習(xí)近平：中國(guó)將全面推進(jìn)節(jié)能減排和低碳發(fā)展
隨著供熱計(jì)量改革的不斷推進(jìn)，熱量表已被廣泛應(yīng)用，政府主管部門(mén)、物業(yè)管理單位、熱力公司都希望熱量表性能更可靠、功能更完善，從而適應(yīng)熱計(jì)量收費(fèi)和供熱系統(tǒng)自動(dòng)化的需要。熱量表生產(chǎn)企業(yè)肩負(fù)著完善熱量表產(chǎn)品質(zhì)量的重任，在較短的發(fā)展歷程中，我國(guó)熱量表生產(chǎn)企業(yè)取得的成績(jī)有目共睹：從機(jī)械式熱量表到超聲波熱量表，從單一的熱量表產(chǎn)品到與溫控相結(jié)合的熱量表計(jì)量系統(tǒng)，產(chǎn)品的不斷升級(jí)為熱計(jì)量改革的實(shí)施提供了必要的物質(zhì)條件。供熱系統(tǒng)的復(fù)雜的性和特殊性決定了對(duì)熱量表的質(zhì)量要求不同于其他民用計(jì)量?jī)x表（如水表、煤氣表），今后熱量表生產(chǎn)企業(yè)的主要工作是加強(qiáng)科研工作，不斷吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)自身技術(shù)研發(fā)，形成我國(guó)熱量表的技術(shù)特點(diǎn)，更好地服務(wù)于熱計(jì)量工作。本文力求對(duì)國(guó)內(nèi)一段時(shí)間以來(lái)開(kāi)展的技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)進(jìn)行介紹，為行業(yè)發(fā)展提供參考。
一、開(kāi)展電磁流量計(jì)應(yīng)用于熱水流量計(jì)量的研究
電磁流量計(jì)是一種液體流量計(jì)量?jī)x表，廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、水利工程中。其工作原理是法拉第電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流體平均流速成正比，電磁流量計(jì)測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而得到流體平均流速。電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)活動(dòng)部件，可靠性強(qiáng)，測(cè)量范圍寬，更為重要的是，電磁流量計(jì)按權(quán)重分布進(jìn)行積分得到平均流量，對(duì)流速分布的要求低，壓損小，這些特性對(duì)于較大口徑的流量計(jì)量具有明顯優(yōu)勢(shì)。
在供熱計(jì)量改革初期，一些科研單位開(kāi)始研究應(yīng)用電磁流量計(jì)作為熱量表的流量傳感器。但是自2000年至2009年，熱計(jì)量采用戶用熱量表法，熱量表口徑一般為DN15至DN25。企業(yè)研發(fā)的電磁式熱量表由于需要現(xiàn)場(chǎng)提供電源，不符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ128-2007《熱量表》的要求，且價(jià)格高于機(jī)械式熱量表和超聲波熱量表，無(wú)法適應(yīng)使用需要。2010年以來(lái)，隨著JGJ173-2009《供熱計(jì)量技術(shù)規(guī)程》的實(shí)施，大口徑熱量表廣泛應(yīng)用，由于電磁式熱量表在電源方面仍不如超聲波熱量表便捷，所以很多場(chǎng)合還是大量使用超聲波熱量表?；仡欕姶攀綗崃勘淼膽?yīng)用過(guò)程，需要說(shuō)明的是JGJ173-2009《供熱計(jì)量技術(shù)規(guī)程》未規(guī)定不能使用電磁式熱量表，反而在樓棟計(jì)量方式中指出可以選擇電磁式熱量表。電磁式熱量表未能廣泛使用的根本原因是其沒(méi)有體現(xiàn)出特定的使用價(jià)值，同時(shí)增加了對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)的要求。
隨著系統(tǒng)改造的實(shí)施和計(jì)量管理工作的加強(qiáng)，熱力公司對(duì)電磁式熱量表的認(rèn)識(shí)出現(xiàn)變化。為了系統(tǒng)控制的需要，一些熱力公司在熱源出口安裝由電磁流量計(jì)、溫度計(jì)和計(jì)算器組成的熱量計(jì)量系統(tǒng)，電磁流量計(jì)適應(yīng)供熱計(jì)量的要求，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。供熱系統(tǒng)自動(dòng)控制是今后的趨勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的流量測(cè)量是基礎(chǔ)，這必將推動(dòng)各種熱量表的研究工作，包括超聲波熱量表、電磁式熱量表。超聲波熱量表的研究還在繼續(xù)，包括水質(zhì)的影響、穩(wěn)定性的提高等；電磁式熱量表的研究逐步興起，行業(yè)專家已經(jīng)開(kāi)展了這方面的工作。
