一、概況
蒸汽是各生產企業的重要的二次能源之一，有的直接參與化學反應，但多數是用其熱能。企業在談論節能降耗一般會先想到"蒸汽"。從眼前本單位利益出發，降低生產成本需要降低蒸汽損耗;從大處想，我國能源短缺，更需要降低各種能耗。談論節能降耗，應首先想到是能源的"計量"，只有有了準確計量，才有資格說節約了多少能源。在蒸汽計量方面，現狀如何?中石化一些大型企業做得怎樣?
燕山石化公司是國家特大型企業，在這個大型企業里，能源計量管理方面的任務相當繁重，以1990年的數據為例說明。全公司一級(各廠際之間的)計量儀表共有523套，其中蒸汽系統的計量儀表84套，占公司一級計量表的16%。燕化自備電站和部分產汽生產裝置合計，每年產汽量約一千萬噸(其中本公司內消耗985萬噸，對外供15萬噸)，面對的耗汽用戶是國營、集體和個體數十個企業，數百個用戶。其蒸汽量是如何計量和管理的呢?
對比較大型的用戶，各生產廠的蒸汽管理主要是由公司動力處和調度處管理，所用計量器具是各生產廠自己管理，發生計量糾紛由公司計控處負責仲裁處理。對于地方小企業用戶，由燕化公司水電汽管理所負責簽合同處理。
計量器具的選用，由于孔板側量技術發展成熟，有相應的國標和國際標準作支持，本身結構簡單、造價低，耐高溫性能和抗振性能好，所以對于大中型管道，如Dg200mm以上管道，多是采用孔板差壓式流量計，尤其是高壓過熱蒸汽，全部是采用孔板差壓式流量計。對于中小管道，一般在Dgl00以下，除了孔板差壓式以外，渦街流量計使用數量越來越多。而對于更小的用戶，管徑在Dg50mm以下的，多為渦街流量計和分流旋翼式流量計。具體數據統計如表1所示。
對于各廠生產裝置內及車間級的蒸汽側量及計量，也多是采用孔板差壓式流量計。除了上述流量計之外，也有用阿丑巴等流量計的。總的數量有數百臺，不再細說。
從計量管理角度，燕化公司根據"GBl7167-83"規定，明文對蒸汽測量系統提出如下要求:廠際蒸汽計量系統要有溫度和壓力補償環節;對其系統側量誤差要求:過熱蒸汽計量系統誤差不大于±2.5%；飽和蒸汽計量系統誤差不大于±4%。
二、蒸汽計量系統運行情況
關于蒸汽流量計量，燕山石化公司各廠際之間，多次因計量不準，供需雙方發生計量糾紛。近幾年隨技術進步、計量器具產品質量的提高和加強了蒸汽系統的管理，大多數的蒸汽計量系統運行正常。能夠正常運行的測量系統，一般都是領導重視，工程技術人員精心設計，認真選型，成套性完善齊全，投入較大。如采用計算機管理、帶壓力溫度補償、變送器選用的精度較高、系統帶小信號切除、隨時跟蹤測試計算、自動打印日報、月報等功能。但是對一些中、小用戶，如采用分流旋翼式流量計的問題較多。系統測量精度不高，故障率高，甚至用不到一個采暖期就損壞等。
2005年7月25-29日，于杭州"蒸汽準確計量技術研討會"上了解到，全中石化系統乃至冶金、熱電等系統，蒸汽計量狀況大同小異，有的單位更差些:如有的單位"供需雙方偏差達45%，偏差在20%以上是經常的事，分析原因，有的是孔板流量計運行十多年從沒有檢查清洗;有的在一根管線上，有三、四種計量方式(至少裝有三、四臺流量計)，數據不一致"。
三、存在問題及應采取的對策
由于蒸汽系統溫度較高，飽和蒸汽又易變為汽、液兩相流，相比之下測量難度大，甚至無法測量。因此對蒸汽測量系統的要求就高一些，有些計量器具滿足不了它的要求。
從處理燕化石化公司內部計量糾紛情況看。從1993年4月至1995年4月兩年時間內收到"申請仲裁書"12件，其中蒸汽計量糾紛有5件，占整個公司計量糾紛的41.7%，占的比重是很大的。如果統計到1998年4月，5年內共收到25件計量糾紛，蒸汽計量糾紛仍為上述5件(這三年出現的蒸汽差量均在下邊協商解決了)，所占比例為20%，說明近幾年蒸汽計量工作有所改善，但是此數也不小。產生計量糾紛的原因是什么呢?通過數次對現場調查分析，歸納有三條:一是計量器具方面的原因；二是管理方面的原因；再就是人為因素。現就計量器具方面原因分析主要有以下幾個問題:
