工业用蒸汽应按热量进行计量

工业用蒸汽应按热量进行计量
中国计量报
蒸汽是一种载能介质，作为供热能量的一种特殊商品，在过去相当长的时期里，工业用蒸汽(以下简称“蒸汽”)计量和结算中所采用的计量单位多是质量的计量单位——吨。

而蒸汽的本质属性是热量，所以，蒸汽计量应该采用热量的计量单位——焦耳。

正是由于蒸汽计量单位的问题，给供用双方带来了许多困惑。

一、问题的提出
用质量计量单位作为蒸汽计量与结算的计量单位，不能真实、准确地反映蒸汽的实际品质和价值。

由于蒸汽是流动着的工质，不但其本身具有内能，并且在流动时也要消耗一部分功(所谓推动功)，这部分推动功又转化为流动的能量(表现为热量)，转化的能量总是与内能同时存在于工质中。

这两部分能量合起来称为焓。

焓的定义:内能U与压力P和体积V乘积之和为焓，用H表示:
H=U+PV (1)
通常在计算中采用单位质量的参数，即:
h=u+pv (2)
式中:h——单位质量的焓；u——单位质量的内能；p——压力；v——比容。

焓是表示体系能量状况的一个组合状态参数。

简单地说，比焓是单位质量的物质所含的全部热能。

通常情况下，焓一般指比焓。

等质量的蒸汽，在不同的状态下，其焓值可能相差较大，所含有的热量也可能相差较大。

就是在同一供热管网中，等质量的蒸汽由于其状态不同，也有过热蒸汽、饱和蒸汽、热水之分。

在这种情况下，等质量蒸汽在不同的状态下所含的热量肯定有很大的差异。

即便是在同一种状态下，如果其压力、温度不同，等质量的蒸汽所含的热量也会不同。

在使用的过
程中，也会遇到由于蒸汽的质量太差、焓值太低等原因，不能满足使用要求的现象，在这种情况下，只好让蒸汽白白地消耗，以避免生产出不合格的产品。

因此，蒸汽用质量单位(吨)来计量和结算是不科学、不合理、不公正的。

二、问题的思考
如何实现蒸汽热量的合理计量，首先还要从蒸汽流量的质量计量谈起。

目前，在用于贸易结算的蒸汽流量质量计量表仪中，一次仪表选用最多的还是孔板流量节流装置。

其工作原理是，充满管道的蒸汽流体流经管道内的节流装置(如孔板)时，流束将在节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，在节流件前后产生了静压力差(或称为差压)。

流体的流速越大，在节流件前后产生的差压也就越大，所以可通过测量差压来测量流体流过节流装置时流量的大小。

这种测量方法是以能量守恒定律和流动连续方程为基础的。

这就是蒸汽流量计的测量工作原理。

假设未经过标定的节流装置与已经过实验标定的节流装置几何相似和动力学相似，亦即符合相关标准的要求，在标准规定的不确定度之内，则蒸汽的质量流量与差压的关系可用式(3)确定:
q
=α·ε·A d(2ρ1ΔP)1/2 (3)
m
式中:q m——质量流量，kg/s；α——流量系数；ε——流速膨胀系数；A d——节流件的开孔面积，m2；ΔP——差压，Pa；ρ1——流体密度，kg/m3。

可见，蒸汽流量的质量流量计，实质上的计量是蒸汽流体的流速。

由于管道的截面积是已知的，所以，可以由流体的流速测得流体的体积流量，再通过查表获得流体的密度，即可求得流体的质量流量。

了解蒸汽质量流量计的测量原理后，再来分析蒸汽热量的计量原理就很容易了。

因为蒸汽热量的计量是在蒸汽质量流量计量的基础上完成的，直接采用了蒸汽质量流量计量的结果。

前面已经讲过，比焓是单位质量的蒸汽所含的全部热能。

只要蒸汽的质量流量计可以准确地测量出单位时间的质量数，通过查表获得测量时工况下的比焓，即可由式(4)求得单位时间蒸汽的热量:
H=q m×h (4)
式中:H——蒸汽的热量，kJ；q m——蒸汽的质量流量，kg；h——蒸汽在测量工况下的比焓，kJ/kg。

