淺談碳化三段氣孔板流量計改造為畢托巴節(jié)能型流量計能效分析

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(青海發(fā)投堿業(yè)有限公司，青海 德令哈 817099)

在化工生產(chǎn)中，準(zhǔn)確計量是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，同時又是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障；加強(qiáng)計量管理工作，實(shí)現(xiàn)消耗考核，做到合理耗能、用料，采用先進(jìn)工藝技術(shù)及先進(jìn)節(jié)能型產(chǎn)品均能有效減低企業(yè)運(yùn)行成本。

公司碳化工段三段氣流量計量設(shè)施選用的孔板流量計，數(shù)量54套；經(jīng)運(yùn)行10多年，設(shè)備腐蝕、磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致計量偏差較大(計量誤差>10%)，制約公司先進(jìn)技術(shù)的改造運(yùn)用(碳化APC先進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)施)；同時因壓力損失大(4～10 kPa)，導(dǎo)致能源消耗高、浪費(fèi)嚴(yán)重；亟需對三段氣流量計進(jìn)行更新，以獲取更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定的計量測量數(shù)據(jù)，為先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用夯實(shí)基礎(chǔ)。新設(shè)備選型要點(diǎn)為壓損小、防堵、節(jié)能型產(chǎn)品，穩(wěn)定準(zhǔn)確，在線檢修維護(hù)便捷。

1 碳化三段氣(中段氣、下段氣、清洗氣)工藝參數(shù)

碳化三段氣(中段氣、下段氣、清洗氣)流量測量使用差壓式流量計，節(jié)流元件為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)室孔板，配EJA110型差壓變送器。流量計儀表共計54套，設(shè)備數(shù)據(jù)概況如表1。

表1 碳化三段氣流量計設(shè)備概況

2 現(xiàn)用孔板流量計運(yùn)行分析

孔板為差壓式流量計，屬于節(jié)流裝置。測量原理：充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置，在節(jié)流件附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差。對于一定形狀和尺寸的節(jié)流件、一定的測壓位置和前后直管段、一定的流體參數(shù)情況下，節(jié)流件前后的差壓△P與流量Q之間關(guān)系符合伯努利方程。

表2 現(xiàn)用孔板流量計參數(shù)

根據(jù)JJG640-2016，差壓式檢定規(guī)程節(jié)流件的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，流出系數(shù)按式(7)計算，流量系數(shù)按式(8)計算[1]：

式中：Cij——流量系數(shù)；

β——孔板直徑比；

qs——工況體積流量，m3/s；

V——流體流速，m/s；

d——管道直徑，mm；

ρ1——介質(zhì)工況密度，kg/m3；

ΔPij——差壓值，kPa。

式中：β——直徑比(d/D)；

C——流出系數(shù);

ΔP——差壓值,kPa。

計算得出孔板流量計壓力損失PPL( kPa)：

中段氣孔板

壓損PPL=5 262 Pa=5.262 kPa

下段氣孔板

壓損PPL=3 895 Pa=3.895 kPa

清洗氣孔板

壓損PPL=10 421 Pa=10.421 kPa

節(jié)流件壓損帶來的功率損失計算公式為：

Hp=Q×PPL

式中：Q——流體體積流量,m3/s；

PPL——節(jié)流件產(chǎn)生的壓損,kPa。

根據(jù)上述公式可以估算三段氣流量在正常運(yùn)行中由于孔板的壓力損失而折合成壓縮機(jī)的功率損失如下：

根據(jù)監(jiān)測，日常生產(chǎn)中三段氣的正常流量均值為：Q中段氣=5 000 m3/h、Q下段氣=4 000 m3/h、Q清洗氣=11 000 m3/h，則節(jié)流件壓損帶來的功率損失分別為：Hp中段氣=(5 000 m3/h÷3 600 s/h)×5.262 kPa≈7.31 kW/h，Hp下段氣=(4 000 m3/h÷3 600 s/h)×3.895 kPa≈4.33 kW/h，Hp中段氣=(11 000 m3/h÷3 600 s/h)×10.421 kPa≈31.84 kW/h。