蔡武昌先生最早發(fā)表文章介紹1993年國(guó)際儀表使用者協(xié)會(huì)（WIB）委托荷蘭研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展的電磁流量計(jì)研究工作，總結(jié)了不同溫度、粘度條件下，不同襯里材料電磁流量計(jì)的計(jì)量特性。從2012年起，北京計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院展開(kāi)電磁流量計(jì)的研究工作，完成了5-85℃水溫條件下的試驗(yàn)工作，總結(jié)了不同襯里材料的計(jì)量特性：試驗(yàn)表明電磁流量計(jì)具有明顯的溫度特性和良好的穩(wěn)定性，其中陶瓷襯里的電磁流量計(jì)由于優(yōu)異的溫度特性特別適合作為標(biāo)準(zhǔn)表。此外，同時(shí)開(kāi)展的研究工作還包括電磁流量計(jì)的干標(biāo)定技術(shù)、抗干擾技術(shù)。PTB的ROSE博士提出的熱水中雜質(zhì)對(duì)計(jì)量性能的影響試驗(yàn)也將是一個(gè)研究方向。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)電磁式熱量表的研發(fā)推動(dòng)了產(chǎn)品品質(zhì)的成熟。2014年起，北京添瑞祥德儀表公司等推出電磁式熱量表產(chǎn)品。上海浦瑞斯儀表在陶瓷襯里電磁熱量表的研究值得關(guān)注，已經(jīng)具備生產(chǎn)DN300陶瓷內(nèi)襯的能力，其電極的燒結(jié)工藝具有特點(diǎn)，而國(guó)外陶瓷襯里電磁流量計(jì)的最大口徑為DN200。
適應(yīng)使用需要的熱量表會(huì)有長(zhǎng)久的生命力。2015年電磁熱量表的研究呈現(xiàn)欣欣向榮的景象，今后各種研究將不斷完善其品質(zhì)，最終為熱力公司提供可靠的電磁熱量表產(chǎn)品。
二、持續(xù)開(kāi)展超聲波熱量表的技術(shù)優(yōu)化工作</p><p>超聲波熱量表經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展，產(chǎn)品功能已經(jīng)完善，環(huán)境適應(yīng)性不斷提高。一些實(shí)力企業(yè)認(rèn)真研究歐洲標(biāo)準(zhǔn)，甚至花費(fèi)巨資到歐洲進(jìn)行型式批準(zhǔn)試驗(yàn)，力求使國(guó)產(chǎn)熱量表的產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)到國(guó)外水平。總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)有三個(gè)方面：
（1）具備精密加工的能力，實(shí)現(xiàn)流量傳感器關(guān)鍵尺寸的準(zhǔn)確加工
這樣做的理論依據(jù)有兩方面：一方面，超聲波傳播具有方向性，超聲波換能器的準(zhǔn)確定位可以保證發(fā)射換能器的超聲波能量盡可能多的投送到接收換能器；另一方面，超聲波流量傳感器測(cè)量的是線流速，根據(jù)特定的數(shù)學(xué)模型將線流速轉(zhuǎn)化為面流速，保證流量傳感器關(guān)鍵尺寸準(zhǔn)確，就是保證產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型與原設(shè)計(jì)一致。
（2）具備換能器的封裝能力，保證換能器的品質(zhì)
換能器是電聲轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，其重要性不言自明。行業(yè)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)展的各種研究涉及到聲波與電信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的效率、換能器的電學(xué)特性、換能器的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠性、換能器在不同溫度、壓力條件下的性能特性等。需要強(qiáng)調(diào)的是，換能器品質(zhì)更多的是通過(guò)工藝進(jìn)行控制，完全依賴于事后的檢測(cè)，并不適用于批量化工業(yè)生產(chǎn)。
（3）使用準(zhǔn)確的流量裝置，科學(xué)地建立超聲波流量測(cè)量的數(shù)學(xué)模型
一些企業(yè)開(kāi)展了大量的試驗(yàn)工作，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)超聲波流量測(cè)量的可靠模型，其根本原因是流量裝置不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定。企業(yè)認(rèn)為使用出廠檢測(cè)的流量裝置就可以進(jìn)行超聲波流量傳感器的開(kāi)發(fā)；實(shí)際情況卻是，用于研發(fā)的流量測(cè)試裝置在準(zhǔn)確度、流量穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性等方面明顯高于出廠檢測(cè)用的流量裝置。由于流量裝置的重要作用，一些企業(yè)已經(jīng)將高準(zhǔn)確度的流量裝置看做企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，而這樣做的結(jié)果是使研發(fā)過(guò)程事半功倍。
