浅析供热水质对超声波热量表的影响

    近年来，我国政府坚持推行供热体制改革，实现供热计量收费是大势所趋。但是，根据有关机构反馈的供热计量实施情况的数据来看，10多年来收效甚微。据调查，我国目前真正按照供热计量方式供暖和收费的只占很小一部分。同时，当前作为供热计量主体仪表的热量表产品质量也很不乐观、存在很大问题，尤其是目前市场占有率最高的超声波热量表。虽然得到较广泛应用，但在国内特殊国情下，仍然存在不少质量隐患。主要反映在极度地不适应我国集中供热管网水质而致使堵塞损坏严重、故障率奇高。据悉，目前集中供热安装使用的热量表（90%以上都是各种型号的超声波热量表）存在较大面积的耐久性、可靠性质量问题。如果不迅速提升热量表的整体质量，最终很可能导致热量表产业毁于一旦并将严重影响供热体制改革进程和节能减排目标的实现。

    众所周知，国内集中供热的水质比较特殊，不仅“硬度”较高，高温下极易结垢，而且存在各种颗粒状杂质（如磁化粒子，铁屑杂质等）、少量气泡，甚至会岀现“絮状物”等污染物。面对如此特殊的集中供热水质，目前大部分供热企业出于对采暖供水系统严重失水必须进行控制的原因，很难也不太可能对供热水质进行更高的处理，这对热量表产品本身的要求就十分苛刻。并且，当前大多数热量表生产企业和相关部门，对这一严峻而又十分特殊的供热水质的实际国情却视而不见或故意回避。

    笔者参观过好几个超声波热量表生产企业，在检定装置旁堆放了不少作为检定装置运行流体的饮用桶装水。据称，这样可以提高对被检定表具的检定质量。

    据了解，国内任何检定机构对热量表检定试验装置所采用的运行流体基本上都明确规定：试验装置使用的循环水不得采用自来水，应使用纯净水或蒸馏水。若水质脏污应及时更换新水。

    据悉，即将强制推行的热量表2400h长期耐久性试验，对试验装置所采用的运行流体水质，应如何尽可能地贴近模拟上述比较特殊的集中供热水质，相关部门未作任何解答更没有作出任何相应的规定。

    由此可见，每台热量表尤其是对运行流体水质特别敏感的超声波热量表，在进入实际现场运行之前，根本“享受”不到实际现场运行环境十分严峻而又十分特殊的供热水质对它的鉴别。因此，当对运行流体水质特别敏感的超声波热量表进入实际现场使用，在如此严峻而又十分特殊的供热水质中运行，出现较大面积的耐久性、可靠性质量问题，也就不足为奇。

    那么，超声波热量表对运行流体水质究竟敏感到什么程度？以下叙述供业内人士共同探讨：

    1.超声波热量表是采用超声波流量计作为流量传感器的热量表。目前，集中供热安装使用的超声波热量表基本上都采用时差法测量原理，它是利用超声波在流动的被测流体中传播时，顺水流传播速度与逆水流传播速度差计算流体的流速，从而计算出流体流量。图1即为超声波热量表时差法流量测量腔体的基本结构，从表面看来，其测量管内无可动部件，号称不怕堵、不怕水中杂质、水中杂质对腔体没有影响、能满足腐蚀性载热流体对测量的要求。相对于机械式热量表具有压损小，不易堵塞，精度高等特点。然而事实并非如此。

