流量計(jì)量在能源計(jì)量領(lǐng)域的應(yīng)用研究

陸馗樞

遵義市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院 貴州 遵義 563000

引言

現(xiàn)階段，人們非常重視能源的節(jié)約控制，并重視生態(tài)文明建設(shè)，為此，人們也開(kāi)始探索循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路，建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，同時(shí)，全球氣候變暖問(wèn)題仍是世界范圍內(nèi)普遍關(guān)注的重點(diǎn)話題，而全球氣候變暖與能源的使用密切相關(guān)，因此，做好能源管理工作是能源合理使用的前提基礎(chǔ)，能源計(jì)量一直是能源管理的核心工作，能源計(jì)量所采用的器具設(shè)備主要包括流量類設(shè)備、壓力類設(shè)備、重量類設(shè)備以及溫度類設(shè)備等[1]，在實(shí)際檢測(cè)中需要綜合使用各類器具，從而保證流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。流量計(jì)量是關(guān)鍵的一類計(jì)量?jī)?nèi)容，關(guān)系到節(jié)本降耗，所以在能源計(jì)量領(lǐng)域之中，需要對(duì)流量計(jì)量的應(yīng)用高度重視，加強(qiáng)流量計(jì)量的應(yīng)用管理，從而使其作用得到充分發(fā)揮。

1 能源計(jì)量領(lǐng)域中流量計(jì)量的重要性分析

流量表示單位時(shí)間之內(nèi)，流經(jīng)明渠或者是封閉式管道有效截面的流體量，通常又被稱為瞬時(shí)流量，當(dāng)流量使用體積進(jìn)行表示的情況下則被稱為體積流量，當(dāng)流量用質(zhì)量表示的情況下被稱為質(zhì)量流量。在對(duì)流體介質(zhì)生產(chǎn)時(shí)，瞬時(shí)流量屬于對(duì)其調(diào)控的一項(xiàng)參量，也是保證企業(yè)能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，且保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性要素，同時(shí)也是收費(fèi)結(jié)算以及計(jì)數(shù)計(jì)價(jià)的重要基礎(chǔ)條件，在能源計(jì)量中，需要對(duì)液體、固體、氣體等能源進(jìn)行計(jì)量，而這些能源在計(jì)量過(guò)程中均需要通過(guò)流量計(jì)量這一方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，所以在整個(gè)能源計(jì)量領(lǐng)域之中，流量計(jì)量顯得格外重要，在開(kāi)展流量計(jì)量過(guò)程中，不僅需要使用流量計(jì)，而且還需要通過(guò)壓力儀表、溫度計(jì)等工具對(duì)流體的壓力及溫度進(jìn)行檢測(cè)，所以流量器具包括壓力儀表、流量計(jì)以及溫度計(jì)等計(jì)量器具[2]。需要綜合采用各類器具提升流量計(jì)量的準(zhǔn)確性，從而為能源計(jì)量工作的有效開(kāi)展提供支持。

2 流量計(jì)量常用的器具

2.1 差壓流量計(jì)

差壓流量計(jì)遵循的原理為能量守恒定律，根據(jù)該原理來(lái)對(duì)介質(zhì)流量產(chǎn)生的變化來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，差壓流量計(jì)主要是由引壓管、節(jié)流裝置以及差壓變送器所形成，引壓管會(huì)將差壓信號(hào)向差壓變送器引入，然后會(huì)將該信號(hào)轉(zhuǎn)換，使之成為標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，當(dāng)流體在管道內(nèi)部設(shè)置的節(jié)流裝置處經(jīng)過(guò)時(shí)，因節(jié)流裝置可產(chǎn)生流束，并產(chǎn)生局部收縮，從而會(huì)使管道中心部位的流體在靜壓力以及流速方面均出現(xiàn)變化[3]。當(dāng)流體從孔板經(jīng)過(guò)時(shí)，在局部范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力以及渦流損耗，當(dāng)流束得以恢復(fù)正常之后，靜壓力并未能夠復(fù)原。所以需要對(duì)節(jié)流裝置前面的流體壓力與后面的流體壓力之間的差值計(jì)算出來(lái)，便能夠?qū)α髁窟M(jìn)行確定。

差壓流量計(jì)屬于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的一種儀表，其生產(chǎn)工藝比較純熟，并且其工作原理以及操作方面相對(duì)而言較為簡(jiǎn)單，不存在可動(dòng)件，具有較長(zhǎng)的使用壽命，所以在能源計(jì)量工作中得到普遍應(yīng)用。

2.2 容積流量計(jì)

該流量計(jì)主要是以排出流體體積來(lái)統(tǒng)計(jì)流量的，容積流量計(jì)是由運(yùn)動(dòng)部件、現(xiàn)實(shí)部件、轉(zhuǎn)動(dòng)件以及測(cè)量室組成的，該流量計(jì)工作原理主要是當(dāng)流體在流量計(jì)處經(jīng)過(guò)時(shí)，在流量計(jì)的進(jìn)口以及出口間會(huì)形成壓力差，受其作用影響，轉(zhuǎn)動(dòng)件會(huì)因此旋轉(zhuǎn)，同時(shí)會(huì)將流體從入口傳送至出口，在此過(guò)程中，流量計(jì)內(nèi)部空間會(huì)被流體所充滿，還會(huì)持續(xù)向出口發(fā)送，流量計(jì)給定條件下，流量計(jì)的計(jì)量空間屬于已知，所以要對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)進(jìn)行測(cè)量，從而能夠得出流體體積。

