流量儀表在節(jié)能監(jiān)測中的重要作用

　　一、節(jié)能降耗已列為“十一五”的重中之重。

　　過去十年，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展迅速，GDP每年增長率都在10%以上，但這是以高耗能為代價(jià)的，我國每百萬美元產(chǎn)值的產(chǎn)品耗能達(dá)到1274噸標(biāo)準(zhǔn)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(dá)14.2億噸，如“十一五”規(guī)劃GDP要翻一番，按目前耗能水平，每年需生產(chǎn)近30億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，這個(gè)數(shù)量無論從資源、生產(chǎn)，還是從環(huán)保、安全、運(yùn)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(chǎn)值耗能應(yīng)下降15~17%，執(zhí)行結(jié)果卻是能源總耗增加了10%；而單位產(chǎn)值耗能不降反上升了7%，真是中央十萬火急，地方、企業(yè)置若罔聞。如果再不狠抓節(jié)能降耗，過大的能耗必將成為制約我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。“十一五”期間中央將下最大的決心，把節(jié)能降耗作為經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重中之重，在確保GDP翻番的同時(shí)，單位產(chǎn)值能耗五年內(nèi)應(yīng)下降20%。我國工業(yè)能耗占總能源的68%，人民生活耗能僅占11.4%，因此節(jié)能的重點(diǎn)應(yīng)放在工業(yè)上，特別是高耗能產(chǎn)業(yè)，如電力、冶金、鋼鐵、石化、建材、運(yùn)輸……。

　　二、流量儀表在節(jié)能監(jiān)測中的重要作用

　　過去的事實(shí)說明了，僅僅是自上而下地宣傳節(jié)能降耗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必需將節(jié)能指標(biāo)落實(shí)到地方與企業(yè)的主要領(lǐng)導(dǎo)，且列入政績，才可能引起重視。而是否達(dá)到了指標(biāo)，則必需采取科學(xué)的態(tài)變，通過儀表的監(jiān)測用數(shù)字來評(píng)估節(jié)能的效果。為此，中央責(zé)成有關(guān)部門制定了國標(biāo)GB17167-2006，即“用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則”并已于2007年1月1日公布實(shí)施。GB17167-2006中的五條(4.3.2，4.3.3，4.3.4，4.3.5，4.3.8)為強(qiáng)制條款，核心內(nèi)容為：凡用能達(dá)到一定規(guī)模的單位和設(shè)備都必需安裝能源監(jiān)測儀表，而且對(duì)用能的大小，監(jiān)測儀表的種類及準(zhǔn)確度等級(jí)都做了明確的規(guī)定。

　　在能源監(jiān)測儀表中，除電能用電表、固態(tài)煤用稱重儀表外，其他氣態(tài)、液態(tài)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(zhì)(水、蒸汽)都必需采用流量儀表。即使對(duì)于固態(tài)能源煤，在流程工業(yè)連續(xù)作業(yè)時(shí)，也可采用沖板式流量計(jì)，或氣固二相微波流量計(jì)。因此，流量儀表在能源監(jiān)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(jiān)測流量儀表的特點(diǎn)

　　影響流量儀表的因素較多，為適應(yīng)這些要求，流量儀表的類型也多達(dá)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(diǎn)談一下在能源監(jiān)測中應(yīng)注意的二個(gè)問題：

　　1、準(zhǔn)確度：在能源監(jiān)測中，流量儀表的準(zhǔn)確應(yīng)放在重要的位置上，GB17167為此也作了合理、明確的規(guī)定。既然要求對(duì)節(jié)能降耗的效果，進(jìn)行準(zhǔn)確的量化，用數(shù)字說明問題，流量儀表則應(yīng)具有必要的準(zhǔn)確度，否則如準(zhǔn)確度低，知之渺渺，對(duì)節(jié)能效果不甚了解，何以正確評(píng)估？又如何“對(duì)癥下藥”改進(jìn)節(jié)能措施？當(dāng)然，也并非越準(zhǔn)確越好，準(zhǔn)確度高的儀表價(jià)格都較昂貴，還是應(yīng)針對(duì)監(jiān)測對(duì)象，實(shí)事求是地合理選定，如測油品的儀表準(zhǔn)確度應(yīng)不小于0.5~1級(jí)；測氣體能源為2~2.5級(jí)；測載能工質(zhì)(水、水蒸汽)也可低至2~2.5級(jí)。

　　2、永久壓損：流量儀表是評(píng)估節(jié)能降耗的重要工具，而其本身不僅不節(jié)能，還將耗能。這是由于當(dāng)流體流經(jīng)儀表中阻力件時(shí)將產(chǎn)生漩渦，如同機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(huì)與儀表壁面產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生較小一些的壓損。為維持工藝流程正常的運(yùn)行，必須加大泵(或風(fēng)機(jī))的動(dòng)力。這是由于安裝流量儀表所引起的附加運(yùn)行費(fèi)，這筆費(fèi)用因儀表結(jié)構(gòu)不同會(huì)有較大差異，選擇流量儀表進(jìn)行節(jié)能評(píng)估，當(dāng)然應(yīng)選擇那些壓損小，耗能、年運(yùn)行費(fèi)低一些的儀表，言清行濁，適得其反當(dāng)然不是人們期望的。

　　以下計(jì)算了三種流量儀表(孔板、內(nèi)錐、均速管)在不同管徑下的壓損，能耗及年運(yùn)行費(fèi)(計(jì)算略去)，從表1所列數(shù)據(jù)可知，流量儀表因壓損所需的年運(yùn)行費(fèi)不可忽視，是一個(gè)應(yīng)引起重視的問題！

