè)角落,需要在每一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域,通過大量的計(jì)量器具(又叫做測(cè)量?jī)x器,本文稱為計(jì)量器具)將物理設(shè)備網(wǎng)運(yùn)行中產(chǎn)生的隱性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成顯性數(shù)據(jù),用來監(jiān)督供熱系統(tǒng)的運(yùn)行及進(jìn)行運(yùn)行決策和智能控制。高質(zhì)量數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)分析的前提和分析結(jié)論可靠性的保障。數(shù)據(jù)質(zhì)量低將導(dǎo)致源于數(shù)據(jù)形成的知識(shí)和決策產(chǎn)生錯(cuò)誤,直接影響智慧供熱的決策結(jié)果和控制效果。

影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素多與數(shù)據(jù)采集及傳輸環(huán)節(jié)有關(guān)。數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)的質(zhì)量問題,如接口數(shù)據(jù)及時(shí)率低、接口數(shù)據(jù)漏傳、數(shù)據(jù)包丟失、文件傳輸方式錯(cuò)誤、傳輸協(xié)議使用不當(dāng)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不完整等問題,容易被識(shí)別。可通過采用合理的數(shù)據(jù)清洗方法及保障數(shù)據(jù)完整可靠的技術(shù),使殘缺的數(shù)據(jù)完整,將錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)糾正、多余的數(shù)據(jù)去除,進(jìn)而保證傳輸環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、有效性。數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的問題,往往與計(jì)量器具的質(zhì)量、工作條件及工作狀態(tài)有關(guān)。出廠檢驗(yàn)合格的計(jì)量器具,安裝使用后,由于選型不當(dāng),經(jīng)常出現(xiàn)“大馬拉小車”或“小馬拉大車”現(xiàn)象;由于現(xiàn)場(chǎng)安裝使用條件偏離了計(jì)量器具的技術(shù)要求,使得實(shí)際使用時(shí)其準(zhǔn)確性無(wú)法保證;在使用一段時(shí)間后,計(jì)量器具本身性能也會(huì)發(fā)生變化;不斷出現(xiàn)的各種作弊手段,如人為修改儀表系數(shù)、制造強(qiáng)磁場(chǎng)干擾等,使得計(jì)量的數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離真實(shí)結(jié)果?，F(xiàn)有的供熱企業(yè)缺少懂儀表、懂弱電、懂計(jì)算機(jī)的人員,導(dǎo)致異常的計(jì)量器具問題不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn),很多企業(yè)安裝的計(jì)量器具帶病工作,測(cè)量數(shù)據(jù)可信度低。實(shí)際運(yùn)行的物理設(shè)備網(wǎng)中有的計(jì)量器具拆卸困難(如大口徑的流量計(jì)拆卸安裝成本較高),且很難為檢查計(jì)量器具的性能而停止系統(tǒng)運(yùn)行。目前缺少能在使用現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的簡(jiǎn)單、有效的檢測(cè)方法或設(shè)備來對(duì)運(yùn)行的計(jì)量器具性能進(jìn)行評(píng)估。

本文從計(jì)量的基本概念出發(fā),討論計(jì)量器具的檢定、校準(zhǔn)及運(yùn)行核查的區(qū)別,研究智慧供熱系統(tǒng)計(jì)量器具在線運(yùn)行核查方法,為及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作異常的計(jì)量器具、確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性提供理論指導(dǎo)及技術(shù)支撐。

1 檢定、校準(zhǔn)及運(yùn)行核查的區(qū)別

目前供熱物理設(shè)備網(wǎng)中使用的計(jì)量器具數(shù)量雖然巨大,但種類較少,主要有熱量表、流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器和電能表幾種。從用途上分,這些計(jì)量器具又可分為貿(mào)易結(jié)算表、安全防護(hù)儀表、運(yùn)行管理儀表。為保證不同用途的計(jì)量器具工作狀態(tài)良好、測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,需要根據(jù)計(jì)量器具的用途,采取不同的檢測(cè)方式對(duì)計(jì)量器具的工作狀態(tài)進(jìn)行判定,這涉及到檢定、校準(zhǔn)和運(yùn)行核查的概念及區(qū)別。

