超声波流量计在热水交接计量的应用
中国石化镇海炼化分公司（简称镇海炼化）对二甲苯装置的热水（出装置压力不大于 1.4MPa、温度 140~150℃）供金海德旗公司，金海德旗公司使用后把回水返送给镇海炼化。金海德旗公司负责设置上水和回水流量差，上限报警为 30t，回水温度上限 95℃，下限 85℃。热水和回水均安装了超声波流量计，供水交接量和回水监督量由镇海炼化配置的西门子超声波流量计计量；回水交接量和供水监督量由金海德旗公司配置的弗莱克森超声波流量计计量。通过近一年的应用，取得了较好的经济效益，达到了热能的***大利用。
1 超声波流量计介绍
超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表，是 20 世纪 70 年代国际上发展起来的高科技产品，广泛用于自来水、水利、化工、冶金、电力、石油、环保、采暖空调等各行各业。超声波流量计分主机和传感器两部分，使用时将传感器贴装在管壁外侧或采用插入式探头插入管壁内。超声波流量计采用先进的“时差法”测量原理，就是利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在的时间差与被测流体的流动速度有关，因此测出这个时间差就可以得出流体的流速，也就可以计算出流体的流量。
1.1 西门子超声波流量计介绍供水交接量和回水监督量配置了 2 台西门子 7ME3110 分体式管道式超声波流量计，它设计坚固耐用，压力等级ANSI150，法兰和本体材质使用碳钢，传感器外壳材质和传感器接触面材质选用 316L 不锈钢材质。换能器型号选用FUS060，可以在不断流的情况下轻松更换。***高温度 200°C，外壳防护等级 IP67，防爆等级 EEx d ⅡC T4，输出信号为4~20mA。为了确保数据准确，配备了博世达 FC2000-1AE 的热量积累仪，同时把温度信号也引入热量积累仪，经过计量后，通过 RS485 信号，将热量信号、温度信号和流量信号上传到 DCS 系统。
弗莱克森超声波流量计介绍回水交接量和供水监督量配置了 2 台德国弗莱克森公司ADM8027/FSM 便携式超声波流量计，探头直接安装在管道外壁上，自身无磨损，不受介质影响，安装简便快速，无需切断工艺管道，无需工艺停车，并且无压损。由于采用独特的双 uP 技术、高速采样和自适应信号处理技术， 即使在苛刻的测量工况下也能可靠而稳定的工作。自动识别探头及其标定数据, 能缩短设置时间, 并能提供、持久稳定的测量结果。外夹式探头经 ATEX zone1 认证，量程宽，测量管径范围从 DN10mm 至 DN6500mm，测量温度范围从-40℃至+400℃；防尘，防潮，用户界面友好。为了确保超声波流量计数据准确，采用浙中控无纸记录仪，型号
AR4102AOROOPWOC4SCFC1NAC/513，同时把温度信号也引入无纸记录仪，经过计量后，通过 RS485 信号，将热量信号、温度信号和流量信号上传到 DCS 系统。
2 超声波流量计应用总结超声波流量计于 2012 年 8 月份投运以后，在压力稳定在 1.0MPa 情况下，两者的比对差率达到 0.5%，达到贸易结算要求。经济效益显著，每月热水按 39470t 输送量，则月效益 142 万元，全年创效可达到 1700 万元。应用情况总结如下：
选用了进口品牌的超声波流量计选型前对压力等级、***高温度、流量范围、工艺管径等工艺参数进行反复确认，由于进水温度比回水温度高，选用了不同的传感器，而且对传感器的安装完全按说明书要求进行，确保了流量计的正常使用。
2.2 超声波流量计输出均配流量积算功能实现水的热量计算和累积，水的密度和焓值根据温度和压力进行补偿。导入一定压力下，温度-密度（ρ）/焓值（h）对照表，运用内插的方法，计算得出相应温度下，对应的水密度和焓值，并通过公式 E=∫ρ·h·Fv dt，其中 Fv 指体积流量，t 指单位时间，计算得到热量。由于压力对计算的准确性影响较小，所以两家均没有引入压力动态补偿，在运行稳定的时候，将稳定工况下的固定压力导入补偿结算。
3 两家技术人员共同参与超声波流量计的调试，发现问题进行整改。在投运初期根据实际工况通过手动查表进行计算的结果和结算仪的显示值进行比对。通过比对，差率符合要求。在调试 2 台超声波流量计时，发现超声波流量计输出流量单位与结算仪中流量单位参数不匹配，当时外供热水设计流量为质量流量，计量单位为 t，因此，***初超声波流量计表头流量设置的是质量流量，而博世达 FC2000-1AE 热量积累仪设定为体积流量，实际热水供水压力1.0～1.13 MPa、温度 145～148℃，回水压力 0.3MPa、温度为 87～100℃，因此，带来热水密度转换时造成的流量误差。为此，重新设置了超声波流量计流量单位，由质量流量变更为体积流量输出，以匹配流量计与热量结算仪参数一致。
3 收获和需改进的地方
3.1 流量监控时双方体积流量可比对性差双方热水输送距离有 6km，镇海炼化供水温度 147℃、金海德旗公司收到温度 141℃；金海德旗公司回水温度 99℃，镇海炼化收到温度 97℃，长输线及热量损失决定了双方交接量若采用超声波流量计提供的体积量可比性较差，仅金海德旗公司供回水表体积差量可达 4～9m3/h。因此，热水输送的特殊性决定双方供回水交接量的比对只能用结算仪提供的质量流量进行比对。
3.2 压力波动对质量流量的影响投运后发现，压力波动对质量流量准确性有影响，特别是压力增大时，双方质量流量比对偏差也开始增大，开工初期 2012 年 10 月双方交接质量流量比对差率为-0.66%，11 月达到-1.08%。
由于镇海炼化的热水流量、温度信号均引入 FC2000-1AE 热量积累仪中实现了实时补偿，压力变送器信号未引入结算仪中，压力采用了固定参数设置，镇海炼化结算仪中供水压力设置为 1.0MPa、回水压力设置为 0.3MPa，结算仪根据温压参数计算出质量。压力固定造成密度计算的差异，从而造成质量流量的偏差。
3.3 温度测量误差对经济效益的影响由于原设计测量温度使用了一级的热电偶，测量精度1.5℃，通过计量，每 1℃影响月效益 3.6 万元.因此有机会时更换 A 级的热电阻，测量精度 0.15℃，可以克服由于温度测量误差影响热量的结算量。