3.1 蒸汽計量器具的性能有待提高，選型范圍有待擴寬
根據我公司蒸汽計量采用孔板差壓式流量計較多，特別是七十年代建的老裝置中，可以說絕大多數為此類儀表。該類計量器具存有一定的弱點:它的量程比小，一般為3:1,若運行在30%流量刻度以下時，其精度下降較大;運行工況條件離開原設計條件，側量誤差會增大，再如孔板檢側系統中部件多，引壓管系統易堵、易漏、易凍、易汽化等特點，造成儀表一次安裝工程量大，費用高;維修工作量亦大;孔板為節流型壓損大，長期運行耗能大，費用高;長期運行中孔板幾何尺寸變化，銳角變鈍(銳角要求r=0.0004d，而有關專家試驗后公布，運行的頭二或三年中每年磨損半徑廠增加0.04mm，而五、六年之后才趨向穩定。由于銳角變鈍，孔板流量系數會變小!);甚至有的孔板在開停車過程中，由于蒸汽管道中易存冷凝水，開停蒸汽管道過程中產生水垂，致使孔板變形，甚至變成喇叭口。所有這些都說明，孔板差壓式蒸汽流量計很難保證其原設計測量精度。雖然目前已出現孔板、變送器一體化產品，二次儀表也已微機化、智能化，使孔板量程比可提高到l0:1。但是孔板本身銳角會變鈍造成流出系數變化，使測量誤差增大尚不能克服改善。盡管已有鈍化的孔板產品出現，但其相應的鈍化標準及其檢測器具配套尚待完善，再者它屬于非標準孔板，應經過逐臺檢定，才可用于計量。標準孔板運行、磨損幾年后，應檢定測出新的流出系數，才可保證其側量準確度。但是目前無有這方面的要求和標準。
隨著機加工技術的提高相進步，采用標準噴嘴節流裝置的越來越多，如45萬噸乙烯改造中，在DN200mm以上管道的氣體和蒸汽測量出現六套標準噴嘴(30萬噸乙烯中一套也無有)。它最大的優點是比標準孔板壓力損失小。缺點是加工制造難度大，檢驗技術高難度大，也存在運行多長時間后檢定的問題。
隨著儀表制造技術的提高，耐高溫的渦街流量計、阿丑巴(均速管之類)流量計等在蒸汽系統測量中應用越來越多，但是它們也各有各的弱點，像渦街流量計它耐高溫只能達到200℃多度，對320℃以上的蒸汽系統使用禍街流量計尚缺乏經驗，何況它側量要求的雷諾數比孔板差壓式流量計高出一倍，其更大的弱點是抗振性能差。阿丑巴、彎管等之類的流量計所產生的差壓信號值較低，給差壓信號檢測帶來一定難度。這些流量計都屬于強檢計量器具，應全部走周期檢定，目前尚有難度。總之適用蒸汽計量的檢測儀表的性能還應大力提高相改進，適用蒸汽計量的計量器具的選擇余地還應再擴寬。
3.2 蒸汽計量表的檢定
蒸汽計量表的檢定目前尚不完備，是制約蒸汽計量工作的一個重要環節。以蒸汽為工作介質的"蒸汽流量計量檢定裝置"在煙臺、廣州、蘭州等地都出現過，由于這種裝置浪費能源、難以操作、檢定精度低、費用高，無發展前途，堅持下來的沒有。正因蒸汽流量計無處檢定，應走周檢的渦街、阿丑巴、分流旋翼式等流量計，也難以實現。這里提到蒸汽計量檢定裝置有它的不足之處，將陸續退出歷史舞臺，代之興起的是用壓縮空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定，這是方向。但是它還有待研究完善。目前看，這方面的資料、數據還太少，更無有什么標誰可依。無論是從理論上還是實踐數據上，還應作大量的實踐工作，以達到標準化。