　　3、說明：表1的計(jì)算，假設(shè)了一些條件，如：流量按平均流速25m/s，介質(zhì)為空氣，溫度20℃，壓力102kpa，風(fēng)機(jī)效率為0.85，每年工作為365小時(shí)，每天工作24小時(shí)，電費(fèi)每千瓦小時(shí)0.8元?？装?beta;取0.62；內(nèi)錐β取0.7，參數(shù)如有變化，耗能及年運(yùn)行費(fèi)也有所不同，因此表1的數(shù)據(jù)只能對(duì)三種儀表的耗能，運(yùn)行費(fèi)做定性的評(píng)估。

　　四、幾種能源監(jiān)測流量儀表的比較

　　1、節(jié)流裝置：基于節(jié)流產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)，曾占據(jù)了流量儀表的60~70%市場，類型多達(dá)二、三十種。

　?、俳?jīng)典式：已建立國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，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(dāng)管徑大于0.3米時(shí)，建議不再選用，文丘利管壓損雖較小，但體積龐大，耗費(fèi)大量高耗能鋼材，制造、運(yùn)輸都非易事，選用也應(yīng)慎重。

　?、趦?nèi)錐：近3~5年內(nèi)宣傳力度很大，被認(rèn)為是一種壓損小、準(zhǔn)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(jié)能儀表；其準(zhǔn)確度有人做過標(biāo)定*1，在大管徑下(D>300mm)；流出系數(shù)的分散度約為5%。其主要優(yōu)點(diǎn)是采取了環(huán)形通道，具有整流效果，因而要求直管段長度較其他節(jié)流裝置小得多，在管徑日益增大，現(xiàn)場難以滿足流量儀表所需的直管段長度，還是一個(gè)應(yīng)肯定的突出優(yōu)點(diǎn)。

　?、鄣蛪簱p管(lo-loss)相關(guān)資料公布已三十年，類似縮短了的文丘利管，主要特點(diǎn)是永久壓損小。

　　④梭式*2：取內(nèi)錐、低壓損管二者之所長，具有環(huán)形通道可縮短前直管段長度的優(yōu)點(diǎn)；又具有l(wèi)o-loss管節(jié)流后壓力恢復(fù)的功能，為專利產(chǎn)品。

　　2、插入式：結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，價(jià)廉，且可不斷流裝折，但準(zhǔn)確度較低，僅適用于大管道流量檢測，在能源監(jiān)測中可用于準(zhǔn)確度要求不高的場合。

　?、贉y點(diǎn)速：通過測管道中一點(diǎn)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(jù)ISO7145評(píng)估，準(zhǔn)確度為±3%，如直管段不足30D，準(zhǔn)確度將低于±5%*3。

　　最近在市場上推出一種類似變形皮托管的測管，最大優(yōu)點(diǎn)是不易堵塞，在管道上方安放三支，每支需用一個(gè)差壓變送器，價(jià)格較貴。據(jù)稱按ISO3966設(shè)計(jì)，但并未達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)所要求在橫截面上安排20個(gè)測點(diǎn)的要求。有關(guān)文章對(duì)其做了誤差分析*4，并未考慮到速度分布不理想時(shí)，影響準(zhǔn)確度最大的干擾系數(shù)γ*5。因此，測量誤差將會(huì)超出±3%。

　?、跍y徑向多點(diǎn)流速：典型的儀表為均速管，由于測點(diǎn)多，準(zhǔn)確度可優(yōu)于測點(diǎn)速的插入式流量計(jì)。通常僅測橫截面直徑方向上的多點(diǎn)流速，在需提高準(zhǔn)確度時(shí)，也可插互成900的二支均速管，則更符合ISO3966的測點(diǎn)要求。

　　3、無阻力件流量儀表。這類儀表的特點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，管道內(nèi)無任何阻力件，壓損小、準(zhǔn)確高，是最有發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績x表，如超聲、科氏、電磁、近五年市場年增長率分別達(dá)到10.4%、6.9%、2.4%。

　?、匐姶牛涸诹髁績x表市場中雖居首位，但僅可測電導(dǎo)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(zhì)水。

　?、诳剖希汗軆?nèi)雖無阻力件，但要求流體在儀表中流向轉(zhuǎn)1800，因此壓損較大，準(zhǔn)確度可高達(dá)±0.5%以上，管徑目前均小于0.25米，可用于貿(mào)易核算要求精確計(jì)量的場合。

　?、鄢暎嚎捎糜诙喾N流體，準(zhǔn)確度可高達(dá)±0.5%，壓損小，量程比大，國內(nèi)外已制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是最理想的能源監(jiān)測儀表。目前除價(jià)格較貴影響選用外，據(jù)用戶反映，在現(xiàn)場應(yīng)用中、抗噪聲性能還有待進(jìn)一步改善。

　　五、小結(jié)

　　1、儀表選型應(yīng)全面、理性。本文從能源監(jiān)測的角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)了流量儀表具有準(zhǔn)確度高、永久壓損小，價(jià)格低廉的幾個(gè)特點(diǎn)。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(diǎn)，或是有標(biāo)準(zhǔn)可遵循(如孔板)、或是準(zhǔn)確較高，當(dāng)管徑不大時(shí)，壓損的問題也并不突出，不必因噎廢食。因此，選型應(yīng)全面，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(fā)展趨勢：目前流量儀表有很多類型，處于一種“春秋戰(zhàn)國”的狀態(tài)，但科技在飛速的發(fā)展，新型儀表如電磁、超聲、科氏，以其結(jié)構(gòu)簡單，功能完善，日益受到用戶的青睞。經(jīng)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(diǎn)，市場發(fā)展呈下降趨勢，年增長率為-2.3%。新的節(jié)流裝置也在不斷地涌現(xiàn)，所以新型流量儀表取代經(jīng)典式傳統(tǒng)儀表將是一個(gè)較漫長的過程，并非一朝一夕之事。