制藥企業(yè)水流量計計量系統(tǒng)改造及儀表選型經(jīng)驗
摘要：對制藥企業(yè)水管網(wǎng)計量系統(tǒng)優(yōu)化提升改造及儀表選型，從管網(wǎng)系統(tǒng)查找存在問題到用水單元如何配置計量儀表，進行了具體的分析及方法介紹，并介紹了自來水計量儀表的選配原則。
能源計量作為節(jié)約能源的基礎工作已尤顯重要，為了提升能源計量管理水平，筆者單位近幾年來加大了能源計量系統(tǒng)完善改造力度，特別是把以貫徹落實 GB17167-2006《用能單位計量器具配備和管理通則》為較低要求，先后分批投入巨資在配好配齊各級能源計量儀表的基礎上，公司對自來水計量系統(tǒng)近 50 路計量裝置進行了優(yōu)化提升改造，降低了管道壓力損失，提高了計量精度，為企業(yè)節(jié)能增效、核算生產(chǎn)成本打下了堅實的基礎。
1、基本情況：
本公司分東西兩個獨立生產(chǎn)區(qū)，自來水年用量在百萬噸級。由于歷史原因，東區(qū)管網(wǎng)使用年限普遍超過 50 年，管網(wǎng)復雜且為樹枝型布網(wǎng)，小用戶多，以制劑藥生產(chǎn)與辦公次級用能單位為主，西區(qū)管網(wǎng)使用年限近 40 年，管網(wǎng)結構相對整齊，以原料生產(chǎn)次級用能單位為主，原料生產(chǎn)用水量相對多些。公司自來水管網(wǎng)管徑普遍偏大，管網(wǎng)系統(tǒng)陳舊且敷設于地下，生產(chǎn)、生活管道未分開敷設，用水量主要目的為按生產(chǎn)工藝要求對溫度進行降溫，用水季節(jié)性很強。計量系統(tǒng)優(yōu)化升級改造前，水計量儀表普遍使用傳統(tǒng)的機械式水表及插入式切向渦輪流量計，它們都存在機械磨損，計量精度逐年衰減、使用壽命短的缺點。
從形式上看能源計量的配備率很高，但其檢測率卻大打折扣，許多用戶（尤其是原料和制劑生產(chǎn)車間等用水大戶）普遍存在大管徑小流量，造成小流量計不上，另有些小用量用能單位計量儀表損壞或工作不正常。筆者曾用便攜式超聲波流量計對有關使用普通機械式水表的用水大戶在線實測，計量誤差***大偏小 20% 左右，公司水計量總表與分表合計的計量偏差在 20% 左右（因管網(wǎng)系統(tǒng)可能存在問題，在未檢查清楚、解決前，計量總表與分表合之差暫且稱為計量偏差），僅東區(qū)就有每月近 2 萬噸的計量偏差。
本公司分東西兩個獨立生產(chǎn)區(qū)，自來水年用量在百萬噸級。由于歷史原因，東區(qū)管網(wǎng)使用年限普遍超過 50 年，管網(wǎng)復雜且為樹枝型布網(wǎng)，小用戶多，以制劑藥生產(chǎn)與辦公次級用能單位為主，西區(qū)管網(wǎng)使用年限近 40 年，管網(wǎng)結構相對整齊，以原料生產(chǎn)次級用能單位為主，原料生產(chǎn)用水量相對多些。公司自來水管網(wǎng)管徑普遍偏大，管網(wǎng)系統(tǒng)陳舊且敷設于地下，生產(chǎn)、生活管道未分開敷設，用水量主要目的為按生產(chǎn)工藝要求對溫度進行降溫，用水季節(jié)性很強。計量系統(tǒng)優(yōu)化升級改造前，水計量儀表普遍使用傳統(tǒng)的機械式水表及插入式切向渦輪流量計，它們都存在機械磨損，計量精度逐年衰減、使用壽命短的缺點。
從形式上看能源計量的配備率很高，但其檢測率卻大打折扣，許多用戶（尤其是原料和制劑生產(chǎn)車間等用水大戶）普遍存在大管徑小流量，造成小流量計不上，另有些小用量用能單位計量儀表損壞或工作不正常。筆者曾用便攜式超聲波流量計對有關使用普通機械式水表的用水大戶在線實測，計量誤差***大偏小 20% 左右，公司水計量總表與分表合計的計量偏差在 20% 左右（因管網(wǎng)系統(tǒng)可能存在問題，在未檢查清楚、解決前，計量總表與分表合之差暫且稱為計量偏差），僅東區(qū)就有每月近 2 萬噸的計量偏差。