1.1 檢定

檢定是經(jīng)過政府授權(quán)的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)依法對(duì)國(guó)家依法管理目錄中的相關(guān)計(jì)量器具的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等性能進(jìn)行評(píng)估時(shí)所開展的工作,是查明和確認(rèn)計(jì)量器具符合法定要求的活動(dòng)[1]。檢定是進(jìn)行量值傳遞的重要形式,對(duì)于保證量值準(zhǔn)確有著非常重要的作用。檢定依據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程(JJG),通過實(shí)驗(yàn)確定計(jì)量器具的示值誤差是否符合要求,超出JJG規(guī)定的量值誤差范圍為不合格,在規(guī)定的量值誤差范圍之內(nèi)則為合格。合格的給與檢定證書,不合格的出具檢定結(jié)果通知書(見圖1)。檢定具有明確的法律約束性及公正性[2]。出具的檢定證書及數(shù)據(jù),是一種計(jì)量仲裁的依據(jù)?！吨腥A人民共和國(guó)計(jì)量法(2018修正)》規(guī)定,用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的列入強(qiáng)制檢定目錄的工作計(jì)量器具,實(shí)行強(qiáng)制檢定。未按照規(guī)定申請(qǐng)檢定或者檢定不合格的,不得使用[3]。

圖1 工作計(jì)量器具的檢驗(yàn)、校準(zhǔn)及核查的區(qū)別

國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局2020年10月26日發(fā)布的《實(shí)施強(qiáng)制管理的計(jì)量器具目錄》中,將用于供熱貿(mào)易結(jié)算的DN15～DN50熱量表、DN300及以下的流量計(jì)、電能表及用于安全防護(hù)的壓力變送器和壓力傳感器都列入了強(qiáng)制檢定目錄。

1.2 校準(zhǔn)

校準(zhǔn)是在規(guī)定條件下,為確定計(jì)量器具或計(jì)量系統(tǒng)所指示的量值,或?qū)嵨锪烤呋騾⒖嘉镔|(zhì)所代表的量值,與相對(duì)應(yīng)的由標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作[1]。校準(zhǔn)依據(jù)國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范(JJF)或JJG,通過與精度較高的標(biāo)準(zhǔn)器具比對(duì)測(cè)量,得到被檢計(jì)量器具相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器具的誤差。

校準(zhǔn)不需要像檢定那樣判斷計(jì)量器具是否合格。校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)提供的校準(zhǔn)證書中,給出的是計(jì)量器具示值的修正值(見圖1)。校準(zhǔn)結(jié)果一般不具有強(qiáng)制性和公證作用。但是當(dāng)用戶明確告知使用目的,或給出計(jì)量要求時(shí),校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)可以根據(jù)已知的計(jì)量要求或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判斷被校計(jì)量器具合格與否。校準(zhǔn)是檢定的技術(shù)組成部分,是評(píng)價(jià)計(jì)量器具計(jì)量性能的技術(shù)過程。計(jì)量器具是否適用,需要測(cè)量設(shè)備用戶利用校準(zhǔn)結(jié)果與計(jì)量要求進(jìn)行比較,并進(jìn)行計(jì)量驗(yàn)證。用戶可根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果,確認(rèn)該計(jì)量器具是否滿足使用要求[4],確定該計(jì)量器具是否可用。

國(guó)內(nèi)熱電廠與供熱公司之間進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算用的大口徑熱量表或供熱用的大口徑流量計(jì)未列入強(qiáng)制檢定目錄?！吨腥A人民共和國(guó)計(jì)量法(2018修正)》規(guī)定,使用單位應(yīng)當(dāng)自行定期檢定或者送其他計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定[3]。目前國(guó)內(nèi)具備檢定大口徑熱量表或流量計(jì)能力的單位較少,加之這些表具拆卸工作量較大、拆卸安裝成本高,成為檢定的難點(diǎn)。對(duì)這些計(jì)量器具,應(yīng)在有檢測(cè)能力的單位完成首檢后,在使用期間,在被測(cè)計(jì)量器具不離開現(xiàn)場(chǎng)的情況下進(jìn)行校準(zhǔn),確認(rèn)其在實(shí)際運(yùn)行條件下流量測(cè)量系統(tǒng)(包括流量計(jì)、前后直管段、介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)等)誤差等計(jì)量特性參數(shù)是否在預(yù)期的允許范圍內(nèi)。流量計(jì)的在線校準(zhǔn),通常是在校準(zhǔn)條件與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用條件充分一致的情況下進(jìn)行的,其目的是真實(shí)反映整套測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際工況下的計(jì)量特性,可采用流量標(biāo)準(zhǔn)裝置法、示蹤法和速度面積法進(jìn)行校準(zhǔn)。

