电厂供热系统温度测量元件选择技巧

2016-08-13

       在热电厂中,供热计量仪表的准确与否直接关系到用户与电厂的贸易绪算,而供热计量参数中,温度测量是一个很重要的参数。


一、电厂供热系统温度测量一次元件的选用

    在热电厂中,供热计量仪表的准确与否直接关系到用户与电厂的贸易绪算,而供热计量参数中,温度测量是一个很重要的参数。在供热系统中,热电厂对外供热量的计算公式为:

Q=qm供水×h供水-qm回水×h回水-qm初水×h补水(1)

式中,Q为热量,kJ;qm为质量流量,kg/h;h为热焓,kJ/kg。

式(1)中,补水项热量所占比例很小,为分析问题方便,忽略供热过程中供水流量的损耗,设qm初水=0,qm回水=qm供水,则:

Q=qm供水×(h供水-h回水)(2)

对于热水,热焓与温度对应关系近似为h≈4.18t(kJ/kg),式(2)可表示为:

Q=4.18×qm供水(t供水-t回水)(3)

由式(3)可见,供、回水温差对热量计量数值影响很大。目前国内大部分热电厂,供热系统的测温元件均采用Pt100分度的铂热电阻,按国家质量技术监督局批准施行的JJG229-1998规程规定,Pt100铂热电阻实际电阻值对分度表标称电阻值以温度表示的允许偏差E为:

A级铂热电阻误差为E(℃)=±(0.15+0.002│t│)(4)

B级伯热电阻误差为E(℃)=±(0.30+0.005│t│)(5)

式中,│t│是被测温度的绝对值,℃。


现以某热电厂(以下简称S电厂)供热系统为例,讨论热电阻误差对供热计量的影响。该厂主要运行参数为:供水平均温度:65℃,回水平均温度:50℃,平均供水流量:9000000kg/h,年供热期5个月。

当采用A级铂热电阻,误差为:

E供水(℃)=±(0.15+0.002×65)=0.28℃

E回水(℃)=±(0.15+0.002×50)=0.25℃

若2支热电阻的误差方向相反,则供、回水温差的极限误差为0.53℃,相对于温差(15℃)的误差为3.5%;

当采用B级铂热电阻,误差为:

E供(℃)=±(0.30+0.005×65)=0.625℃

E回(℃)=±(0.30+0.005×50)=0.55℃

此时,供、回水温差的极限误差为1.175℃,相对于温差(15℃)的误差为7.8%。


可见,采用B级铂热电阻的误差比采用A级铂热电阻的误差高4.3%。这个误差对贸易结算的影响有多大?仍以S电厂为例来算一笔帐。该厂的供热单价是20元/GJ。由于温度测量误差影响,该厂每小时的供热量偏差为:

采用A级铂热电阻时,每小时的热量误差:

△Qh=4.18×9000000×0.53=19938600(kJ)≈20(GJ)

按全年供热期5个月计算,热量偏差折算成金额:20元×(20×24×150)=144万元。

采用B级铂热电阻时,每小时的热量误差:

△Qh=4.18×1.175×9000000=44203500(kJ)≈44.2(GJ)

全年金额偏差:20元×(44.2×24×150)=318万元

采用不同等级的热电阻时,两者相差不到174万元。


    近些年来,无论是电厂还是热用户都非常关注温度计量的准确性,在国内发生的供热计量贸易纠纷中,多数问题是由于温差测量的精度引起。热电阻是热水供热计量系统中最大的误差源,而谈论供热计量的精度时这一最大的误差源往往被忽视。

    过去,由于A级铂热电阻精度高,对其生产工艺水平和检测水平要求也高,生产起来较困难。而在目前,随着生产工艺和检测水平的提高,生产A级铠装铂热电阻已不是什么难事。建议在涉及到供热贸易结算用的供热计量系统中,必须选用A级铂热电阻,并要通过有资质的计量部门检定,选取误差方向相同、误差数值尽可能一致的铂热电阻,作为供、回水温度的测量元件,以此才能实现尽可能准确及公平的测量。


二、取消温度变送器

    目前在电厂测温系统中,仍有一部分设计是采用温度变送器将温度信号转换成4~20mA的直流电流后,再送到二次仪表或计算机数据采集系统进行温度显示,这样一来,每一个测温点都需要用一个温度变送器。这种系统的缺点一是成本高,每一个变送器都价值几千元;二是由于温度变送器的存在,系统增加了一个误差环节,又多了一层故障点。因此,在电厂测量中应彻底摈弃温度变送器,将各种类型的热电偶或热电阻信号作为模拟量输入信号直接送到DCS或其它监视仪表中,即提高了系统测量的精度和可靠性,又降低了成本。


三、推广使用N型热电偶

    主蒸汽温度是火电机组运行的重要参数,它的准确与否对于电厂的安全经济运行具有重要意义。目前普遍采用K型热电偶测量主蒸汽温度,它存在以下几点不足:

(1)K型热电偶在250-550℃范围内循环使用时,因其镍铬合金的不均匀性,显微结构发生变化,形成短程有序结构,导致在升温和降温过程中,在同一温度点所产生的热电势不同(即所谓K状态),其差值可达2~5℃,在热电偶的有关规程和标准中,对误差的描述和检定是不含这个误差的。所以,K型热电偶的这一缺点对于主蒸汽温度的准确监控非常不利。

(2)K型热电偶高温稳定性不好,在高温大气环境中使用时,由于合金受到氧化,直径D3.2mm的K型热电偶,在1100℃下工作600h,热电势就超过0.4mV。

(3)按照规程规定,K型热电偶的允许误差为±0.75%t,当主汽温度为545℃时,允许误差为±4.08℃,再加上补偿导线和计算机数据采集方面的误差,就可能超出机组运行规程规定的主蒸汽温度的波动范围。


    为克服K型热电偶的不足,国际电工委员会(IEC)在1986年正式推荐一种新型的标准化热电偶:镍铬硅一镍硅热电偶,这是一种新型镍基合金热电偶,它是在K型热电偶的基础上,对其合金成分和含量进行优化选择和配比而制成的一种高铬高硅镍基热电偶。它的主要特点是:

(1)在1300℃以下使用时,高温抗氧化能力强,热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好,耐核辐射及耐低温性能也好。特别是在250-550℃范围内的短期热循环稳定性好。实验证明,在250-550℃范围内的升、降温过程中,N型热电偶的热电动势非常稳定,其变化不超过10μV(《0.4℃)。

(2)在400-1300℃范围内,N型热电偶的热电特性的线性要比K型好,其非线性误差仅占1300℃热电动势的0.4%,而K型的则为1.75%。

(3)使用寿命长。由于合金成分的改进,将内氧化转化为外氧化,大大提高了N型热电偶在高温时的稳定性,使用寿命较K型热电偶明显提高。

    目前N型热电偶的价格约比K型热电偶贵30%左右,但由于N型热电偶寿命长,测量精度高,有利于机组的安全经济运行,性能价格比上明显占优势,应大力推广。


四、关于铜热电阻

    铜热电阻在我国应用已有50多年历史,早在20世纪50年代就已广泛用于发电厂中,它具有电阻一温度变化率大、价格低廉、材料来源容易等优点。但从20世纪80年代起就逐渐被淘汰,由铂热电阻所代替。原因是用户普遍反应铜热电阻产品合格率很低,在使用中电阻值不稳定、0℃电阻值漂移大等,因此在电厂中不受欢迎。实际并非如此,铜热电阻质量不过关的主要原因是生产厂家的生产工艺粗糙,没有精确的检测手段,因而生产不出高质量的产品。如果对铜电阻生产工艺进行认真研究,并进行大胆创新,如进行合理的老化,对0℃进行精细调整,再加上高精度的测试手段,就可生产出性能好、质量稳定、寿命长的铜热电阻产品,达到国家质量技术监督局批准施行的JJG229-1998规程标准。


五、关于铠装热电阻的检定

    多年来,热电阻温度计检定所采用的规程,都是执行国家质量技术监督局批准施行的JJG229-1998(1998年以前为JJG229-83)工业铂铜热电阻检定规程。规程中第8.2款规定:“在偏差检定前,应将热电阻的感温元件从内衬管和保护管中取出,并放置在玻璃试管中…”。然后再将装有测温元件的玻璃试管插入0℃的冰水混合物或100℃的油槽中进行检定。这个规定的由来是因我国长期以来发电厂中使用的热电阻测温元件为裸露型(如把铂丝绕在云母片上或绕在陶瓷管上),这种热电阻元件是不能直接浸入冰水混合物或油中,必须用玻璃管加以保护。而在实际使用时,则是把测温元件装入金属保护管内插到所测介质中使用,由于玻璃管和金属管的传热系数不同,因而产生了偏差值。

    近年来,随着测温元件生产技术的提高,铠装热电阻取代了老式的云母骨架和陶瓷骨架热电阻。铠装热电阻是采用微型薄膜热电阻封装到不锈钢管内,管内填充导热性能好的绝缘材料。对铠装热电阻的检定方法,应把它直接插入冰水混合物或油槽中检定,而不需再用玻璃管来保护。但有不少电厂的温度计检定室在检定铠装热电阻和汽轮机轴瓦用半铠装热电阻时,仍将它们套入玻璃管内插到冰水混合物(0℃)和油槽(100℃)中检定。这样一来,就经常发生电厂用户和制造厂之间由于在检定值上存在差异而发生纠纷。试验结果表明,把铠装热电阻套以玻璃管插入0℃的冰水混合物中的检定值要比铠装热电阻直插入时偏大0.3℃,如果在玻璃管内充入油时,在0℃的检定值也偏大0.1~0.15℃。

    目前,对检定铠装热电阻检定时应不应该套玻璃管,其说法不一,还存在争议。因此建议国家质量技术监督部门能早日制定和颁发适合铠装热电阻的检定规程。



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