图1 超声波热量表时差法流量测量腔体的基本结构

    2.从图1可见，测量腔体内的立柱式超声波反射体是直接与被测流体接触的。由于超声波热量表测量对超声波的反射角度等的反射质量要求比较高，因此，反射柱的反射面必须保持良好的粗糙度以保证超声波的反射质量。在采暖系统中，由于水质硬度原因，导致直接与被测流体接触的反射面出现结垢现象。而且，一般停暖期都在半年以上，在此期间，水中的“絮状物”等颗粒杂质、丝状物也会产生沉降现象。当反射柱的反射面结垢或者附有沉降的“絮状物”等颗粒杂质丝状物时，流体流动时丝状物会产生摆动，严重影响超声波的传播方向等反射质量，接收端可能无法接收到超声波信号，从而影响仪表的正常测量甚至导致仪表无法进行计量而出现计量堵塞，这种计量堵塞的后果同实物堵塞的后果是相同的。根据目前供热管网集中供热的水质不可能采用软水或纯净水，因此，仪表运行一段时期后，反射柱的反射面结垢或者附有沉降物的现象，肯定难以避免。

    3.测量腔体内所安装的超声波换能器，其表面也是直接与被测流体接触。因此，当其表面一旦出现结垢或者附着污物的现象，同样会严重影响超声波的发射方向甚至可能无法发射出超声波信号等信号发射质量，从而影响仪表的正常测量甚至导致仪表无法进行计量而出现计量堵塞。根据目前供热管网集中供热的水质不可能采用软水或纯净水的情况，仪表运行一段时期后，超声波换能器表面结垢或者附着污物的现象，也肯定难以避免。

    4.如果流经测量腔体的被测流体存在各种颗粒状杂质（如磁化粒子，铁屑杂质等），那么本来处于正常传播的超声波就可能发生折射或散射，从而严重影响超声波的传播方向和传播速度等传播质量，以致影响仪表的正常测量。众所周知，目前供热管网集中供热的水质，肯定存在不少各种颗粒状杂质，可以想象处于这样的现场运行状态，超声波热量表怎么可能长期稳定可靠地正常测量？

    5.超声波热量表对于被测流体中的气泡十分敏感，因为超声波在水中的传播速度为1500m/s左右，而在空气中的传播速度为330m/s，供热管网毕竟不是检定机构或生产企业的检测装置采用的是纯净水——基本上不存在气泡。但是，目前供热管网集中供热的水质不可能不含杂质、气泡等，根据超声波在水中及空气中的传播速度之异，就可能出现接近于5倍左右的计量误差。因此，被测流体中一旦出现气泡，将会严重影响超声波热量表的正常计量。

    通过对上述问题的阐述，济南市质量技术监督局近期在给记者的回复中称，供热计量经过一段时间的试点，反映出热量表使用中出现的一些问题，主要是耐用性和计量不准确问题。热量表一个冬季的计水量相当于普通水表14年的计水量。热量表的工作环境也很复杂，供热用水中含有腐蚀性物质等很多杂质。这些客观因素都对热量表的长期可靠性提出较高要求。我认为，这里指的热量表应该是基本上采用时差法测量原理的超声波热量表。

    山东省计量科学研究院一名工程师介绍，管道中水质的确会影响热量表精度。管道中的水如果有很多锈蚀杂质，正常情况下热量表会走慢，这样对于供热企业来说非常不利，供热企业会因此吃亏。这名工程师认为，哪种供热方式都有优缺点。虽然热量表所占市场份额最大，但是这种热计量办法有一个很大的缺点：管道中淤积的水垢容易影响其精度。我认为，这里指的热量表也应该是基本上采用时差法测量原理的超声波热量表。

    清华大学建筑节能研究中心主任江亿曾表示“热计量表每年都需要进行标定，以检测其是否符合标准，而标定和拆卸安装的费用对普通老百姓来说是一项不小的花费”。江亿又解释说，用户的公平性、热量表的可靠性以及执行者因利益受损带来的消极抵抗，三个因素阻碍了我国“热改”的推动。

    由此可见，作为供热计量主体仪表的热量表，其长期工作状态下质量的可靠性对于供热体制改革具有重要意义。可以预言：如果不解决超声波热量表工作运行时能够适应目前供热管网集中供热难以改变的水质，要想提升超声波热量表长期工作状态下质量的可靠性，是极其困难的。