目前在線校準(zhǔn)檢測(cè)的是單臺(tái)計(jì)量器具,檢測(cè)數(shù)據(jù)可以現(xiàn)場(chǎng)讀取,也可將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)的計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)。

1.3 運(yùn)行核查

檢定及校準(zhǔn)是通用計(jì)量術(shù)語(yǔ),而運(yùn)行核查則不是。運(yùn)行核查的概念與“驗(yàn)證”定義相似。在GB/T 19000—2016《質(zhì)量管理體系 基礎(chǔ)和術(shù)語(yǔ)》中將驗(yàn)證定義為:通過提供客觀證據(jù)對(duì)規(guī)定要求已得到滿足的認(rèn)定。運(yùn)行核查一詞最早出現(xiàn)在CJJ/T 223—2014《供熱計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)規(guī)程》中,是指在實(shí)際運(yùn)行條件下,對(duì)計(jì)量器具完好狀態(tài)進(jìn)行的檢查核對(duì)[5]。運(yùn)行核查依據(jù)產(chǎn)品性能指標(biāo)及使用單位的計(jì)量要求,通過與基準(zhǔn)計(jì)量器具比對(duì)測(cè)量或利用供熱系統(tǒng)的機(jī)理和設(shè)備(部件)、被核查計(jì)量器具的相關(guān)參數(shù)變化來判斷被核查計(jì)量器具的工作狀態(tài),驗(yàn)證或評(píng)估計(jì)量器具測(cè)量值等性能仍保持或已超過原校準(zhǔn)值等性能范圍,為是否仍可繼續(xù)使用或需進(jìn)一步檢查提供依據(jù)。運(yùn)行核查包括工作條件核查和技術(shù)性能核查2種。

1) 工作條件核查主要是核查所安裝的計(jì)量器具要求的工作條件是否滿足,這是保證計(jì)量器具正常工作的基礎(chǔ)。以流量計(jì)為例,目前在供熱行業(yè)應(yīng)用最多的超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室檢定時(shí)采用水進(jìn)行檢定,環(huán)境條件受控、流體流速穩(wěn)定、直管段滿足要求;而流量計(jì)安裝現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境條件無(wú)法控制、流體流速時(shí)常變化、安裝直管段差別較大,這些因素直接影響測(cè)量結(jié)果。根據(jù)計(jì)量學(xué)的基本原則(特性相同性原則和過程相同性原則)[6],受速度分布明顯影響的流量計(jì),應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注實(shí)際安裝的流量計(jì)的直管段,連同直管段一起核查。因此工作條件核查除核查流量計(jì)要求的工作環(huán)境(如溫度、濕度)是否滿足要求外,主要關(guān)注流量計(jì)上下游的直管段是否滿足說明書的要求。

① 直管段長(zhǎng)度:如使用說明書中沒有規(guī)定,則流量計(jì)應(yīng)安裝在離任何上游擾動(dòng)部件至少10倍管徑和離任何下游擾動(dòng)部件至少5倍管徑的直管段中[7]。對(duì)于在不同阻力構(gòu)件附近安裝的流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果,可采用式(1)進(jìn)行修正,以獲得與初始檢定準(zhǔn)確度最接近的測(cè)量準(zhǔn)確度。

Gs=γG0

(1)

式中Gs為修正后的流量,m3/h;γ為安裝條件修正系數(shù);G0為流量計(jì)顯示的流量,m3/h。

表1為在實(shí)驗(yàn)室利用標(biāo)準(zhǔn)熱量表檢定臺(tái)測(cè)量的安裝條件修正系數(shù)。被檢流量計(jì)為0.5級(jí)便攜式超聲波流量計(jì),超聲波流量計(jì)測(cè)量誤差已根據(jù)檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正。試驗(yàn)條件見圖2。后直管段長(zhǎng)度L2≥20倍管徑。

表1 安裝條件修正系數(shù)

