淺析供熱水質(zhì)對超聲波熱量表的影響

    近年來(lái)，我國政府堅持推行供熱體制改革，實(shí)現供熱計量收費是大勢所趨。但是，根據有關(guān)機構反饋的供熱計量實(shí)施情況的數據來(lái)看，10多年來(lái)收效甚微。據調查，我國目前真正按照供熱計量方式供暖和收費的只占很小一部分。同時(shí)，當前作為供熱計量主體儀表的熱量表產(chǎn)品質(zhì)量也很不樂(lè )觀(guān)、存在很大問(wèn)題，尤其是目前市場(chǎng)占有率最高的超聲波熱量表。雖然得到較廣泛應用，但在國內特殊國情下，仍然存在不少質(zhì)量隱患。主要反映在極度地不適應我國集中供熱管網(wǎng)水質(zhì)而致使堵塞損壞嚴重、故障率奇高。據悉，目前集中供熱安裝使用的熱量表（90%以上都是各種型號的超聲波熱量表）存在較大面積的耐久性、可靠性質(zhì)量問(wèn)題。如果不迅速提升熱量表的整體質(zhì)量，最終很可能導致熱量表產(chǎn)業(yè)毀于一旦并將嚴重影響供熱體制改革進(jìn)程和節能減排目標的實(shí)現。

    眾所周知，國內集中供熱的水質(zhì)比較特殊，不僅“硬度”較高，高溫下極易結垢，而且存在各種顆粒狀雜質(zhì)（如磁化粒子，鐵屑雜質(zhì)等）、少量氣泡，甚至會(huì )岀現“絮狀物”等污染物。面對如此特殊的集中供熱水質(zhì)，目前大部分供熱企業(yè)出于對采暖供水系統嚴重失水必須進(jìn)行控制的原因，很難也不太可能對供熱水質(zhì)進(jìn)行更高的處理，這對熱量表產(chǎn)品本身的要求就十分苛刻。并且，當前大多數熱量表生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)部門(mén)，對這一嚴峻而又十分特殊的供熱水質(zhì)的實(shí)際國情卻視而不見(jiàn)或故意回避。

    筆者參觀(guān)過(guò)好幾個(gè)超聲波熱量表生產(chǎn)企業(yè)，在檢定裝置旁堆放了不少作為檢定裝置運行流體的飲用桶裝水。據稱(chēng)，這樣可以提高對被檢定表具的檢定質(zhì)量。

    據了解，國內任何檢定機構對熱量表檢定試驗裝置所采用的運行流體基本上都明確規定：試驗裝置使用的循環(huán)水不得采用自來(lái)水，應使用純凈水或蒸餾水。若水質(zhì)臟污應及時(shí)更換新水。

    據悉，即將強制推行的熱量表2400h長(cháng)期耐久性試驗，對試驗裝置所采用的運行流體水質(zhì)，應如何盡可能地貼近模擬上述比較特殊的集中供熱水質(zhì)，相關(guān)部門(mén)未作任何解答更沒(méi)有作出任何相應的規定。

    由此可見(jiàn)，每臺熱量表尤其是對運行流體水質(zhì)特別敏感的超聲波熱量表，在進(jìn)入實(shí)際現場(chǎng)運行之前，根本“享受”不到實(shí)際現場(chǎng)運行環(huán)境十分嚴峻而又十分特殊的供熱水質(zhì)對它的鑒別。因此，當對運行流體水質(zhì)特別敏感的超聲波熱量表進(jìn)入實(shí)際現場(chǎng)使用，在如此嚴峻而又十分特殊的供熱水質(zhì)中運行，出現較大面積的耐久性、可靠性質(zhì)量問(wèn)題，也就不足為奇。

    那么，超聲波熱量表對運行流體水質(zhì)究竟敏感到什么程度？以下敘述供業(yè)內人士共同探討：

    1.超聲波熱量表是采用超聲波流量計作為流量傳感器的熱量表。目前，集中供熱安裝使用的超聲波熱量表基本上都采用時(shí)差法測量原理，它是利用超聲波在流動(dòng)的被測流體中傳播時(shí)，順水流傳播速度與逆水流傳播速度差計算流體的流速，從而計算出流體流量。圖1即為超聲波熱量表時(shí)差法流量測量腔體的基本結構，從表面看來(lái)，其測量管內無(wú)可動(dòng)部件，號稱(chēng)不怕堵、不怕水中雜質(zhì)、水中雜質(zhì)對腔體沒(méi)有影響、能滿(mǎn)足腐蝕性載熱流體對測量的要求。相對于機械式熱量表具有壓損小，不易堵塞，精度高等特點(diǎn)。然而事實(shí)并非如此。

