工业用蒸汽计量应按热量计算

工业用蒸汽计量应按热量计算

摘要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。

关键词:蒸汽计量、计量单位、用热量、工业用

一、问题的提出

蒸汽用户用蒸汽目的是要得到蒸汽所包含的热量，而不是蒸汽本身。蒸汽在其发生和过长距离的输送后，沿途损失热量导致其品质可能下降。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，这部分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：

Qm=a×ε×A d(2ρl△P) (1)

式中：

Qm -- 质量流量kg／s；

a -- 流量系数：

ε -- 流速膨胀系数；

A d -- 节流件的开孔面积，m2；

△P-- 差压，Pa；

ρl -- 流体密度，kg／m3。

可见，蒸汽流量的质量流量计量，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量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。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，应该得到贸易双方的承认、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

公司每月用热电厂蒸汽约45000吨，热电厂送出时温度约230℃、绝对压力约10kg、比焓692.2千卡/公斤；到公司管网进口时温度约200℃、绝对压力约9kg、比焓677.0千卡/公斤, 经计算热量损失约2.3% 。热电厂开具的蒸汽结帐单上包含了热水与热量二部分，但公司装置生产每吨产品耗蒸汽量是以质量计量为结算的。

如醋酸乙酯产品每吨耗约2.9吨蒸汽而不是以耗热量来计算，也就是说生产一吨乙酯需用热量是多少？如果蒸汽的各项指标达不到要求，就会使生产能耗上升，虽然多用了蒸汽但不能满足生产的需要。还会为了这个蒸汽的耗量到处查原因，投入很大的精力、物力和财力对装置中认为可能影响的因素去排查，如果却属装置中某些设备所引起，那么这样的查找是有价值的。但如果是因为蒸汽的热量不足即蒸汽的品质不符合装置生产要求，那就会浪费很多的本不应浪费的种种资源。如果是以热量来计算，一但出现这种耗能异常，那么一方面可以及时采取措施调整不符合要求的蒸汽品质减少不必要的排查另一方面可以使生产装置的耗能指标计算更加合理，对于工艺装置的蒸汽耗用量的评估也会更加科学。现在乙酯的蒸汽供应已有改变，增加了从锅炉装置直接接入一路中减低压的管路以保障热量的可靠提供。如果公司低压蒸汽管网提供的蒸汽，能合理安排减少管网能量的损失确保管网满足生产要求的指标稳定，那么生产装置的蒸汽利用率会达到预期的效果。

在目前公司没有安装热量积算仪时，可以通过对压力、温度、流量的定时记录来计算出热量。虽然存在着一定的误差，但总的来说比以蒸汽质量流量来计算和结算要合理。在有能力时可以安装蒸汽热量积算仪表来完善公司蒸汽计量水平。

图（1）蒸汽热量计量装置

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。随着计算机技术进入流量仪表之后，蒸汽热量计量和质量计量都变得简单了，可以通过安装热量积算仪表来实现。为了公司的蒸汽计量能上一台阶，对装置生产用蒸汽及公司其他用蒸汽单位的结算，以热量与热水来结算，这样会更合理、更科学的反映单位用能量。从节能降耗的理念上也是符合现代企业用能核算的要求。