就用壓縮空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定的問題，插一段燕山石化公司在這方面工作:筆者1982年參加化工部系統流量側量技術交流會，會上交流一篇"淺談蒸汽流量計的標定"(后改為"介紹一種蒸汽流量計的標定方法"，刊登在1983年的煉油化工自動化雜志上)。1989年燕化公司計控處自己設計一套蒸汽流量計量檢定裝置，是利用中壓過熱蒸汽(名義上壓力為1.5Mpa，溫度為25O℃)，經過檢定裝置后/降為0.3-0.5Mpa的低壓蒸汽作為罐區裝置伴熱和采暖用。同時引進工藝雜用風(即壓縮空氣)。標準是音速噴嘴。擬對同一臺蒸汽流計，用不同介質進行檢定，找出空氣代蒸汽的規律，最終成為氣(汽)體流量計量檢定站。設計完后，首先請國家計量院等單位的專家審核，定案后于1990年開工興建，建成后試壓、吹掃，送汽試運行完成后，即將試驗、測試數據，以便請計量院專家做技術性能測試檢定和請市局授權。然而，因30萬噸乙烯改造為45萬噸用地，立即拆除搬遷。由于各種原因至今未能建成投用(現仍在積極活動爭取早日投用)。1994年筆者完成一篇 "淺議以壓縮空氣代替蒸汽對蒸汽流量計進行標定"的文章，95年在大慶全國流量專業技術交流會上交流，并被推薦到1996國際流量專業委員會召開的流量技術研討會上，文章被收錄到"96國際流量專業技術研討會論文集"內。該文從流體力學角度出發，利用其相似原理，即兩種流體的流束幾何相似，雷諾準數相同，流量系數相等的原理，并以等體積法或等密度法，推算出空氣和蒸汽二者量的關系，說明以壓縮空氣代替蒸汽檢定蒸汽流量計是有理論依據的。
國外在以空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計標定進行到什么程度，問過不少威權及商社，均得不到滿意的答復。直到今天我仍是有機會就向諸位專家、權威和國外大的蒸汽流量計儀表廠商咨詢，"有無有同一臺流量計分別用空氣和蒸汽檢定的數據"?"用空氣檢定某流量計誤差為X，用來測量蒸汽時誤差會是多少"等問題，均沒有得到肯定的回答。
插入上一段內容的目的，是想說明，目前蒸汽流量計檢定是阻礙蒸汽準確計量的主要障礙!目前距用空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計檢定，還有一段距離!國內，現實中也聽說有用空氣作介質檢定蒸汽流量計的，如其分流旋翼式蒸汽流量計制造廠，稱其產品是請某檢定站逐臺檢定，精度準確可靠，問其流量計安裝到不同壓力和不同溫度蒸汽管道上應用，誤差是多少?回答是在空氣裝置上優于4%，測量蒸汽也在這個誤差范圍之內。后來我了解到這家檢定站是用微壓-幾十毫米水柱壓力的空氣做介質給檢定的。試想分流旋翼式蒸汽流量計一路走高溫高壓汽，一路(小孔)走冷凝水，而用微壓空氣檢定的誤差就是走蒸汽的誤差能說得通嗎?
四、結束語
為了搞好蒸汽的計量，建議國家有關部門投資搞好此項研究開發和建標工作。具體作法是國家有關部門投資、立項，與有條件的企業結合(不能再搞浪費型蒸汽標準裝置)，選用數種類型、數種規格的蒸汽流量計，利用蒸汽和空氣兩種介質進行檢定對比。在掌握有一定數量(當然越多越好)的實踐數據基礎上，統計、歸納出某種公式或某系數及其誤差范圍后，召開具有一定級別的鑒定會進行鑒定，成熟的話就可推廣應用直至建立節能型的以空氣代替蒸汽檢定蒸汽流量計的標準裝置。
欲想提高蒸汽的計量準確度，達到節能降耗的目的，盡快實現以空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定，應是首當其沖。
蒸汽是各生產企業的重要的二次能源之一，有的直接參與化學反應，但多數是用其熱能。企業在談論節能降耗一般會先想到"蒸汽"。從眼前本單位利益出發，降低生產成本需要降低蒸汽損耗;從大處想，我國能源短缺，更需要降低各種能耗。談論節能降耗，應首先想到是能源的"計量"，只有有了準確計量，才有資格說節約了多少能源。在蒸汽計量方面，現狀如何?中石化一些大型企業做得怎樣?