圖1 超聲波熱量表時(shí)差法流量測量腔體的基本結構

    2.從圖1可見(jiàn)，測量腔體內的立柱式超聲波反射體是直接與被測流體接觸的。由于超聲波熱量表測量對超聲波的反射角度等的反射質(zhì)量要求比較高，因此，反射柱的反射面必須保持良好的粗糙度以保證超聲波的反射質(zhì)量。在采暖系統中，由于水質(zhì)硬度原因，導致直接與被測流體接觸的反射面出現結垢現象。而且，一般停暖期都在半年以上，在此期間，水中的“絮狀物”等顆粒雜質(zhì)、絲狀物也會(huì )產(chǎn)生沉降現象。當反射柱的反射面結垢或者附有沉降的“絮狀物”等顆粒雜質(zhì)絲狀物時(shí)，流體流動(dòng)時(shí)絲狀物會(huì )產(chǎn)生擺動(dòng)，嚴重影響超聲波的傳播方向等反射質(zhì)量，接收端可能無(wú)法接收到超聲波信號，從而影響儀表的正常測量甚至導致儀表無(wú)法進(jìn)行計量而出現計量堵塞，這種計量堵塞的后果同實(shí)物堵塞的后果是相同的。根據目前供熱管網(wǎng)集中供熱的水質(zhì)不可能采用軟水或純凈水，因此，儀表運行一段時(shí)期后，反射柱的反射面結垢或者附有沉降物的現象，肯定難以避免。

    3.測量腔體內所安裝的超聲波換能器，其表面也是直接與被測流體接觸。因此，當其表面一旦出現結垢或者附著(zhù)污物的現象，同樣會(huì )嚴重影響超聲波的發(fā)射方向甚至可能無(wú)法發(fā)射出超聲波信號等信號發(fā)射質(zhì)量，從而影響儀表的正常測量甚至導致儀表無(wú)法進(jìn)行計量而出現計量堵塞。根據目前供熱管網(wǎng)集中供熱的水質(zhì)不可能采用軟水或純凈水的情況，儀表運行一段時(shí)期后，超聲波換能器表面結垢或者附著(zhù)污物的現象，也肯定難以避免。

    4.如果流經(jīng)測量腔體的被測流體存在各種顆粒狀雜質(zhì)（如磁化粒子，鐵屑雜質(zhì)等），那么本來(lái)處于正常傳播的超聲波就可能發(fā)生折射或散射，從而嚴重影響超聲波的傳播方向和傳播速度等傳播質(zhì)量，以致影響儀表的正常測量。眾所周知，目前供熱管網(wǎng)集中供熱的水質(zhì)，肯定存在不少各種顆粒狀雜質(zhì)，可以想象處于這樣的現場(chǎng)運行狀態(tài)，超聲波熱量表怎么可能長(cháng)期穩定可靠地正常測量？

    5.超聲波熱量表對于被測流體中的氣泡十分敏感，因為超聲波在水中的傳播速度為1500m/s左右，而在空氣中的傳播速度為330m/s，供熱管網(wǎng)畢竟不是檢定機構或生產(chǎn)企業(yè)的檢測裝置采用的是純凈水——基本上不存在氣泡。但是，目前供熱管網(wǎng)集中供熱的水質(zhì)不可能不含雜質(zhì)、氣泡等，根據超聲波在水中及空氣中的傳播速度之異，就可能出現接近于5倍左右的計量誤差。因此，被測流體中一旦出現氣泡，將會(huì )嚴重影響超聲波熱量表的正常計量。

    通過(guò)對上述問(wèn)題的闡述，濟南市質(zhì)量技術(shù)監督局近期在給記者的回復中稱(chēng)，供熱計量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試點(diǎn)，反映出熱量表使用中出現的一些問(wèn)題，主要是耐用性和計量不準確問(wèn)題。熱量表一個(gè)冬季的計水量相當于普通水表14年的計水量。熱量表的工作環(huán)境也很復雜，供熱用水中含有腐蝕性物質(zhì)等很多雜質(zhì)。這些客觀(guān)因素都對熱量表的長(cháng)期可靠性提出較高要求。我認為，這里指的熱量表應該是基本上采用時(shí)差法測量原理的超聲波熱量表。

    山東省計量科學(xué)研究院一名工程師介紹，管道中水質(zhì)的確會(huì )影響熱量表精度。管道中的水如果有很多銹蝕雜質(zhì)，正常情況下熱量表會(huì )走慢，這樣對于供熱企業(yè)來(lái)說(shuō)非常不利，供熱企業(yè)會(huì )因此吃虧。這名工程師認為，哪種供熱方式都有優(yōu)缺點(diǎn)。雖然熱量表所占市場(chǎng)份額最大，但是這種熱計量辦法有一個(gè)很大的缺點(diǎn)：管道中淤積的水垢容易影響其精度。我認為，這里指的熱量表也應該是基本上采用時(shí)差法測量原理的超聲波熱量表。

    清華大學(xué)建筑節能研究中心主任江億曾表示“熱計量表每年都需要進(jìn)行標定，以檢測其是否符合標準，而標定和拆卸安裝的費用對普通老百姓來(lái)說(shuō)是一項不小的花費”。江億又解釋說(shuō)，用戶(hù)的公平性、熱量表的可靠性以及執行者因利益受損帶來(lái)的消極抵抗，三個(gè)因素阻礙了我國“熱改”的推動(dòng)。

    由此可見(jiàn)，作為供熱計量主體儀表的熱量表，其長(cháng)期工作狀態(tài)下質(zhì)量的可靠性對于供熱體制改革具有重要意義�？梢灶A言：如果不解決超聲波熱量表工作運行時(shí)能夠適應目前供熱管網(wǎng)集中供熱難以改變的水質(zhì)，要想提升超聲波熱量表長(cháng)期工作狀態(tài)下質(zhì)量的可靠性，是極其困難的。