2、水管網(wǎng)系統(tǒng)計量偏差偏大成因檢查與分析：
2.1、計量偏差成因檢查：
針對上述情況，首先必須查找造成計量偏差偏大的原因，東區(qū)存在問題較大，我們采取對東區(qū)水管網(wǎng)計量系統(tǒng)進行動態(tài)測試的方法，目的是檢查水計量偏差來源于計量系統(tǒng)還是來源于管網(wǎng)系統(tǒng)。在條件允許或創(chuàng)造條件下，組織技術人員利用停工或節(jié)假日且是用水量較低時段對所有用戶進行用水動態(tài)測試。根據(jù)東區(qū)用水特點：低谷一般在：23：00 ～ 06：00 時段， 期間， 關掉不用水用戶的進水閥門，對用戶夜間用水低谷期每隔一小時間隔準時同步將累積值和瞬時值抄表一次，讀數(shù)要讀到儀表的***小分度值，并作好記錄。公司進廠貿(mào)易結算總表已由自來水公司更新為進口 WS 型高靈敏度水表，工作可靠。表 1 所示為東區(qū)經(jīng)過整理后的測試數(shù)據(jù)。
| 表 1 | 用水動態(tài)測試數(shù)據(jù) | ||
| 時間 | 所有分表和平均 | 進廠總表平均 | 計量偏差（m³/h） |
| 瞬時值（m³/h） | 瞬時值（m³/h） | ||
| 0:00 | 22.103 | 50.700 | 28.597 |
| 1:00 | 15.355 | 41.000 | 25.645 |
| 2:00 | 11.508 | 35.600 | 24.092 |
| 3:00 | 15.433 | 43.200 | 27.767 |
| 4:00 | 14.828 | 42.500 | 27.672 |
| 5:00 | 13.951 | 40.200 | 26.249 |
| 6:00 | 11.347 | 37.700 | 26.353 |
從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)***小用量出現(xiàn)在凌晨 2：00 時刻，剔除用水單位的實際用量外，還存在：35.6 -11.508＝ 24.092 m³/h 的計量偏差，折合每月計量偏差：24.092 m³×24×30 ＝ 17 346 m³，這正好與東區(qū)日常抄表時的計量總表與分表合計之差每月近 2 萬噸的數(shù)量基本接近。
2.2、計量偏差原因分析：
2.2.1、計量儀表原因：
自來水計量普遍使用普通水表，因機械固有的磨損特性，使用年限長，不可避免水表準確度會逐漸下降，漏計量逐漸加大；因公司生產(chǎn)經(jīng)營特點，用水量變化起伏很大，生活用水占有很大比例。我公司東區(qū)的次級用能單位自來水計量水表數(shù)量 45 臺，管徑范圍為：DN20~DN150，可測***?。ㄊ紕樱┝髁咳缦卤?2 所示。
2.2.1、計量儀表原因：
自來水計量普遍使用普通水表，因機械固有的磨損特性，使用年限長，不可避免水表準確度會逐漸下降，漏計量逐漸加大；因公司生產(chǎn)經(jīng)營特點，用水量變化起伏很大，生活用水占有很大比例。我公司東區(qū)的次級用能單位自來水計量水表數(shù)量 45 臺，管徑范圍為：DN20~DN150，可測***?。ㄊ紕樱┝髁咳缦卤?2 所示。
| 表 2 | 計量儀表可測***?。ㄊ紕樱┝髁?/td> | |||
| 用戶水表通徑 | 數(shù)量 | ***小流量（m³/h） | 合計（m³/h） | |
| （mm） | B 級表 | |||
| DN150 | 3 | 3 | 9 | |
| DN100 | 9 | 1.5 | 13.5 | |
| DN80 | 4 | 0.9 | 3.6 | |
| DN50 | 8 | 0.45 | 3.6 | |
| DN40 | 3 | 0.2 | 0.6 | |
| DN32 | 2 | 0.1 | 0.2 | |