燕山石化公司是國家特大型企業，在這個大型企業里，能源計量管理方面的任務相當繁重，以1990年的數據為例說明。全公司一級(各廠際之間的)計量儀表共有523套，其中蒸汽系統的計量儀表84套，占公司一級計量表的16%。燕化自備電站和部分產汽生產裝置合計，每年產汽量約一千萬噸(其中本公司內消耗985萬噸，對外供15萬噸)，面對的耗汽用戶是國營、集體和個體數十個企業，數百個用戶。其蒸汽量是如何計量和管理的呢?
對比較大型的用戶，各生產廠的蒸汽管理主要是由公司動力處和調度處管理，所用計量器具是各生產廠自己管理，發生計量糾紛由公司計控處負責仲裁處理。對于地方小企業用戶，由燕化公司水電汽管理所負責簽合同處理。
計量器具的選用，由于孔板側量技術發展成熟，有相應的國標和國際標準作支持，本身結構簡單、造價低，耐高溫性能和抗振性能好，所以對于大中型管道，如Dg200mm以上管道，多是采用孔板差壓式流量計，尤其是高壓過熱蒸汽，全部是采用孔板差壓式流量計。對于中小管道，一般在Dgl00以下，除了孔板差壓式以外，渦街流量計使用數量越來越多。而對于更小的用戶，管徑在Dg50mm以下的，多為渦街流量計和分流旋翼式流量計。具體數據統計如表1所示。
對于各廠生產裝置內及車間級的蒸汽側量及計量，也多是采用孔板差壓式流量計。除了上述流量計之外，也有用阿丑巴等流量計的。總的數量有數百臺，不再細說。
從計量管理角度，燕化公司根據"GBl7167-83"規定，明文對蒸汽測量系統提出如下要求:廠際蒸汽計量系統要有溫度和壓力補償環節;對其系統側量誤差要求:過熱蒸汽計量系統誤差不大于±2.5%；飽和蒸汽計量系統誤差不大于±4%。
二、蒸汽計量系統運行情況
關于蒸汽流量計量，燕山石化公司各廠際之間，多次因計量不準，供需雙方發生計量糾紛。近幾年隨技術進步、計量器具產品質量的提高和加強了蒸汽系統的管理，大多數的蒸汽計量系統運行正常。能夠正常運行的測量系統，一般都是領導重視，工程技術人員精心設計，認真選型，成套性完善齊全，投入較大。如采用計算機管理、帶壓力溫度補償、變送器選用的精度較高、系統帶小信號切除、隨時跟蹤測試計算、自動打印日報、月報等功能。但是對一些中、小用戶，如采用分流旋翼式流量計的問題較多。系統測量精度不高，故障率高，甚至用不到一個采暖期就損壞等。
2005年7月25-29日，于杭州"蒸汽準確計量技術研討會"上了解到，全中石化系統乃至冶金、熱電等系統，蒸汽計量狀況大同小異，有的單位更差些:如有的單位"供需雙方偏差達45%，偏差在20%以上是經常的事，分析原因，有的是孔板流量計運行十多年從沒有檢查清洗;有的在一根管線上，有三、四種計量方式(至少裝有三、四臺流量計)，數據不一致"。
三、存在問題及應采取的對策
由于蒸汽系統溫度較高，飽和蒸汽又易變為汽、液兩相流，相比之下測量難度大，甚至無法測量。因此對蒸汽測量系統的要求就高一些，有些計量器具滿足不了它的要求。
從處理燕化石化公司內部計量糾紛情況看。從1993年4月至1995年4月兩年時間內收到"申請仲裁書"12件，其中蒸汽計量糾紛有5件，占整個公司計量糾紛的41.7%，占的比重是很大的。如果統計到1998年4月，5年內共收到25件計量糾紛，蒸汽計量糾紛仍為上述5件(這三年出現的蒸汽差量均在下邊協商解決了)，所占比例為20%，說明近幾年蒸汽計量工作有所改善，但是此數也不小。產生計量糾紛的原因是什么呢?通過數次對現場調查分析，歸納有三條:一是計量器具方面的原因；二是管理方面的原因；再就是人為因素。現就計量器具方面原因分析主要有以下幾個問題:
3.1 蒸汽計量器具的性能有待提高，選型范圍有待擴寬
根據我公司蒸汽計量采用孔板差壓式流量計較多，特別是七十年代建的老裝置中，可以說絕大多數為此類儀表。該類計量器具存有一定的弱點:它的量程比小，一般為3:1,若運行在30%流量刻度以下時，其精度下降較大;運行工況條件離開原設計條件，側量誤差會增大，再如孔板檢側系統中部件多，引壓管系統易堵、易漏、易凍、易汽化等特點，造成儀表一次安裝工程量大，費用高;維修工作量亦大;孔板為節流型壓損大，長期運行耗能大，費用高;長期運行中孔板幾何尺寸變化，銳角變鈍(銳角要求r=0.0004d，而有關專家試驗后公布，運行的頭二或三年中每年磨損半徑廠增加0.04mm，而五、六年之后才趨向穩定。由于銳角變鈍，孔板流量系數會變小!);甚至有的孔板在開停車過程中，由于蒸汽管道中易存冷凝水，開停蒸汽管道過程中產生水垂，致使孔板變形，甚至變成喇叭口。所有這些都說明，孔板差壓式蒸汽流量計很難保證其原設計測量精度。雖然目前已出現孔板、變送器一體化產品，二次儀表也已微機化、智能化，使孔板量程比可提高到l0:1。但是孔板本身銳角會變鈍造成流出系數變化，使測量誤差增大尚不能克服改善。盡管已有鈍化的孔板產品出現，但其相應的鈍化標準及其檢測器具配套尚待完善，再者它屬于非標準孔板，應經過逐臺檢定，才可用于計量。標準孔板運行、磨損幾年后，應檢定測出新的流出系數，才可保證其側量準確度。但是目前無有這方面的要求和標準。
隨著機加工技術的提高相進步，采用標準噴嘴節流裝置的越來越多，如45萬噸乙烯改造中，在DN200mm以上管道的氣體和蒸汽測量出現六套標準噴嘴(30萬噸乙烯中一套也無有)。它最大的優點是比標準孔板壓力損失小。缺點是加工制造難度大，檢驗技術高難度大，也存在運行多長時間后檢定的問題。
隨著儀表制造技術的提高，耐高溫的渦街流量計、阿丑巴(均速管之類)流量計等在蒸汽系統測量中應用越來越多，但是它們也各有各的弱點，像渦街流量計它耐高溫只能達到200℃多度，對320℃以上的蒸汽系統使用禍街流量計尚缺乏經驗，何況它側量要求的雷諾數比孔板差壓式流量計高出一倍，其更大的弱點是抗振性能差。阿丑巴、彎管等之類的流量計所產生的差壓信號值較低，給差壓信號檢測帶來一定難度。這些流量計都屬于強檢計量器具，應全部走周期檢定，目前尚有難度。總之適用蒸汽計量的檢測儀表的性能還應大力提高相改進，適用蒸汽計量的計量器具的選擇余地還應再擴寬。
3.2 蒸汽計量表的檢定
蒸汽計量表的檢定目前尚不完備，是制約蒸汽計量工作的一個重要環節。以蒸汽為工作介質的"蒸汽流量計量檢定裝置"在煙臺、廣州、蘭州等地都出現過，由于這種裝置浪費能源、難以操作、檢定精度低、費用高，無發展前途，堅持下來的沒有。正因蒸汽流量計無處檢定，應走周檢的渦街、阿丑巴、分流旋翼式等流量計，也難以實現。這里提到蒸汽計量檢定裝置有它的不足之處，將陸續退出歷史舞臺，代之興起的是用壓縮空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定，這是方向。但是它還有待研究完善。目前看，這方面的資料、數據還太少，更無有什么標誰可依。無論是從理論上還是實踐數據上，還應作大量的實踐工作，以達到標準化。