除了熱量表技術(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)工作，一些細(xì)節(jié)方面的研究也給予我們啟示。換能器尺寸并不引人注意，但經(jīng)過(guò)研究，不同尺寸的換能器在同一工作頻率下的傳播效果不同，這為研究換能器傳播過(guò)程提供了參考。裝置的流量穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性是兩個(gè)概念，但作為速度式流量計(jì)的超聲波流量傳感器在裝置上測(cè)量時(shí)，脈動(dòng)的裝置的流量會(huì)導(dǎo)致超聲波流量傳感器測(cè)量值發(fā)生偏差，無(wú)疑這對(duì)于構(gòu)建超聲波流量測(cè)量模型會(huì)產(chǎn)生影響。
總結(jié)當(dāng)前多方面的技術(shù)優(yōu)化工作，我國(guó)熱量表產(chǎn)品存在超越國(guó)外產(chǎn)品的可能。一些實(shí)力企業(yè)如威海天罡、唐山匯中、南京邁拓、廣州柏城等，具備流量管段的精密加工和換能器封裝能力，為熱量表品質(zhì)提供可靠保證。其技術(shù)優(yōu)化工作已經(jīng)從單獨(dú)部件的性能提升，轉(zhuǎn)變?yōu)檎w方案的提出和整體性能的改進(jìn)。相信在企業(yè)的不斷努力下，我國(guó)超聲波熱量表產(chǎn)品的品質(zhì)會(huì)上升到一個(gè)新的水平。
三、對(duì)熱量表在線準(zhǔn)確度的研究
在鍋爐能效測(cè)評(píng)和熱計(jì)量收費(fèi)工作中，準(zhǔn)確的熱計(jì)量數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)合理的能效測(cè)評(píng)和客觀的熱計(jì)量收費(fèi)。在一些極端場(chǎng)合，熱量表在線測(cè)量結(jié)果評(píng)定出了明顯偏離常識(shí)的鍋爐效率值以及異常的熱計(jì)量收費(fèi)數(shù)據(jù)，這種測(cè)量數(shù)據(jù)毫無(wú)意義。所以無(wú)論使用者，還是熱量表生產(chǎn)企業(yè)，都需要關(guān)注熱量表在線測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。熱量表生產(chǎn)企業(yè)更應(yīng)該意識(shí)到，提升熱量表的品質(zhì)，不僅僅是保證熱量表能通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，更重要的是在現(xiàn)場(chǎng)各種非理想狀態(tài)下，例如流量脈動(dòng)、溫度波動(dòng)、直管段不足等，熱量表仍能準(zhǔn)確計(jì)量。
在開(kāi)展熱量表在線準(zhǔn)確度研究工作前，如果對(duì)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)沒(méi)有全面的認(rèn)識(shí)，可能會(huì)使相關(guān)研究存在局限性。這里有幾個(gè)問(wèn)題需要說(shuō)明：
首先，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展的各種實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)工作可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，但不等于通過(guò)了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)就能制造出適應(yīng)各種情況的熱量表產(chǎn)品。在工作現(xiàn)場(chǎng)，熱量表受到環(huán)境溫度、電磁干擾、流動(dòng)擾動(dòng)等各種因素的影響，現(xiàn)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)力求將各種可能的影響因素在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行定量模擬，并測(cè)試熱量表在這種干擾下是否工作正常。某些影響因素的模擬試驗(yàn)可以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，還有一些影響因素的模擬實(shí)驗(yàn)會(huì)受到試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法、研究水平的限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