圖2 試驗(yàn)管段

② 流量計(jì)上下游的直管段是否內(nèi)壁清潔、無(wú)明顯凹痕、積垢和起皮等現(xiàn)象。

③ 流量計(jì)上下游直管段的管道內(nèi)徑與流量計(jì)測(cè)量管徑的偏差是否滿足要求。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明[8],管道內(nèi)壁的厚度減少0.5 mm,測(cè)量結(jié)果將偏移0.37%,內(nèi)襯材料的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響范圍為±(0.5%～0.7%)。在生產(chǎn)廠家沒有具體規(guī)定的情況下,流量計(jì)上下游直管段的管道內(nèi)徑與流量計(jì)測(cè)量管徑的偏差應(yīng)小于3%。

2) 技術(shù)性能核查主要是核查計(jì)量器具規(guī)定的技術(shù)性能是否達(dá)到或發(fā)生變化,這是保證計(jì)量器具測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的基本條件。運(yùn)行核查不判斷計(jì)量器具的準(zhǔn)確度合格與否,也不判斷測(cè)量值是否超差,只評(píng)估或驗(yàn)證投入運(yùn)行后的計(jì)量器具在2次檢定或校準(zhǔn)之間性能是否仍保持或超過原檢定性能的范圍。

運(yùn)行核查為計(jì)量器具是否仍可繼續(xù)使用或需進(jìn)一步檢查提供依據(jù)[9]。對(duì)出現(xiàn)異常的計(jì)量器具給與告知。計(jì)量器具使用單位可根據(jù)告知內(nèi)容,確定是否對(duì)應(yīng)用的計(jì)量器具進(jìn)行校準(zhǔn)(見圖1)。對(duì)計(jì)量器具的運(yùn)行核查可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線核查,也可根據(jù)上傳到云平臺(tái)的數(shù)據(jù),在云上實(shí)時(shí)進(jìn)行運(yùn)行核查。在線運(yùn)行核查可用于熱源、熱力站、樓棟、熱用戶的流量核查;在線運(yùn)行核查簡(jiǎn)單、方便,可以節(jié)省大量計(jì)量器具拆裝費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)及檢定費(fèi),減少計(jì)量器具離線檢定或校準(zhǔn)成本及工作量,可使供熱企業(yè)在不投入大量資金的情況下,保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,以及提高工作效率。運(yùn)行核查可對(duì)單臺(tái)計(jì)量器具進(jìn)行核查,也可以在云上對(duì)計(jì)量器具群進(jìn)行群核查。云在線運(yùn)行核查可實(shí)現(xiàn)在云上對(duì)計(jì)量器具的完好狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn),為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性所付出的成本更低,更適合于智慧供熱系統(tǒng)應(yīng)用的計(jì)量器具的在線診斷,是智慧供熱的發(fā)展方向。

2 供熱用計(jì)量器具的管理

目前供熱企業(yè)應(yīng)用的熱量表、流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器、壓力變送器和電能表,只用于供熱系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的日常測(cè)量,屬于工作計(jì)量器具。工作計(jì)量器具可以分為A、B、C 3類。

1) A類計(jì)量器具為用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù),并列入強(qiáng)制檢定工作計(jì)量器具范圍的計(jì)量器具。

2) B類計(jì)量器具為未列入強(qiáng)制檢定工作計(jì)量器具范圍的用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)方面的計(jì)量器具,以及作為二、三級(jí)能源計(jì)量用的計(jì)量器具。

3) C類計(jì)量器具為低值易耗的、非強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具,內(nèi)部能源分配用計(jì)量器具,以及國(guó)家計(jì)量行政部門明令允許一次性檢定的計(jì)量器具。

市場(chǎng)監(jiān)管總局2019年第48號(hào)發(fā)布的《實(shí)施強(qiáng)制管理的計(jì)量器具目錄》中規(guī)定:用于貿(mào)易結(jié)算的熱能表(DN15～DN50)、流量計(jì)(DN300及以下)、電能表,以及用于安全防護(hù)的壓力變送器、壓力傳感器,實(shí)行型式批準(zhǔn)+強(qiáng)制檢定。強(qiáng)制檢定的方式有2種:工業(yè)用實(shí)施周期檢定;生活用實(shí)施首次強(qiáng)制檢定、限期使用、到期輪換。其他未列入強(qiáng)檢目錄的計(jì)量器具(如用于貿(mào)易結(jié)算的大口徑熱能表及流量計(jì)),使用者可自行選擇非強(qiáng)制檢定或校準(zhǔn)方式,保證量值準(zhǔn)確。

