差壓流量計在選型上的經(jīng)濟性分析

要艷靜，劉鵬，郭曉林

（航天長征化學工程股份有限公司，北京101111）

流量測量在過程變量測量中相對較為復(fù)雜，流量計按測量類型分類有差壓式、浮子式、容積式、渦街式、電磁式、超聲波式和科里奧利式等；按流量原理分類有力學原理、動量守恒原理、電學原理和聲學原理等；按安裝方式分類有封閉管道，插入式等。本文選取均速管流量計中的德爾塔巴流量計、管道安裝式流量計中的標準節(jié)流孔板以及新型節(jié)流裝置中的平衡流量計來進行比較分析，從而使設(shè)計和選型更加優(yōu)化。

1 三種流量計特點分析

a）標準孔板作為標準節(jié)流裝置的一種，現(xiàn)在被廣泛使用，占整個流量計總數(shù)的70%以上，它可測量全部單相流體，包括液體、氣體、蒸汽以及部分混相流體。孔板憑借其價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、無須標定、安全可靠、使用期限長等優(yōu)勢，至今尚無任何一類流量計可與之比擬。

b）均速管流量計是通過測管道中直徑（圓管）或長與寬（矩形管）上幾點的流速來推算流量的一種插入式流量儀表，基于管道內(nèi)介質(zhì)的平均流速，進而計算流量。均速管對管道內(nèi)的流體特性影響小，加工工藝簡單，可以雙向測量。但對直管段要求較高，輸出差壓小，測量精度較低。由于均速管屬于非節(jié)流式流量計，所以壓損很小，運行成本很低。

c）平衡流量計對傳統(tǒng)節(jié)流裝置進行了很大的改進，將節(jié)流原理由邊緣節(jié)流改為平衡節(jié)流。平衡流量傳感器是一個多孔的圓盤節(jié)流整流器，安裝在管道的截面上，當流體穿過圓盤的函數(shù)孔時，流體將被平衡調(diào)整，渦流被最小化，形成近似理想流體，通過標準取壓裝置，可獲得穩(wěn)定的差壓信號，根據(jù)伯努利方程計算出流量。

這種流量計的測量精度是傳統(tǒng)節(jié)流裝置的5～10倍，流動噪聲降低到傳統(tǒng)節(jié)流裝置的1／15，永久壓力損失約為1／3，壓力恢復(fù)快，最小直管段可以小于0.5D，沒有活動的部件，安裝和使用非常方便簡單，可省去大直管段，大大減少流體運行所消耗的能量，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的節(jié)能儀表。d）三種流量計中介質(zhì)流動情況如圖1所示。e）三種流量計的主要性能見表1所列。

圖1 三種流量計中的介質(zhì)流動情況

表1 三種差壓式流量計性能對比

2 流量計運行費用分析

2.1 能耗分析

流量儀表運行費用主要是工作時的能量消耗，包括儀表內(nèi)部電力消耗以及測量過程中消耗的能量，即克服儀表因測量產(chǎn)生壓力損失的泵送能耗費。

根據(jù)流量測量（節(jié)流式流量計）原理，泵送能耗費用計算公式：

式中：hp——動能損耗，kW，hp＝pLqV／η，其中qV—— 流體體積流量；pL——節(jié)流元件產(chǎn)生壓損；η——電動機效率；t——年工作小時數(shù)，h；R——電價，元／（kW·h）。

其中，主要是壓損和流量決定泵送能耗費用，以德爾塔巴流量計、平衡流量計和標準孔板做壓損比較（β為孔板的孔徑比，Δp為流量計產(chǎn)生的差壓）：

a）標準孔板壓損的經(jīng)驗公式：當β＝0.6時，pL＝0.6Δp；當β＝0.7時，pL＝0.5Δp。

b）平衡流量計的壓損為pL＝0.23Δp。

c）比較保守地計算，德爾塔巴的壓損為pL＝0.1Δp。

2.2 舉例說明

2.2.1 蒸汽測量

設(shè)測量介質(zhì)為過熱蒸汽，管徑為114mm，壓力為3.9MPa，溫度為450℃，在此溫度、壓力下其蒸汽密度為12.511kg／m3，介質(zhì)流量為5t／h。設(shè)備一年運行365d，每天運行24h，每度電電費為0.8元，電動機效率η＝0.8。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗值，孔板、平衡流量計、德爾塔巴流量計產(chǎn)生的差壓值分別取16，12.8，1.6kPa；測量時，功率損失分別為12.21，4.085，0.222kW，能耗換算成年度電費分別為85 568，28 626，1 555元。

因此，一年中孔板的直接運行成本比平衡流量計高56 942元；比德爾塔巴流量計高84 013元。

2.2.2 液體測量

設(shè)一水測量點位，管徑為219mm，壓力為0.2MPa，溫度為20℃，在此溫度、壓力下水密度為998.254kg／m3，流量為200t／h。

根據(jù)經(jīng)驗值，孔板、平衡流量計、德爾塔巴流量計產(chǎn)生的差壓值分別取25，20，5.0kPa；測量時，功率損失分別為0.963，0.322，0.035kW，能耗換算成年度電費為6 745，2 257，245元。

因此，一年中孔板的直接運行成本比平衡流量計高4 488元；比德爾塔巴流量計高6 500元。

2.2.3 氣體測量

設(shè)一氧氣測量點位，管徑為219mm，壓力為4.9MPa，溫度為180℃，標況下空氣密度為1.428 6kg／m3，在此溫度、壓力下空氣密度為42kg／m3，流量為3.5×104m3／h。

根據(jù)經(jīng)驗，孔板、平衡流量計、德爾塔巴流量計產(chǎn)生的差壓值分別取20，16，2.0kPa；測量時的能耗換算成年度電費分別為31 895，10 670，580元。

因此，一年中孔板的直接運行成本比平衡流量計高21 225元；比德爾塔巴流量計高31 315元。

3 結(jié)束語

綜上所述，選用德爾塔巴流量計與選用孔板流量計相比，每年節(jié)省的運行成本是很可觀的，特別是高溫高壓蒸汽，使用德爾塔巴流量計將帶來巨大的經(jīng)濟效益。德爾塔巴流量計輸出差壓很小，導(dǎo)致壓損很低，尤其是管徑越大，壓損越低，從經(jīng)濟性考慮，是非?？捎^的。而且，壓損小也意味著磨損小，壽命長。另一方面，輸出差壓低，會直接導(dǎo)致測量精度低，對有些精度要求較高的重要場合，該流量計就顯得有些力不從心。且均速管流量計對內(nèi)徑和前后直管段有一定要求，使得其在有些場合的應(yīng)用也受到限制。

而平衡流量計相比標準孔板，經(jīng)濟性也得到很大提升，并且平衡流量計對前后直管段要求很低，對各種工況都具有良好的適用性，測量精度高，對重要場合尤其適用，且防堵能力強，使用壽命長，綜合性能好。

因此，從能源消耗角度來講，無論是均速管流量計或者平衡流量計都比傳統(tǒng)的標準孔板經(jīng)濟性高很多。由于孔板本身價格比較低，運行穩(wěn)定可靠，依然在流量計市場中起著重要的作用。在能耗高的場合，孔板逐步被均速管流量計或平衡流量計取代，因而在選擇流量計時，應(yīng)考慮流量儀表的綜合性能和長時間使用時的能耗損失，根據(jù)不同的介質(zhì)工況和應(yīng)用場合，綜合考慮流量儀表的準確度及運行成本，使流量計的選用達到整體的經(jīng)濟性和實用性。

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