| DN25 | 3 | 0.07 | 0.21 | |
| DN20 | 13 | 0.05 | 0.65 | |
| 合計： | 45 | 31.36 | ||
水表工作在低于可測***小流量以下則測不到流量，這是因為計量儀表的測量技術特性所限，測不到流量并非零流量。假如上表中有 30% 水表因用戶閥門有少量泄漏等原因，并每天 12 h 不用水，則每月因計量儀表固有測量技術特性造成的漏計流量為：31.36×30%×12×30 ＝ 3 387 m³。另外，水表的機械磨損會使其準確度逐漸下降 , 經(jīng)對東區(qū)有關普通機械水表進行在線抽檢實測 , 計量值偏低平均約 10%左右。
2.2.2、自來水管網(wǎng)系統(tǒng)存在一定的漏損：
2.2.2.1、由于公司的發(fā)展，各用水單位廠房變化較大，管網(wǎng)改動較多，可能有些廢棄的管道存在泄漏及閥門關不嚴而難以被發(fā)現(xiàn)。
2.2.2.2、老管網(wǎng)系統(tǒng)因管道陳舊可能有少量泄漏。
3 、水管網(wǎng)計量系統(tǒng)改造的原則 ：
準確可靠的計量數(shù)據(jù)是計量工作的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。首先要為生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)筑建一個科學先進的計量平臺，提供準確可靠的計量數(shù)據(jù)，必須對原水計量系統(tǒng)進行技術優(yōu)化提升改造，系統(tǒng)要具有前瞻性。
3.1、 生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)采用電子式附帶計算機通訊接口的計量儀表，為下一步實現(xiàn)公司生產(chǎn)電子化和實現(xiàn)能源計量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡化打下技術基礎。
3.2 、依據(jù)計量公開、透明、合理的原則，對各次級用能單位選用同廠家、同系列電子式水表，使改造后的水計量系統(tǒng)具有相同的技術平臺，具備公平合理性。
3.3、所選的主要計量儀表具備自身耗能低、性價比高、管內(nèi)壓損小、免維護或少維護等特點。
3.4 、本著既能解決問題，又節(jié)約費用的原則。
3.5 、計量儀表與相關管道要嚴格按照技術規(guī)范及有關要求安裝調(diào)試。
3.6、計量儀表配置選型原則：
對用量較大、流量變化幅度大、用水季節(jié)性強、連續(xù)用水的次級用能單位進行計量裝置優(yōu)化升級改造，選用測量下限值低 ( 關鍵值 )、量程比寬、測量精度高的計量儀表。經(jīng)論證實惠電磁流量計，該表測量管內(nèi)無可動部件，工作可靠，便于維護管理；管內(nèi)無阻流部件，因此無壓力損失，保證精度測量范圍為 0.2~10 m/s，我們要求儀表制造廠家特殊定制，保證精度的可測下限做到 0.1 m/s 以下，并出據(jù)標定技術報告。該表測量精度為 ±1.0%R，防護等級為IP67，性價比高。
3.6、計量儀表配置選型原則：
對用量較大、流量變化幅度大、用水季節(jié)性強、連續(xù)用水的次級用能單位進行計量裝置優(yōu)化升級改造，選用測量下限值低 ( 關鍵值 )、量程比寬、測量精度高的計量儀表。經(jīng)論證實惠電磁流量計，該表測量管內(nèi)無可動部件，工作可靠，便于維護管理；管內(nèi)無阻流部件，因此無壓力損失，保證精度測量范圍為 0.2~10 m/s，我們要求儀表制造廠家特殊定制，保證精度的可測下限做到 0.1 m/s 以下，并出據(jù)標定技術報告。該表測量精度為 ±1.0%R，防護等級為IP67，性價比高。
為了降低計量成本，對用量較大、流量變化小、流速在要求范圍內(nèi)的次級用能單位選用經(jīng)濟適用的渦街流量計，該表無可動部件，耐磨損，壓損小，