為了保證計(jì)量器具的產(chǎn)品質(zhì)量,A類及B類計(jì)量器具生產(chǎn)廠家在出廠時(shí)對(duì)獲得型式批準(zhǔn)的產(chǎn)品進(jìn)行出廠檢驗(yàn),A類計(jì)量器具使用單位送當(dāng)?shù)乜h(市)級(jí)人民政府計(jì)量行政部門指定的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)制檢定(首次檢定),B類計(jì)量器具使用單位自行確定送檢或校準(zhǔn);C類計(jì)量器具生產(chǎn)廠家在出廠時(shí)對(duì)通過型式檢驗(yàn)的定型產(chǎn)品進(jìn)行出廠檢驗(yàn),使用單位可進(jìn)行自行核查。為避免由于現(xiàn)場(chǎng)安裝使用條件限制導(dǎo)致的測(cè)量誤差,A類、B類及C類計(jì)量器具在竣工驗(yàn)收時(shí),均應(yīng)進(jìn)行工作條件核查。《中華人民共和國(guó)計(jì)量法實(shí)施細(xì)則(2022年修正本)》中規(guī)定,使用實(shí)行強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具的單位和個(gè)人,應(yīng)當(dāng)向當(dāng)?shù)乜h(市)級(jí)人民政府計(jì)量行政部門指定的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)申請(qǐng)周期檢定(見圖3)。

圖3 工作計(jì)量器具的質(zhì)量保障

不同的計(jì)量器具規(guī)定的檢定周期不同。JJG 1033—2007《電磁流量計(jì)檢定規(guī)程》規(guī)定,準(zhǔn)確度等級(jí)低于0.2級(jí)及使用引用誤差的流量計(jì)檢定周期為2年。JJG 1030—2007《超聲流量計(jì)檢定規(guī)程》規(guī)定,檢定周期一般不超過2年。JJG 225—2010《熱量表檢定規(guī)程》規(guī)定,口徑大于32 mm的熱量表,檢定周期一般為3年。JJG 596—2012《電子式交流電能表檢定規(guī)程》規(guī)定,0.2S級(jí)、0.5S級(jí)有功電能表,其檢定周期一般不超過6年;1級(jí)、2級(jí)有功電能表和2級(jí)、3級(jí)無(wú)功電能表,其檢定周期一般不超過8年。JJG 860—2015《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》規(guī)定檢定周期一般不超過1年。JJG 882—2019《壓力變送器檢定規(guī)程》規(guī)定檢定周期一般不超過1年。

為避免使用的計(jì)量器具由于使用時(shí)間增加造成計(jì)量器具的計(jì)量誤差超出誤差限值,A類及B類計(jì)量器具在檢定(校準(zhǔn))周期內(nèi)應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)行運(yùn)行核查,C類計(jì)量器具應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)行運(yùn)行核查,以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除有問題的計(jì)量器具,保證計(jì)量器具的完好,防止影響計(jì)量結(jié)果。

3 供熱用計(jì)量器具的技術(shù)性能核查方法

供熱用計(jì)量器具的技術(shù)性能核查是在被核查計(jì)量器具不離開安裝使用系統(tǒng)的情況下(稱為在線),利用其本身接口特點(diǎn)及工作原理對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)量的過程。運(yùn)行核查方法可分為直接核查法和間接核查法。直接核查法是將滿足核查要求的計(jì)量器具(作為基準(zhǔn)表)與被核查計(jì)量器具安裝在工作條件相同的同一熱力系統(tǒng)中,通過將基準(zhǔn)表的測(cè)量數(shù)據(jù)作為參考測(cè)量值與被核查計(jì)量器具的測(cè)量值進(jìn)行比對(duì),來確定被核查計(jì)量器具的工作狀態(tài)。間接核查法是利用物理設(shè)備網(wǎng)的機(jī)理、設(shè)備(部件)或被核查計(jì)量器具的相關(guān)參數(shù)等所獲得的供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為參考測(cè)量值,與被核查計(jì)量器具獲得的測(cè)量值進(jìn)行比對(duì),來判斷被核查計(jì)量器具的工作狀態(tài)。實(shí)際使用的供熱用計(jì)量器具中,流量計(jì)出問題最多,數(shù)據(jù)可信度最差。由于篇幅所限,這里僅討論流量計(jì)(包括組成熱量表的流量傳感器)的在線核查方法。

