流量儀表在能源監測中的地位與特點

一、節能降耗已列為“十一五”的重中之重。
　　
　　過去十年，我國經濟建設發展迅速，GDP每年增長率都在10%以上，但這是以高耗能為代價的，我國每百萬美元產值的產品耗能達到1274噸標準煤，為國際水平的2.4倍;美國的2.5倍;歐盟的4.9倍;日本的8.7倍，我國每年耗煤已達14.2億噸，如“十一五”規劃GDP要翻一番，按目前耗能水平，每年需生產近30億噸標準煤，這個數量無論從資源、生產，還是從環保、**、運輸各方面考慮，都是難以為繼的。中央在“十五”期間已提出在能源總耗略增前提下，單位產值耗能應下降15~17%，執行結果卻是能源總耗增加了10%;而單位產值耗能不降反上升了7%，真是中央十萬火急，地方、企業置若罔聞。如果再不狠抓節能降耗，過大的能耗必將成為制約我國經濟進一步發展的瓶頸。“十一五”期間中央將下*大的決心，把節能降耗作為經濟建設中的重中之重，在確保GDP翻番的同時，單位產值能耗五年內應下降20%。我國工業能耗占總能源的68%，人民生活耗能僅占11.4%，因此節能的重點應放在工業上，特別是高耗能產業，如電力、冶金、鋼鐵、石化、建材、運輸……。
　　
　　二、流量儀表在節能監測中的重要作用
　　
　　過去的事實說明了，僅僅是自上而下地宣傳節能降耗是遠遠不夠的，必需將節能指標落實到地方與企業的主要領導，且列入政績，才可能引起重視。而是否達到了指標，則必需采取科學的態變，通過儀表的監測用數字來評估節能的效果。為此，中央責成有關部門制定了國標GB17167-2006，即“用能單位能源計量器具配備和管理通則”并已于2007年1月1日公布實施。GB17167-2006中的五條(4.3.2，4.3.3，4.3.4，4.3.5，4.3.8)為強制條款，核心內容為：凡用能達到一定規模的單位和設備都必需安裝能源監測儀表，而且對用能的大小，監測儀表的種類及準確度等級都做了明確的規定。
　　
　　在能源監測儀表中，除電能用電表、固態煤用稱重儀表外，其他氣態、液態能源(如原油、成品油、重油、渣油、天然氣、液化氣、煤氣……)及載能工質(水、蒸汽)都必需采用流量儀表。即使對于固態能源煤，在流程工業連續作業時，也可采用沖板式流量計，或氣固二相微波流量計。因此，流量儀表在能源監測儀表中具有舉足輕重、無法替代的重要地位。
　　
　　三、用于能源監測流量儀表的特點
　　
　　影響流量儀表的因素較多，為適應這些要求，流量儀表的類型也多達200種左右，如何合理選用，并非舉手之勞。本文限于篇幅，略去一般選型原則，重點談一下在能源監測中應注意的二個問題：
　　
　　1、準確度：在能源監測中，流量儀表的準確應放在重要的位置上，GB17167為此也作了合理、明確的規定。既然要求對節能降耗的效果，進行準確的量化，用數字說明問題，流量儀表則應具有必要的準確度，否則如準確度低，知之渺渺，對節能效果不甚了解，何以正確評估?又如何“對癥下藥”改進節能措施?當然，也并非越準確越好，準確度高的儀表價格都較昂貴，還是應針對監測對象，實事**地合理選定，如測油品的儀表準確度應不小于0.5~1級;測氣體能源為2~2.5級;測載能工質(水、水蒸汽)也可低至2~2.5級。
　　
　　2、長久壓損：流量儀表是評估節能降耗的重要工具，而其本身不僅不節能，還將耗能。這是由于當流體流經儀表中阻力件時將產生漩渦，如同機械運動中的摩擦一樣，以減小流體壓力形式消耗能量。有些儀表如文丘利、超聲、電磁等雖無阻力件，流體也會與儀表壁面產生摩擦，產生較小一些的壓損。為維持工藝流程正常的運行，必須加大泵(或風機)的動力。這是由于安裝流量儀表所引起的附加運行費，這筆費用因儀表結構不同會有較大差異，選擇流量儀表進行節能評估，當然應選擇那些壓損小，耗能、年運行費低一些的儀表，言清行濁，適得其反當然不是人們期望的。
　　
　　以下計算了三種流量儀表(孔板、內錐、均速管)在不同管徑下的壓損，能耗及年運行費(計算略去)，從表1所列數據可知，流量儀表因壓損所需的年運行費不可忽視，是一個應引起重視的問題!