最后，只要对单位时间的热量求和，即可得到蒸汽的累计热量。

其实，在进行蒸汽质量流量测量时，也有通过查表求密度的过程，与此十分类似。

目前，我国有许多仪表厂家生产了各种不同型号的智能仪表，这些智能仪表都可以满足广大蒸汽用户热量计量的需求。

蒸汽热计量的实现和实施无疑是蒸汽计量上的一个进步，应该得到社会的承认、接受和应用。

只有这样，才有可能保证蒸汽计量的准确、可靠、科学、公正。

三、实例分析
我们公司是当地最大的蒸汽用户，年蒸汽用量为50万吨(热量为150万百万千焦左右)。

较长时期以来，我们一直为蒸汽按质量的计量单位计量与结算而深感困惑。

1999年3月，供热方要求更换新的计量装置，主要包括孔板、压变、温变、差压和智能蒸汽计量仪表。

这次更新与以前不同的是采用了智能蒸汽计量仪表，这种智能表可以检测、显示瞬时的热量值和累计的热量值；也可以检测、显示瞬时的质量流量值和累计的质量流量值。

双方达成协议，同意更换了新的蒸汽计量装置。

我们公司几十年来都使用同一家热电厂供给的蒸汽。

其计量和结算的公式(方法)也几十年没变。

结算时的计算公式:
热费=蒸汽的吨位×0.74×4.1868×热价(5)
式中:蒸汽的吨位——抄至蒸汽质量流量表测量的实际检测数据；0.74——供方单方确认的蒸汽的比焓值；4.1868——热量计量单位换算为焦耳的系数。

问题就出在比焓0.74上，几十年来，为什么蒸汽的比焓是一个不变的恒量?而前面已经讲过，比焓是一个状态参数，它是随供热管网的压力、温度变化而变化的，不可能有比焓几十年不变的蒸汽。

新的蒸汽计量仪表的启用，明确了我们所使用的蒸汽的实际比焓。

为说明这个问题，笔者摘抄了蒸汽计量仪表较长时间段的检测的质量流量数据、热量流量数据和计算的平均比焓，并对其进行汇编，如表1所示。

<CTSM> 表1 蒸汽比焓情况汇总表</CTSM>
从表1可以看出，从1999年4月30日～2006年6月28日，使用蒸汽的平均比焓为0.6999，也就是说，从1999年4月30日～2006年6月28日的6年多时间，供热方平均每年要多收用户5.42%以上的热费。

其中，从1999年4月30日～2000年4月28日多收用户的热费达9.28%。

如果一年的热费按4000万元计算，比焓差按5.42%计算，用热户一年要损失217万元以上。

因此，从1999年4月1日启用新表开始，我们就通过各种方式、渠道，要求供热方按热量表计量收费。

但是供方一直未正面答复，直到2002年9月28日，在相关部门的协调下，供热方终于答应按热量表计量收费。

至此，终于结束了蒸汽按质量计量单位(吨)结算的历史，开始使用热量的计量单位——百万千焦。

仅仅是蒸汽按热量的计量单位来进行计量与结算，就为公司减少了巨额的经济损失，如2005年，公司全年用蒸汽148万百万千焦，共支付热费4677万元，热焓按比结算热焓值低5.04%计算，共减少支付热费235.91万元。

2006年1月～8月，公司用蒸汽107.14百万千焦，共支付热费3807.26万元，热焓减少也按5.04%计算，共减少支付热费191.89万元。

四、结束语
蒸汽按热量计量比按质量计量更科学、准确、合理地反映出蒸汽的品质和价值。

但是，要真正在全社会推广使用，还有一定的阻力，靠企业很难冲破。

因为，蒸汽与其他的能源一样，供应商都具有一定的垄断性。

此外，在计量上也普遍存在一些带有垄断性色彩的行规，这些行规有碍于计量的准确、可靠、科学、合理。

政府应出台相关的规定，规范和完善供用双方的计量行为，为建设和谐的经营环境创造条件。