可靠性高，測量范圍為 0.4~6 m/s，精度為 ±1.5%R。
對生活（或辦公）用水計量表損壞或現(xiàn)用普通水表的次級用能單位，選用帶有發(fā)訊功能的 WS 型垂直螺翼可拆式磁傳水表，精度為 B 級，該表主要特點：量程寬，始動流量低，靈敏度高，壽命長，機芯可拆，便于維修，整體性能優(yōu)于LXS型旋翼水表。
4、具體儀表選型（以部分典型用戶為例）：
4.1、原料車間：
總自來水現(xiàn)管道管徑為 DN200，原計量表為太陽能切向渦輪式流量表，其測量范圍為：48 m³/h~720 m³/h, 經(jīng)在線實測，管道水流量在 40 m³/h 時該表瞬時值為 0 m³/h,，原表漏計嚴重。該車間共有12 臺主要用水設備，且不同時采用大流量用水，根據(jù)工藝用水情況，經(jīng)實際考察每臺主要生產(chǎn)設備用自來水降溫時常用水量為 50 m³/h（現(xiàn) 65 m³ 容積設備自來水管徑為 DN125，50 m³ 容積設備自來水管DN100）。若現(xiàn) 12 臺設備中有 5 臺同時降溫則流量為 250 m³/h，選用儀表必需滿足 3 m³/h ~250 m³/h 的測量范圍。
DN150 與 DN100 管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）運行時流量為：
故：將總管 DN200 改為 DN150 與 DN100 兩路管道并聯(lián)雙計量回路，用量大時兩路管道同時開，用量小時只開一路管道。選用智能電磁流量計，該表可測范圍為：（DN150）6 m³/h~600 m³/h，（DN100）2.8 m³/h~280 m³/h。儀表前后安裝檢修閥門，可不斷流在線檢修。
4.1、原料車間：
總自來水現(xiàn)管道管徑為 DN200，原計量表為太陽能切向渦輪式流量表，其測量范圍為：48 m³/h~720 m³/h, 經(jīng)在線實測，管道水流量在 40 m³/h 時該表瞬時值為 0 m³/h,，原表漏計嚴重。該車間共有12 臺主要用水設備，且不同時采用大流量用水，根據(jù)工藝用水情況，經(jīng)實際考察每臺主要生產(chǎn)設備用自來水降溫時常用水量為 50 m³/h（現(xiàn) 65 m³ 容積設備自來水管徑為 DN125，50 m³ 容積設備自來水管DN100）。若現(xiàn) 12 臺設備中有 5 臺同時降溫則流量為 250 m³/h，選用儀表必需滿足 3 m³/h ~250 m³/h 的測量范圍。
DN150 與 DN100 管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）運行時流量為：
故：將總管 DN200 改為 DN150 與 DN100 兩路管道并聯(lián)雙計量回路，用量大時兩路管道同時開，用量小時只開一路管道。選用智能電磁流量計，該表可測范圍為：（DN150）6 m³/h~600 m³/h，（DN100）2.8 m³/h~280 m³/h。儀表前后安裝檢修閥門，可不斷流在線檢修。
4.2、鍋爐房：
鍋爐房自來水計量原為普通水表，總管管徑為DN125，共有鍋爐四臺，其中 35 t/h 爐一臺，10 t/h爐三臺，若同時開一臺 35 t/h 與兩臺 10 t/h 爐，按額定蒸發(fā)量乘以 1.5 倍系數(shù)計算用水量：
（35+2×10）×1.5=82.5 m³/hDN100 的管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）時流量為：Q=（3.14×0.1²×3 600×3）/4=84.8 m³/h故 DN100 管道可以滿足供水需求，將原管徑DN125 縮徑為 DN100, 選用 DN100 智能電磁流量計，該表可測范圍為：2.8 m³/h~280 m³/h。
4.3、空壓站：