流量計(jì)的在線核查需根據(jù)被核查的流量測(cè)量系統(tǒng)獲得的測(cè)量值和基準(zhǔn)表獲得的參考測(cè)量值,依據(jù)式(2)計(jì)算出測(cè)量結(jié)果的相對(duì)示值誤差,然后根據(jù)式(4)判斷被核查流量計(jì)工作狀態(tài)。誤差滿足式(4)要求的流量計(jì)可以繼續(xù)使用。誤差不滿足式(4)要求的流量計(jì),對(duì)所核查流量計(jì)的儀表系數(shù)允許在線修正的,對(duì)被核查流量計(jì)示值進(jìn)行修改后,進(jìn)入下一輪運(yùn)行核查判斷;不允許在線修正的流量計(jì),可進(jìn)行在線或離線校準(zhǔn)(見圖4),以確定被核查流量計(jì)是否可以繼續(xù)使用。

圖4 核查流程圖

(2)

(3)

-|Eimax|≤E≤|Eimax|

(4)

Emax=3Δ

(5)

式(2)～(5)中Eij為第i個(gè)流量測(cè)量點(diǎn)在第j次測(cè)量時(shí)被核查流量計(jì)的相對(duì)示值誤差;Gij為第i個(gè)流量測(cè)量點(diǎn)在第j次測(cè)量時(shí)被測(cè)流量計(jì)的累計(jì)流量(瞬時(shí)流量)值,m3(m3/h);Gsij為第i個(gè)流量測(cè)量點(diǎn)在第j次測(cè)量時(shí)基準(zhǔn)流量計(jì)的累計(jì)流量(瞬時(shí)流量)值,m3(m3/h);Ei、Eimax為被核查流量計(jì)第i個(gè)流量測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)示值誤差和相對(duì)示值誤差最大值;n為第i個(gè)流量測(cè)量點(diǎn)的檢定次數(shù);E為被核查流量計(jì)的相對(duì)示值誤差范圍;Δ為被核查流量計(jì)的誤差限。

流量計(jì)的在線核查同樣有直接核查法和間接核查法。直接核查法可分為基準(zhǔn)表法和示蹤法。這里僅討論流量計(jì)的直接核查法,間接核查法將另文討論。

3.1 基準(zhǔn)表法

以高精度的便攜式超聲波流量計(jì)作為基準(zhǔn)表,使流體在相同時(shí)間間隔內(nèi),同時(shí)連續(xù)通過基準(zhǔn)表和被核查流量計(jì),根據(jù)兩者的輸出流量值,利用式(2)～(5)確定被核查流量計(jì)是否可繼續(xù)使用。

表2是利用0.5級(jí)的便攜式超聲波流量計(jì)作為基準(zhǔn)表對(duì)固定式超聲波熱量表的流量核查結(jié)果。被核查熱量表前直管段長(zhǎng)度為10倍管徑,表后直管段長(zhǎng)度約為10倍管徑,準(zhǔn)確度等級(jí)為2級(jí),被核查熱量表的流量誤差限Δ按式(6)計(jì)算:

表2 用便攜式超聲波流量計(jì)在線核查結(jié)果

(6)

式中qp為被核查熱量表額定流量,m3/h;q為被核查熱量表實(shí)際流量,m3/h。

根據(jù)式(5)和式(6)可以求得DN150的被核查熱量表的流量誤差限Emax=6.41%,DN80的被核查熱量表的流量誤差限Emax=6.39%。由表2可見:DN80的被核查熱量表的流量測(cè)量誤差分別為6.24%和5.96%,滿足式(4)的判別條件,表明儀表數(shù)據(jù)可信;DN150的被核查熱量表的流量測(cè)量誤差為-13.78%,不滿足式(4)的判別條件,表明被核查熱量表的流量數(shù)據(jù)不可信。在熱量表檢定臺(tái)對(duì)該熱量表的流量檢定誤差為-13.84%(見表3)。在線核查結(jié)論與熱量表檢定臺(tái)的檢定結(jié)果一致,這表明用高精度的便攜式超聲波流量計(jì)作為基準(zhǔn)表進(jìn)行在線核查的結(jié)果是可信的。

