淺談工業(yè)化工自動化儀表的節(jié)能方法

李建偉

【摘 要】在當前的化工自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中，儀器儀表是占有重要地位的生產(chǎn)工具，是控制工業(yè)化工自動化生產(chǎn)流程的主要管理裝置。當前受資源能源短缺加劇的影響，工業(yè)化工企業(yè)正在不斷的大力提倡節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)技術，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。儀器儀表作為重要的基礎裝置，對其進行節(jié)能技術改進是非常有必要的?，F(xiàn)本文就來探討工業(yè)化自動儀表的節(jié)能方法。文章主要是以控制儀表接液阻力、采用變頻技術、使用低壓損儀表、優(yōu)化調節(jié)方案等幾方面來進行探討分析的，以供同行參考借鑒。

【關鍵詞】工業(yè)化工；自動化儀表；節(jié)能；低壓損

自建國以來，我國就開始重點發(fā)展工業(yè)化工產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展歷程，我國的工業(yè)化工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得了很大的成就，為我國國民經(jīng)濟的提升做出卓越貢獻。尤其是近年來電子科技技術的應用更是推動了工業(yè)化工的自動化發(fā)展，大大的提高了生產(chǎn)效率，促進了化工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)水平的進一步提升。而自動化儀表作為化工自動化發(fā)展進程中的重要因素，其使用性能的優(yōu)化也一直備受人們關注。為了能夠提升自動化儀表的性能，實現(xiàn)節(jié)約型化工生產(chǎn)，技術人員不斷的優(yōu)化自動化儀表的構造與運行技術，取得了較好的節(jié)能效果。但在本文中，筆者則主要探討了鮮少有人關注的另外一方面的儀表節(jié)能方法，即自動化儀表在使用過程中的幾種節(jié)能方法，希望能夠為工業(yè)化工自動化儀表的節(jié)能方法提供一些新的優(yōu)化思路。

1.控制儀表接液阻力

在工業(yè)化工的生產(chǎn)過程中，由于儀表與流體直接接觸從而產(chǎn)生阻力，阻力的存在會產(chǎn)生不必要的能耗，阻力越大，能耗越高。在管道的各種阻力件中，流量計和調節(jié)閥在對流體產(chǎn)生的阻力中所占比重是很高的。因而，最大限度減少接液儀表的阻力就成了節(jié)能的關鍵所在。

1.1增大節(jié)流裝置的直徑比

在各種流量測量裝置中，節(jié)流裝置的應用是最為廣泛的，尤其是在石油化工行業(yè)中，節(jié)流裝置的應用幾乎達到三分之二以上。實際流體是具有一定的粘性，所以當流體流經(jīng)節(jié)流件之時，一部分能量用來消耗在節(jié)能件形成的漩渦，以及克服摩擦阻力上，因此，通過節(jié)流件后液體的靜壓力有一定的損失，并不能完全恢復。所以，直徑比與壓力損是成反比的，直徑比越大，壓力損就會越小，這樣就越有利于節(jié)能。

1.2減低調節(jié)閥的閥阻比

調節(jié)閥的閥阻比是指的是在閥全開狀態(tài)下，壓降與管路總壓降之比，通常以 S表示，越大， 損失在閥上的能量與S 值成正比。依據(jù)以往的經(jīng)驗S 值一般不低于0.3， 閥組比的選值范圍通常為0.3～0.5， 氣體的閥組比則相對較高，通常在0.5以上。調節(jié)閥控制實施流量的功能在工業(yè)化工生產(chǎn)中應用十分廣泛， 通過閥組比值的減低可大大降低應用過程中產(chǎn)生的機泵電力消耗。

2.充分利用交流變頻技術

一般來講，在工業(yè)化工的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中，所使用的調節(jié)器都是在一定的規(guī)律下進行調節(jié)控制，以滿足離心泵出口流量的控制需求，進而對調節(jié)閥的開度流量起到相應的控制效果。但需要注意的是，這種在規(guī)律下進行調節(jié)控制的調節(jié)方案是存在一定缺陷的。主要可以體現(xiàn)在兩點：第一，節(jié)能性較差，這種調節(jié)器裝置是以變阻力元件為主要元配件進行工作調節(jié)的，其自身也是需要消耗能量的；第二，經(jīng)濟性較小，因為該裝置下，離心泵的出口側面設置有截止閥，用以配合調節(jié)閥的正常運行，這就限制了泵的選擇，要求所選用的離心泵必須要具備較大的額定功率，以滿足負荷不斷變化的動力需求，這就會造成一定的功率浪費，同時也不利于實現(xiàn)經(jīng)濟的調節(jié)方案。