空壓站有主要用水設備四臺，兩臺同時使用。原共用一臺 DN200 太陽能插入式切向渦輪式流量表 , 其測量范圍為：48 m³/h~720 m³/h, 因用水量小，計量表基本不走，經(jīng)現(xiàn)場實測每臺空壓機常用水量為 20 m³/h 且比較恒定，現(xiàn)每臺機獨立配用 DN80 流量計，因正常使用時流量波動不大，選用三臺 DN80的渦街流量計，該表測量范圍為：7 m³/h~100 m³/h，滿足工藝及計量要求。
4.4、片劑車間：
車間原表為 DN150 的普通水表，經(jīng)在線實測該用戶的***大流量為 20 m³/h。為了提高計量準確度，將 DN150 水表縮徑為 DN100，DN100 管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）運行時流量為：QDN100=（3.14×0.1²×3 600×3）/4=85 m³/h滿足用戶需求。選用智能電磁流量計，更新后該表可測范圍為 2.8 m³/h~280 m³/h。
4.5、針劑車間：
車間分新區(qū)與老區(qū)兩部分，有各自獨立的自來水表。新區(qū)自來水計量儀表為 DN100 切向渦輪流量計，安裝于室內(nèi)技術夾層，為了提高計量準確度及方便工作，將該表更新改造為 DN100 的電磁流量計，利用原計量測量系統(tǒng)的積算儀，減少費用。
老區(qū)自來水管徑為 DN125，原計量儀表誤裝為 DN150 普通水表。經(jīng)在線實測該管道的實際流量在 2.8 m³/h~35 m³/h 范圍內(nèi)，為了提高計量準確度，需將該表縮徑為 DN100 的電磁流量計，DN100 管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）運行時流量為：QDN100=（3.14×0.1²×3 600×3）/4=85 m³/h滿足用戶需求。更新后該表可測范圍為 2.8 m³/h~280 m³/h。
4.6、生活總表：
生活總表為科技樓、洗浴中心、辦公樓等用戶的總表，原為 DN150 的普通水表，用量占東區(qū)總量約 20% 左右，經(jīng)在線實測該用戶的***大流量為 70 m³/h，為了提高計量準確度，將該路 DN150 總表縮徑為 DN100，DN100 管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）運行時流量為：
空壓站有主要用水設備四臺，兩臺同時使用。原共用一臺 DN200 太陽能插入式切向渦輪式流量表 , 其測量范圍為：48 m³/h~720 m³/h, 因用水量小，計量表基本不走，經(jīng)現(xiàn)場實測每臺空壓機常用水量為 20 m³/h 且比較恒定，現(xiàn)每臺機獨立配用 DN80 流量計，因正常使用時流量波動不大，選用三臺 DN80的渦街流量計，該表測量范圍為：7 m³/h~100 m³/h，滿足工藝及計量要求。
4.4、片劑車間：
車間原表為 DN150 的普通水表，經(jīng)在線實測該用戶的***大流量為 20 m³/h。為了提高計量準確度，將 DN150 水表縮徑為 DN100，DN100 管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）運行時流量為：QDN100=（3.14×0.1²×3 600×3）/4=85 m³/h滿足用戶需求。選用智能電磁流量計，更新后該表可測范圍為 2.8 m³/h~280 m³/h。
4.5、針劑車間：
車間分新區(qū)與老區(qū)兩部分，有各自獨立的自來水表。新區(qū)自來水計量儀表為 DN100 切向渦輪流量計，安裝于室內(nèi)技術夾層，為了提高計量準確度及方便工作，將該表更新改造為 DN100 的電磁流量計，利用原計量測量系統(tǒng)的積算儀，減少費用。
