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从节能角度对流量仪表的研究

时间:2017-04-14 16:42 来源:http://www.shslgs.com 点击数:

目前广泛使用的差压式流量计首推孔板,约占流量仪表总数的70%左右,但恰恰是孔板在能耗方面可以说是首屈一指。 原因是作为差压式流量计,它的计量基础就是压差,压差越高则测量准确度越高,而造成的永久压损也越大。 所以孔板在完成能源计量任务以利节能的同时,却耗费大量能源。

统计资料表明,(100300mm 的管道安装的孔板,以β0.62,流量按较低的平均流速计算,气相流体年耗能从6000多千瓦·时到60000多千瓦·时,液相流体年耗能从2000多千瓦·时到20000多千瓦·时。 管径越大,耗能增加的速率越大。 这是因为流量增量与管径增量成平方关系所致。 随着企业向大型化发展的趋势,如果500mm以上的管道仍采用孔板,其能耗将成为企业的沉重负担。 用更小的能耗得到更加精确的能源计量是研究方向,下面从能耗的产生及计算方面分析。

流体流经孔板时, 遇到突然收缩的流通截面,流束发生局部收缩。 连续流体在收缩处的流速必然增大。 根据能量守恒定律,其动能的增加以静压能的减少为代价。 在孔板的两侧产生了静压差,孔板流量计就是通过测量该压差来实现流量测量的。 该压差的大小与流速的大小和取压方式有关。

流体通过孔板后,管道流通截面得以恢复,流速也恢复到原来的速度。 但这时动能的减小并不能使静压恢复到原来大小。 流线实验表明,在孔板后流通截面突然增大,流线产生分离后形成局部回流区。 因此造成一定的能量损失, 这种静压力的减小称为永久压损。 永久压损消耗的能量,必须由动力输送设备(如泵、风机等)或能量发生设备(如锅炉)补充,否则管道内的流体就不能维持正常流动。 但是,减小永久压损的方法是可以实现的。 孔板的永久压损大小在一定范围内可以选择,它随β值的增大而减小,但测量准确度下降。 其他类型的流量计则可以有很多选择。

 

出于节能考虑,国外从20世纪70年代起加快了研制低压损流量计的步伐。 各种以不同方式测取流量的仪表层出不穷,其中较有代表性及国内开始使用较多的是均速管流量计及涡街流量计。

 

均速管流量计是基于皮托管测速原理发展起来的流量计, 但它把测量整个截面流速分布的问题简化为测一个直径上的流速分布, 从而大大扩展了皮托管这一经典测速法在工业上的应用。 它具有永久压损小、适用范围宽、结构简单、制造及安装成本低、维修方便、准确度及长期稳定性较好等优点。 据国外资料介绍,均速管流量计的准确度可达±1.0%,而长期稳定性可达±0.1%。 而孔板流量计虽然在理论上准确度可达1% 流出系数最高为0.6% 但在现场使用中,由于设计、制造、安装、运行中诸多因素影响,准确度可能下降至±20%。 所以,从节能及长期使用的角度看,均速管的优势较明显。 当然,由于与孔板同属差压式流量计,它的量程比偏小(仅为3∶1),对配套差压计的要求也较高。

 

相比之下, 涡街流量计更是孔板的强劲对手,有足够实力取而代之。 本文着重从节能方面与孔板作一比较。

永久压损的计算公式如下:

以上各式中: Py—永久压损,kPaβ—孔径

 

 P— kPaρ— kg/m3

 

V—流体平均流速,m/sE—因永久压损而损失的

 

能量,WM—质量流量,kg/hη—热力装置或泵

 

(风机)的效率。

 

计算示例如下:

 公式1.jpg

某管道直径为300mm,流体为过热蒸汽,最大流量为50t/h,工作温度为250℃,工作压力为1.17MPa(表压力),工作状态下流体密度为5.5267kg/m3,热力装置的效率为0.9,试作运行节能方案比较。

 公式2.jpg

方案1:选用孔板流量计, β0.5 P60kPa

 

从式(1),得  Pyk43.8kPa

 

从式(3),得Ek≈122.3kW

 

方案2:选用涡街流量计。

计算得V≈35.55m/s

 

从式(2),得  Pyw6.45kPa

 

从式(3),得Ew≈18.0kW

 

从年运行费来考虑,若每千瓦·时需花费0.3元,

 

则孔板的年运行费为122.3×8760×0.3≈321404(元)≈32.14(万元)

 

涡街的年运行费为18×8760×0.3≈47304(元)≈4.73(万元)

 

由此可见, 孔板的年运行费是一个惊人的数字,而涡街的节能效果相当明显。 仅从这一点考虑,改用涡街流量计,数月便可收回投资。

以上仅是一个流量计的能耗比较,如果从一个企业、一个城市或者从我国所有的流量计考虑,笔者认为其节能效果非常显著。