　　
　　3、說明：表1的計算，假設了一些條件，如：流量按平均流速25m/s，介質為空氣，溫度20℃，壓力102kpa，風機效率為0.85，每年工作為365小時，每天工作24小時，電費每千瓦小時0.8元。孔板β取0.62;內錐β取0.7，參數如有變化，耗能及年運行費也有所不同，因此表1的數據只能對三種儀表的耗能，運行費做定性的評估。
　　
　　四、幾種能源監測流量儀表的比較
　　
　　1、節流裝置：基于節流產生差壓，測差壓的平方根可知流量大小。長期以來這類儀表由于可承受惡劣的工況，且已有國際標準作依據，曾占據了流量儀表的60~70%市場，類型多達二、三十種。
　　
　　①經典式：已建立國際、國內標準，以孔板、噴咀、文丘利為代表，其中孔板如表1所示，壓損較大，噴咀多用于測蒸汽，壓損僅次于孔板(見圖1)。當管徑大于0.3米時，建議不再選用，文丘利管壓損雖較小，但體積龐大，耗費大量高耗能鋼材，制造、運輸都非易事，選用也應慎重。
　　
　　②內錐：近3~5年內宣傳力度很大，被認為是一種壓損小、準確度高，幾乎不要求直管段的儀表，其壓損在不同β下(圖1)，僅次于孔板，比噴咀略高，并不是節能儀表;其準確度有人做過標定*1，在大管徑下(D>300mm);流出系數的分散度約為5%。其主要優點是采取了環形通道，具有整流效果，因而要求直管段長度較其他節流裝置小得多，在管徑日益增大，現場難以滿足流量儀表所需的直管段長度，還是一個應肯定的突出優點。
　　
　　③低壓損管(lo-loss)相關資料公布已三十年，類似縮短了的文丘利管，主要特點是長久壓損小。
　　
　　④梭式*2：取內錐、低壓損管二者之所長，具有環形通道可縮短前直管段長度的優點;又具有lo-loss管節流后壓力恢復的功能，為**產品。
　　
　　2、插入式：結構簡單，安裝方便，價廉，且可不斷流裝折，但準確度較低，僅適用于大管道流量檢測，在能源監測中可用于準確度要求不高的場合。
　　
　　①測點速：通過測管道中一點的流速推算流量的儀表，如雙文丘利管;插入式渦街、渦輪、電磁，皮托管。據ISO7145評估，準確度為±3%，如直管段不足30D，準確度將低于±5%*3。
　　
　　*近在市場上推出一種類似變形皮托管的測管，*大優點是不易堵塞，在管道上方安放三支，每支需用一個差壓變送器，價格較貴。據稱按ISO3966設計，但并未達到該標準所要求在橫截面上安排20個測點的要求。有關文章對其做了誤差分析*4，并未考慮到速度分布不理想時，影響準確度*大的干擾系數γ*5。因此，測量誤差將會超出±3%。
　　
　　②測徑向多點流速：典型的儀表為均速管，由于測點多，準確度可優于測點速的插入式流量計。通常僅測橫截面直徑方向上的多點流速，在需提高準確度時，也可插互成900的二支均速管，則更符合ISO3966的測點要求。
　　
　　3、無阻力件流量儀表。這類儀表的特點是機械結構簡單，管道內無任何阻力件，壓損小、準確高，是*有發展潛力的流量儀表，如超聲、科氏、電磁、近五年市場年增長率分別達到10.4%、6.9%、2.4%。
　　
　　①電磁：在流量儀表市場中雖居首位，但僅可測電導率大于10-5S/cm的流體，不能測油品及天然氣等能源，只能測載能工質水。
　　
　　②科氏：管內雖無阻力件，但要求流體在儀表中流向轉1800，因此壓損較大，準確度可高達±0.5%以上，管徑目前均小于0.25米，可用于貿易核算要求**計量的場合。
　　
　　③超聲：可用于多種流體，準確度可高達±0.5%，壓損小，量程比大，國內外已制定相關標準，是*理想的能源監測儀表。目前除價格較貴影響選用外，據用戶反映，在現場應用中、抗噪聲性能還有待進一步改善。
　　
　　五、小結
　　
　　1、儀表選型應**、理性。本文從能源監測的角度出發，強調了流量儀表具有準確度高、長久壓損小，價格低廉的幾個特點。從上所述，目前還沒有十全十美的儀表，有些儀表如孔板、科氏、容積式、雖然壓損大，但也有特點，或是有標準可遵循(如孔板)、或是準確較高，當管徑不大時，壓損的問題也并不突出，不必因噎廢食。因此，選型應**，綜合考慮，過分地夸大或貶低某一種儀表都是片面、不可取的。
　　
　　2、發展趨勢：目前流量儀表有很多類型，處于一種“春秋戰國”的狀態，但科技在飛速的發展，新型儀表如電磁、超聲、科氏，以其結構簡單，功能完善，日益受到用戶的青睞。經典式(孔板、噴咀、文丘利)或因壓損大，要求直管段過長難以滿足等缺點，市場發展呈下降趨勢，年增長率為-2.3%。新的節流裝置也在不斷地涌現，所以新型流量儀表取代經典式傳統儀表將是一個較漫長的過程，并非一朝一夕之事。