按一年連續(xù)運(yùn)行300天計算，每天運(yùn)行24 h，每度電的電費(fèi)為0.35元，那么一年三段氣流量儀表運(yùn)行的能耗換算成電費(fèi)分別為：中段氣33.16萬元，下段氣19.64萬元，清洗氣144.43萬元。則三段氣流量儀表每年消耗的電費(fèi)約為197.23萬元。

3 畢托巴節(jié)能型流量計運(yùn)行分析

畢托巴流量計前身——智能探針式流量計，是清華大學(xué)專利產(chǎn)品，國家發(fā)改委推薦的61號節(jié)能型產(chǎn)品。 畢托巴流量計是國內(nèi)目前公認(rèn)的綜合性能最佳的流量測量儀表。測量原理：畢托巴是采用皮托管原理提取流體流速(全壓-靜壓=動壓)再換算成流體體積流量與質(zhì)量流量的差壓式流量計；采用非收縮節(jié)流設(shè)計，是一種高效、節(jié)能的中心速度流量探頭。

其優(yōu)越性能特點(diǎn)如下：

適用性強(qiáng)：傳感器適用各種流體和多種管道形式，是目前國內(nèi)國際唯一一種執(zhí)行元件能做到測量各種流體的流量計;節(jié)約能源：畢托巴傳感器截流面積很小，幾乎無壓力損失，運(yùn)行成本大大降低;測量流量范圍廣：氣體流速在1 m/s以上，液體流速在0.1 m/s以上的介質(zhì)都可以精確測量。對低流速、小流量、大管徑測量效果尤佳;維護(hù)方便：傳感器本身無需維護(hù),不停產(chǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)檢修。

根據(jù)公司三段氣流量計參數(shù)，計算出采用畢托巴流量計壓力損失：

表3 公司三段氣運(yùn)用畢托巴節(jié)能型流量計選型

畢托巴流量計K=0.03

壓力損失計算公式為：PPL=KxΔP1

式中:ΔP——畢托巴產(chǎn)生的差壓，kPa；

PPL——畢托巴產(chǎn)生的壓損，kPa。

中段氣PPL=0.03×0.8≈0.03 kPa

下段氣PPL=0.03×0.6≈0.02 kPa

清洗氣PPL=0.03×2.77≈0.08 kPa

節(jié)流件壓損帶來的功率損失計算公式為：

Hp=Q×PPL

式中：Q——流體體積流量，m3/s；

PPL——節(jié)流件產(chǎn)生的壓損，kPa。

中段氣功率損失:Hp≈0.04 kW

下段氣功率損失:Hp≈0.04 kW

清洗氣功率損失:Hp≈0.40 kW

按一年連續(xù)運(yùn)行290天計算，每天運(yùn)行24 h，每度電的電費(fèi)為0.35元，那么一年54套畢托巴運(yùn)行的能耗換算成電費(fèi)：中段氣0.175萬，下段氣0.175萬元，清洗氣1.75萬元，總計：2.1萬元。

4 安裝維護(hù)分析

畢托巴流量計 孔板流量計圖1 畢托巴流量計與孔板流量計

孔板：設(shè)備主體、導(dǎo)壓管及管閥件使用較多，且須停產(chǎn)焊接安裝，工程量大，泄漏點(diǎn)多；定期清理難度大，需停車解決；加之量程比較窄(通常為4∶1)，在工況發(fā)生較大變化時難以調(diào)整；氣體帶液時測量不準(zhǔn)，偏差較大，影響工藝平穩(wěn)操作；設(shè)備維護(hù)難度較高。

畢托巴：采用單一的一體化結(jié)構(gòu)，安裝簡便：只需在管道合適的位置上打一個相當(dāng)?shù)目?φ20～φ30)，把一次元件探針插入管道中心，即可方便地進(jìn)行安裝；泄漏點(diǎn)少；節(jié)省了大量安裝工作量及費(fèi)用；可靈活進(jìn)行拔出清理維護(hù)；量程比寬(可達(dá)30∶1)，氣體測量精度≤1%；在氣體測量具有較高的性價比；設(shè)備維護(hù)難度較低。

5 結(jié) 論

畢托巴采用非收縮節(jié)流設(shè)計，和孔板流量計比較，永久壓損降低了99.5%，運(yùn)行費(fèi)用降低99%，證明畢托巴流量計在運(yùn)行使用中的節(jié)能降耗上有較大優(yōu)勢。