為此，我們?nèi)裟茚槍@一問題進行相應的改革與完善，就能夠起到較好的節(jié)能效果。而當前不斷發(fā)展的電子科技技術與信息技術正好為我們提供了有力的技術支持。在電子科技的推動下，變頻節(jié)能調速器逐漸被研發(fā)并被廣泛應用在各個工業(yè)生產(chǎn)領域。這是因為變頻調速器具有很好的節(jié)能效果，且更加經(jīng)濟方便，極大的提高了設備的運行效率。在工業(yè)化工生產(chǎn)系統(tǒng)中的調速器，同樣可以充分利用高性能的變頻技術來改善其調節(jié)方案。即實用變頻調速器來控制泵的出口流量。使用交流變頻調速器的優(yōu)越性主要可以體現(xiàn)在三點：其一，這是一種非接觸、無阻力的安裝；其二，由于控制泵的轉速是由變頻調速器直接控制的，所以能夠很容易的達到控制流量的目的；其三，這種方案的功能是大范圍無級調速，這樣調節(jié)品質就會高，省去了調節(jié)閥等一階滯后環(huán)節(jié)。

按照原來選用機泵的原則以及選取調節(jié)閥上壓降的原則，使用變頻調速器來組成調節(jié)回路，那么這種方案可以至少能夠使電能消耗節(jié)約百分之三十，尤其是那些原來選泵過盈量太多，或者生產(chǎn)處在低負荷狀態(tài)的，則節(jié)能效果更佳顯著。 與此同時，這種方案也能夠起到延長機泵使用壽命的作用，因為機泵是處在一種相對輕載工況下運行的。雖然選擇使用這種變頻調速器，是薄膜調節(jié)閥的三到四倍，一次性的投資相對來說比較大，但是因為這種方案是既高效、又節(jié)能的，所以投資回收就比較短，通常在一年之內(nèi)便可收回成本。

3.低壓損或無壓損的儀表的使用

節(jié)流裝置應用于流量測量高于百分之七十的，但是這樣會對能源的節(jié)約產(chǎn)生不利影響，因為壓損過大。伴隨著公眾節(jié)能環(huán)保意識的不斷提升，人們逐漸開始重視和普遍關注低壓損或無壓損的儀表。尤其是近些年來，旋渦流量計、笛形均速管流量計等在工業(yè)生產(chǎn)過程中表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。特別是笛形均速管流量計，即阿牛巴流量計，由于安裝使用方便、造價低廉、壓損微小等特點，受到了廣泛的歡迎。

笛形均速管流量計與孔板流量計相比較，雖然兩者的工作原理基本相同，但是前者比后者的節(jié)能效果更加明顯。在通常情況下，在對同一流量進行測量時，笛形均速管流量計產(chǎn)生的差壓還不到孔板流量計的百分之五，產(chǎn)生的壓損僅僅只有孔板流量計的五十分之一。笛形均速管流量計的永久壓損和孔板流量計相比是極為微小，甚至可以是忽略不計的，一般笛形均速管流量計連續(xù)能量消耗，和節(jié)流孔板相比，可減少至少95%。

4.優(yōu)化調節(jié)方案，節(jié)約能源

除了上述幾種方法以外，我們還可以通過優(yōu)化調節(jié)方案來實現(xiàn)工業(yè)化工自動化儀表使用過程中的節(jié)能效益。例如在安裝調節(jié)閥時，可以利用一定的技術手段或創(chuàng)新設計方法來講調節(jié)閥的設置部位進行更換改變，以實現(xiàn)節(jié)能效果。或者也可以利用可變極限流量啦實現(xiàn)對設備的喘振控制。具體的優(yōu)化方案如下所示：

4.1重新確定調節(jié)閥的安裝位置

物料經(jīng)過預熱器預熱后送到閃蒸罐閃蒸，閃蒸罐前大部分壓降都發(fā)生在流量調節(jié)閥上，這個調節(jié)閥緊靠閃蒸罐的人口，使換熱系統(tǒng)的壓力保持為進口壓力，這樣會大大抑制物料在換熱器中的汽化。如果把調節(jié)安裝在換熱器之前，由于調節(jié)閥本身壓損的存在，使得進入換熱器中的物料壓力降低，換熱器中的冷物料可以在較低溫度下汽化，這樣進入換熱器中的蒸汽用量減少，節(jié)能是很明顯的。

4.2采用可變極限流量的喘振控制

通常離心式壓縮機的喘振控制采用固定極限流量法，然而這一方法有著很大的缺限， 就是在轉速降低的情況下，會帶來氣體的大量排空， 導致能量的浪費。而在可變極限流量法中，由于調節(jié)器的給定值可以隨轉速而改變，在轉速降低的情況下，氣體的排空量（下轉第189頁）（上接第61頁）也不會太大，較少能量的消耗。

5.結語

隨著新興科技的不斷發(fā)展，工業(yè)化工生產(chǎn)過程中使用的自動化儀表的自身性能與使用方法也必將會得到更大的改進與完善，從而能夠使自動化儀表實現(xiàn)好的節(jié)能效果。大力研發(fā)自動化儀表的節(jié)能方法能夠促進工業(yè)化工生產(chǎn)實現(xiàn)更好的節(jié)能效益和經(jīng)濟效益。

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