其次，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的質(zhì)量水平是該類產(chǎn)品應(yīng)用后應(yīng)達(dá)到的基本要求。通過(guò)同樣標(biāo)準(zhǔn)的不同產(chǎn)品，無(wú)論是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，還是國(guó)外產(chǎn)品，它們是存在品質(zhì)差異的。比如我們知道蘭吉爾、久茂、荷德魯美特的品質(zhì)與其他產(chǎn)品存在著差異，因?yàn)檫@些生產(chǎn)企業(yè)的高品質(zhì)保證首先是由于具有獨(dú)特的工藝以及材料，同時(shí)這些企業(yè)開(kāi)發(fā)了很多國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以外的試驗(yàn)，通過(guò)這些試驗(yàn)從更貼近于現(xiàn)場(chǎng)的角度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
歐洲生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行的各種實(shí)驗(yàn)給了我們啟迪。久茂公司在溫度傳感器配對(duì)工作中會(huì)根據(jù)使用條件考慮插入深度、熱電勢(shì)等方面的影響。蘭吉爾公司會(huì)根據(jù)塑料材質(zhì)的熱量表設(shè)計(jì)切向力試驗(yàn)，驗(yàn)證熱量表強(qiáng)度。歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4000次耐久性試驗(yàn)，是基于歐洲供熱實(shí)際情況進(jìn)行的一次技術(shù)創(chuàng)新。
國(guó)內(nèi)對(duì)于熱量表在線準(zhǔn)確度的研究大致包括直管段不足的影響、流量脈動(dòng)的影響、水質(zhì)變化后對(duì)換能的影響等。這些研究工作中，必須提到是哈爾濱計(jì)量院的朱繼光總工和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的方修睦教授和曹慧哲教授共同開(kāi)展的試驗(yàn)工作。他們搭建了各種管路，分析各種超聲波熱量表和電磁式熱量表受直管段的影響，取得了開(kāi)創(chuàng)性成果。一些企業(yè)也已經(jīng)注意到這一點(diǎn)，威海天罡公司購(gòu)置了各種過(guò)濾器、換熱器，搭建模擬供熱的管路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量表的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
四、熱量表功能與智能化供熱系統(tǒng)相適應(yīng)
目前，智能化系統(tǒng)是供熱領(lǐng)域比較關(guān)心的話題。這方面既有系統(tǒng)集成商提供的解決方案，也有地區(qū)供熱公司總結(jié)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)，供熱系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，這是大家的共識(shí)。在這種情況下，我們要了解智能化系統(tǒng)。智能化系統(tǒng)的本質(zhì)是通過(guò)建立信息網(wǎng)絡(luò)，利用各種傳感器，提取供熱系統(tǒng)運(yùn)行信息，經(jīng)過(guò)對(duì)信息的加工分析，形成新的決策信息，并通過(guò)控制部件實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。智能化系統(tǒng)的特點(diǎn)包括進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)決策、系統(tǒng)效率與決策能力相關(guān)，以節(jié)能減排為目標(biāo)。
熱量表是智能化供熱系統(tǒng)中的傳感器，它為系統(tǒng)提供了流量溫度的測(cè)量數(shù)據(jù)，幫助系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行的智能化系統(tǒng)中，熱量表為滿足智能化調(diào)控的需要，應(yīng)該具備三方面的能力，即可靠且快速的通訊能力；能快速反映系統(tǒng)變化的動(dòng)態(tài)測(cè)量能力；故障在線檢測(cè)能力。
回顧過(guò)去，行業(yè)專家在不同方面進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯?，積極推動(dòng)了熱量表產(chǎn)品品質(zhì)的升級(jí)。電磁熱量表的研發(fā)、超聲波熱量表的技術(shù)優(yōu)化，立足于產(chǎn)品本身，目的是提升產(chǎn)品的可靠性和計(jì)量的準(zhǔn)確性。在線準(zhǔn)確度和智能化應(yīng)用的研究，則使熱量表更適應(yīng)供熱系統(tǒng)的要求。熱量表行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)非常豐富，熱點(diǎn)紛呈，我對(duì)國(guó)內(nèi)熱量表的未來(lái)充滿期待。
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