表3 標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)檢定結(jié)果

3.2 示蹤法

示蹤法是在流動(dòng)的流體中加入不同類的物質(zhì),在已知管道橫截面積的情況下,通過測(cè)量所加物質(zhì)的移動(dòng)速度來求出水的體積流量。示蹤法流量測(cè)量系統(tǒng)由示蹤劑、測(cè)量管段及測(cè)量示蹤劑蹤跡的儀表組成。示蹤法流量測(cè)量精度高,用該流量作為基準(zhǔn)流量,既可用于流量在線校準(zhǔn),也可用于流量在線核查,其技術(shù)在國(guó)際上早已應(yīng)用。早在上世紀(jì)70年代就有了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《封閉管道中水流量測(cè)量——示蹤法》(ISO 2975-1～7),該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了用放射性示蹤劑或非放射性示蹤劑的實(shí)施方法和具體要求。示蹤法有恒速注入法和傳輸時(shí)間法2種。

恒速注入法也稱稀釋法。該方法可用食鹽溶液、加熱流體或染料等作為示蹤劑,示蹤劑以恒速注入管道(見圖5),且使其在管道截面上均勻擴(kuò)散。注入示蹤劑的體積流量為q,體積濃度為C1,測(cè)量取樣口示蹤劑的體積濃度為C2,按式(7)可求得流過管道的水流量G。

圖5 恒速注入法原理

(7)

傳輸時(shí)間法是將半衰期短的放射性溶液,如銦-113 m(半衰期99.8 min)、鈉24(半衰期15 h)、鉻-82(半衰期30 h),以短脈沖形式注入到管道中,待混合均勻后,利用在距注入點(diǎn)不同距離處安裝的2個(gè)射線探測(cè)設(shè)備檢測(cè)示蹤劑濃度峰值通過的時(shí)刻(見圖6)。根據(jù)2個(gè)射線探測(cè)設(shè)備的距離L和管道橫截面積F,可求出管道內(nèi)流體的體積V;根據(jù)測(cè)得的示蹤劑濃度峰值出現(xiàn)的時(shí)間差T,利用式(8)可以得到流經(jīng)管道的流量G。

1.示蹤劑注入孔;2.攪拌器;3.射線探測(cè)器。注:δ為注入的示蹤劑體積。圖6 傳輸時(shí)間法原理

(8)

傳輸時(shí)間法使用方便,測(cè)量精度高,在大慶油田采油二廠南六聯(lián)污水站上進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(示蹤劑為銦-113 m,采用NaI探測(cè)器)表明,在滿足試驗(yàn)條件的情況下,可以達(dá)到1%的測(cè)量精度[10]。

稀釋法適合在直管道較長(zhǎng)的供熱系統(tǒng)中核查流量,傳輸時(shí)間法適合在一次網(wǎng)中核查流量。但到目前為止,國(guó)內(nèi)尚未見示蹤法在供熱領(lǐng)域中應(yīng)用的報(bào)道。

4 結(jié)論

1) 智慧供熱系統(tǒng)的核心功能原理是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的供熱物理設(shè)備網(wǎng)與數(shù)字空間的全面互聯(lián)與深度協(xié)同,以及在此過程中的智能分析與決策優(yōu)化。高質(zhì)量數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)分析的前提和分析結(jié)論可靠性的保障。智慧供熱系統(tǒng)建設(shè)必須注重高質(zhì)量數(shù)據(jù)的獲取。

2) 傳感器的工作狀態(tài)核查是保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎(chǔ),實(shí)施智慧供熱在線核查是解決目前供熱企業(yè)技術(shù)力量不足、保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的最佳技術(shù)路線。

3) 對(duì)安裝使用的流量計(jì)根據(jù)其實(shí)際安裝工作條件,采用安裝條件修正系數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正,是解決直管段長(zhǎng)度不夠問題的有效方法,建議加大研究力度,通過試驗(yàn)完善常用流量計(jì)的安裝條件修正系數(shù),以方便工程應(yīng)用,為提高流量計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量提供基礎(chǔ)支撐。

4) 采用基準(zhǔn)表法對(duì)使用的流量計(jì)進(jìn)行技術(shù)性能核查,可以正確判別正在運(yùn)行的單臺(tái)流量計(jì)的工作狀態(tài)。

5) 示蹤法是解決大口徑貿(mào)易結(jié)算表數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的有效方法,在國(guó)內(nèi)供熱行業(yè)尚未見到研究報(bào)道,應(yīng)加強(qiáng)此方面的應(yīng)用研究,總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。