老區(qū)自來水管徑為 DN125，原計量儀表誤裝為 DN150 普通水表。經(jīng)在線實測該管道的實際流量在 2.8 m³/h~35 m³/h 范圍內(nèi)，為了提高計量準確度，需將該表縮徑為 DN100 的電磁流量計，DN100 管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）運行時流量為：QDN100=（3.14×0.1²×3 600×3）/4=85 m³/h滿足用戶需求。更新后該表可測范圍為 2.8 m³/h~280 m³/h。
4.6、生活總表：
生活總表為科技樓、洗浴中心、辦公樓等用戶的總表，原為 DN150 的普通水表，用量占東區(qū)總量約 20% 左右，經(jīng)在線實測該用戶的***大流量為 70 m³/h，為了提高計量準確度，將該路 DN150 總表縮徑為 DN100，DN100 管徑在經(jīng)濟流速（3 m/s）運行時流量為：
QDN100=（3.14×0.1²×3 600×3）/4=85 m³/h滿足用戶需求。選用電磁流量計，更新后該表可測范圍為 2.8 m³/h~280 m³/h。
4.7、需優(yōu)化改造的機械水表用戶：
因這些用戶基本上是生活用水或間歇性用水的單位，故選用帶有發(fā)訊功能的 WS 型垂直螺翼可拆式磁傳水表儀表，通徑在 DN20~DN80 之間。
5、效果優(yōu)化：
提升改造后的水計量檢測系統(tǒng)，經(jīng)過近兩年的連續(xù)運行使用，期間，尤其是系統(tǒng)中的電子式流量計（電磁流量計，渦街流量計）未發(fā)生一起儀表故障，系統(tǒng)運行安全，數(shù)據(jù)準確可靠，東區(qū)每月近 20 000 t 的計量偏差降為約 8 000 t 左右，大大提高了能源計量檢測率。如果管網(wǎng)沒有泄漏或泄漏量很小，總表與分表的差值還可能近一步降低。表 3所示為近期幾個月的計量數(shù)據(jù)。
| 表 3 改造后水計量數(shù)據(jù) | |||||||||
| 日期 | 分表合計 (m³) | 總表合計 (m³) | 東西區(qū)分表合計 (m³) | 東西區(qū)總表合計 (m³) | 偏差 %（誤差） | ||||
| 東區(qū) | 西區(qū) | 東區(qū) | 西區(qū) | ||||||
| 4 月 | 41 007 | 101 597 | 48 995 | 103 320 | 142 604 | 152 315 | 6.38 | ||
| 7 月 | 34 510 | 167 488 | 42 874 | 168 550 | 201 998 | 211 424 | 4.46 | ||
| 10 月 | 36 586 | 113 263 | 40 338 | 117 180 | 149 849 | 157 518 | 4.87 | ||
6、結束語：
要準確的檢測出老舊管網(wǎng)系統(tǒng)自來水的流量，是一件不容易的事情，首先要摸清管網(wǎng)的具體情況，包括每一根細小的管道，看來微不足道，但可能是致命的疏忽，找出計量偏差的真正原因，其次是正確合理配置計量儀表，如一定要選用電子式水計量儀表，建議實惠電磁流量計，如無特別要求，選用WS 型垂直螺翼式水表也是一種經(jīng)濟實用的選擇。在此，建議有條件的單位***好配備一臺便攜式超聲波流量計，以便隨時、方便的發(fā)現(xiàn)與解決問題。
要準確的檢測出老舊管網(wǎng)系統(tǒng)自來水的流量，是一件不容易的事情，首先要摸清管網(wǎng)的具體情況，包括每一根細小的管道，看來微不足道，但可能是致命的疏忽，找出計量偏差的真正原因，其次是正確合理配置計量儀表，如一定要選用電子式水計量儀表，建議實惠電磁流量計，如無特別要求，選用WS 型垂直螺翼式水表也是一種經(jīng)濟實用的選擇。在此，建議有條件的單位***好配備一臺便攜式超聲波流量計，以便隨時、方便的發(fā)現(xiàn)與解決問題。
