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工业流量仪表的节能性研究

时间:2017-04-18 14:24 来源:http://www.shslgs.com 点击数:

企业的能源计量主要依靠计量仪表,但是计量仪表本身也是耗能的。文中针对现阶段最广泛使用的流量仪表,对其能耗进行对比分析,验证涡街流量计的节能效果明显。

引言

工矿企业的能源计量主要依靠计量仪表。如果生产过程中每一个能源利用环节都有计量仪表,就能更加了解能源利用情况并加以控制,达到优质低耗的目标。但是计量仪表本身也是耗能的,就其自身而言也存在节能的需要。流量仪表的能耗有很大的差别,选用适当与否对节能的影响是不可忽视的。

文中以差压式流量计和涡街流量计进行对比分析,具体介绍种流量计的工作特性及节能效果。

 

1.差压式流量计

 

1. 1 孔板流量计

 

目前广泛使用的差压式流量计首推孔板流量计,约占流量仪表总数的 70% 。但是孔板流量计能耗较大,原因是作为差压式流量计,它的计量基础就是压差,压差越高则测量的准确度也越高,而造成的永久压损也就越大。可见,孔板流量计在完成能源计量任务以利节能的同时,却耗费着大量的能源。

统计资料表明: 100  300mm 的管道安装的孔板,以 β = 0. 62 计算,流量按较低的平均流速计算,气相流体年耗能达 6000  60000kWh,液相流体年耗能达 2000  20000kWh。管径越大,耗能增加的速率越大,因为流量增量与管径增量的平方成正比。如果 500mm 以上的管道仍采用孔板,其能耗将成为企业沉重的负担。用更小的能耗得到更加精确的能源计量是研究的方向,文中从能耗的产生及计算方面来分析。

 

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,其动能的增加是以静压能的减少为代价的。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能恢复到原来的大小。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了局部的回流区。因此造成了一定的能量损失,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( 泵、风机等) 或能量发生设备( 如锅炉) 来补充,否则管道内的流体就不能维持正常的流动。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也是可以选择的,它随 β 值的增大而减小,但测量精度下降。所以在永久压损的能耗方面极大地限制了孔板流量计的发展空间。

 

1. 2 均速管流量计

 

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,其中比较有代表性及国内开始使用较多的是均速管( Annubar) 流量计

均速管流量计是基于皮托管测速原理而发展起来的流量计,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。

均速管流量计具有永久压损小、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特点。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按照详细的规范,准确度可达 ± 0. 5% ,但在现场实用中,由于设计、制造、安装、运行等诸多因素的影响,准确度可能下降至± 20% 。所以,从节能及长期使用的角度看,均速管流量计的优势是明显的。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比较高。

2.涡街流量计

 

相比之下,涡街流量计更是孔板的强劲对手,有足够的实力取而代之。

涡街流量计是通过在流体中设置旋涡发生体,发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列,产生一定的频率,通过公式计算出流速。涡街流量计的特点是结构简单牢固,安装维护方便; 适用多种类流体,液、气、蒸汽及部分混合相皆适用; 压力损失小,量程范围大、精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、黏度等参数的影响; 精确度较高,一般达 ± 1% 左右; 流量范围宽,可达 10∶ 1  20∶ 1 或更大; 压头损失小、无零点飘移; 无可动机械零件,仪表参数能长期稳定,因此可靠性高,维护量小。价格相对便宜。测量管径范围一般应适用于DN15  DN300

涡街流量计采用压电应力式传感器,有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,可在  20  250℃ 的工作温度范围内工作,是一种比较先进、理想的计量仪器。

由于涡街流量计具有量程比宽、输出信号为线性、受流体本身参数影响较小、长期稳定性较好等特点,并且永久压损小,因此现阶段大部分流体计量都使用涡街流量计。

3.能耗对比分析

通过以下计算对比分析,可得出差压式流量计和涡街流量计的能耗水平。孔板流量计永久压损为:

 处理3.jpg

久压损,kPa; β—孔径比;  P— 差压上限,kPa; ρ— 流体密度,kg /m3 ; V—流体平均流速,m /s; E—因永久压损而损失的能量,W;M—质量流量,kg /h; η—热力装置或泵风机的效率。

 

以下结合计算示例,进行能耗对比分析。

 

某管道直径为 300mm,流体为过热蒸气,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。

 

方案 1: 选用孔板流量计。

 

β = 0. 5 P = 60kPa。代入式 ( 1 ) ,得 Pyk = 43. 8kPa。代入式( 3) ,得 Ek ≈122. 3kW

 

方案 2: 选用涡街流量计。流体的平均流速:

MV = ( 4) 900πD2 ρ

 

计算得 V≈35. 55m /s。代入式( 2) ,得  Pyw  =6. 45kPa。代入式( 3) ,得 Ew ≈18. 0kW

 

从年运行费来考虑,若电费 0. 3  /kWh,则:孔板流量计的年运行费为 122. 3 × 8760 × 0. 3≈ 321404 涡街流量计的年运行费为 18 × 8760 ×0. 3≈47304 元。

 

4.结语

 

差压式孔板流量计的年运行费惊人,而涡街流量计的节能效果是相当明显的。仅从这一点考虑,改用涡街流量计,数月便可收回投资。文中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来考虑,其节能效果是非常巨大的。

 


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