就用壓縮空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定的問題，插一段燕山石化公司在這方面工作:筆者1982年參加化工部系統流量側量技術交流會，會上交流一篇"淺談蒸汽流量計的標定"(后改為"介紹一種蒸汽流量計的標定方法"，刊登在1983年的煉油化工自動化雜志上)。1989年燕化公司計控處自己設計一套蒸汽流量計量檢定裝置，是利用中壓過熱蒸汽(名義上壓力為1.5Mpa，溫度為25O℃)，經過檢定裝置后/降為0.3-0.5Mpa的低壓蒸汽作為罐區裝置伴熱和采暖用。同時引進工藝雜用風(即壓縮空氣)。標準是音速噴嘴。擬對同一臺蒸汽流計，用不同介質進行檢定，找出空氣代蒸汽的規律，最終成為氣(汽)體流量計量檢定站。設計完后，首先請國家計量院等單位的專家審核，定案后于1990年開工興建，建成后試壓、吹掃，送汽試運行完成后，即將試驗、測試數據，以便請計量院專家做技術性能測試檢定和請市局授權。然而，因30萬噸乙烯改造為45萬噸用地，立即拆除搬遷。由于各種原因至今未能建成投用(現仍在積極活動爭取早日投用)。1994年筆者完成一篇 "淺議以壓縮空氣代替蒸汽對蒸汽流量計進行標定"的文章，95年在大慶全國流量專業技術交流會上交流，并被推薦到1996國際流量專業委員會召開的流量技術研討會上，文章被收錄到"96國際流量專業技術研討會論文集"內。該文從流體力學角度出發，利用其相似原理，即兩種流體的流束幾何相似，雷諾準數相同，流量系數相等的原理，并以等體積法或等密度法，推算出空氣和蒸汽二者量的關系，說明以壓縮空氣代替蒸汽檢定蒸汽流量計是有理論依據的。
國外在以空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計標定進行到什么程度，問過不少威權及商社，均得不到滿意的答復。直到今天我仍是有機會就向諸位專家、權威和國外大的蒸汽流量計儀表廠商咨詢，"有無有同一臺流量計分別用空氣和蒸汽檢定的數據"?"用空氣檢定某流量計誤差為X，用來測量蒸汽時誤差會是多少"等問題，均沒有得到肯定的回答。
插入上一段內容的目的，是想說明，目前蒸汽流量計檢定是阻礙蒸汽準確計量的主要障礙!目前距用空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計檢定，還有一段距離!國內，現實中也聽說有用空氣作介質檢定蒸汽流量計的，如其分流旋翼式蒸汽流量計制造廠，稱其產品是請某檢定站逐臺檢定，精度準確可靠，問其流量計安裝到不同壓力和不同溫度蒸汽管道上應用，誤差是多少?回答是在空氣裝置上優于4%，測量蒸汽也在這個誤差范圍之內。后來我了解到這家檢定站是用微壓-幾十毫米水柱壓力的空氣做介質給檢定的。試想分流旋翼式蒸汽流量計一路走高溫高壓汽，一路(小孔)走冷凝水，而用微壓空氣檢定的誤差就是走蒸汽的誤差能說得通嗎?
四、結束語
為了搞好蒸汽的計量，建議國家有關部門投資搞好此項研究開發和建標工作。具體作法是國家有關部門投資、立項，與有條件的企業結合(不能再搞浪費型蒸汽標準裝置)，選用數種類型、數種規格的蒸汽流量計，利用蒸汽和空氣兩種介質進行檢定對比。在掌握有一定數量(當然越多越好)的實踐數據基礎上，統計、歸納出某種公式或某系數及其誤差范圍后，召開具有一定級別的鑒定會進行鑒定，成熟的話就可推廣應用直至建立節能型的以空氣代替蒸汽檢定蒸汽流量計的標準裝置。
欲想提高蒸汽的計量準確度，達到節能降耗的目的，盡快實現以空氣代替蒸汽進行蒸汽流量計的檢定，應是首當其沖。