相比之下，容積流量計(jì)具備較高的精度，且不會(huì)對(duì)安裝環(huán)境以及測(cè)量環(huán)境要求過(guò)高，比較適用于高黏度流體檢測(cè)，可能有效得出流體累計(jì)容積，在操作方面也比較簡(jiǎn)單，但該流量計(jì)在整體體積方面比較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比之下也比較復(fù)雜，對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求比較高，同時(shí)在低溫或是高溫的環(huán)境下并不適用，在計(jì)量時(shí)還會(huì)產(chǎn)生比較大的振動(dòng)及噪聲。

2.3 速度流量計(jì)

速度流量計(jì)是以流體轉(zhuǎn)速為依據(jù)來(lái)確定流量的一種儀表，該流量計(jì)的原理是在管道中安裝葉輪，該葉輪能夠?qū)崿F(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)流體經(jīng)葉輪處時(shí)，流體產(chǎn)生的動(dòng)能會(huì)將葉輪推動(dòng)，并且流體黏度和范圍一定的情況下，流體流速與葉輪轉(zhuǎn)速成正比。通過(guò)葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速便能夠?qū)⒐艿乐械牧黧w流量予以確定。

該流量計(jì)具有較高的精度，且重復(fù)性比較好，體積小，耐高壓，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，維修比較方便，其具備的優(yōu)點(diǎn)比較多，可將其應(yīng)用于封閉管道流體測(cè)量，并且適用于黏度較低的氣體和流體測(cè)量，基于該流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)，在冶金行業(yè)、石油化工業(yè)、燃?xì)夤艿赖榷囝I(lǐng)域之中，該流量計(jì)得以廣泛應(yīng)用。

2.4 質(zhì)量流量計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)是以流體流動(dòng)于旋轉(zhuǎn)管之中對(duì)管壁造成作用力為依據(jù)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，對(duì)通過(guò)流量計(jì)的介質(zhì)密度、質(zhì)量以及溫度進(jìn)行直接測(cè)量。該流量計(jì)的工作原理是根據(jù)分體分子帶走的分子質(zhì)量來(lái)對(duì)流量進(jìn)行確定的，因感熱裝置并不會(huì)出現(xiàn)氣體壓力以及溫度等方面的變化，所以不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。所以此類流量計(jì)具有高效、快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，可以在石油化工領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

3 能源計(jì)量領(lǐng)域中流量計(jì)量的具體應(yīng)用

3.1 在供水企業(yè)中的應(yīng)用

流量計(jì)量既能夠?qū)ψ詠?lái)水用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，又能夠?qū)┧髽I(yè)的損失率、耗電量以及人均年供水量等指標(biāo)方面的計(jì)算予以支持，所以流量計(jì)量所獲數(shù)據(jù)是否具備準(zhǔn)確性關(guān)系著供水指標(biāo)數(shù)據(jù)是否真實(shí)可靠?，F(xiàn)階段，供水企業(yè)對(duì)自來(lái)水流量進(jìn)行計(jì)量時(shí)，主要采用的流量計(jì)包括超聲波流量計(jì)以及渦輪流量計(jì)等。超聲波流量計(jì)主要是在流動(dòng)介質(zhì)中利用超聲波的傳播速度來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，其傳播速度實(shí)質(zhì)上就是流體平均流速和靜止流體中聲波流速的矢量，通過(guò)這一矢量可對(duì)流量進(jìn)行確定。超聲波流量計(jì)是由發(fā)送裝置、傳感器探頭、接收裝置構(gòu)成，在水管外側(cè)將傳感器探頭進(jìn)行安裝，有發(fā)送裝置將超聲波信號(hào)發(fā)送，聲波會(huì)在靜止流體之中進(jìn)行傳播，兩個(gè)探頭之間相互傳遞聲波信號(hào)的時(shí)間是相同的。若流體處于流動(dòng)狀態(tài)，則，上部傳感器會(huì)向下部傳感器發(fā)送信號(hào)，下部傳感器也會(huì)向上部傳感器發(fā)送信號(hào)，因流體流速會(huì)作用于聲波信號(hào)，從而會(huì)導(dǎo)致從上部傳感器至下部傳感器的聲波傳播速度加快，并造成下部流速減慢，而下部傳感器將聲波傳遞到上部傳感器的傳播速度將會(huì)減慢，從而造成兩個(gè)傳感器之間形成時(shí)間差，進(jìn)而能夠?qū)⒘黧w速度計(jì)算出來(lái)，然后通過(guò)管道流通橫截面積便可將流量算出。

渦輪流量計(jì)則是通過(guò)渦輪來(lái)實(shí)施測(cè)量，主要是轉(zhuǎn)換流量計(jì)流速，使之成為渦輪轉(zhuǎn)速，然后再將渦輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此類流量計(jì)能夠?qū)λ矔r(shí)流量綜合予以準(zhǔn)確檢測(cè)，還可使輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為頻率，從而使數(shù)字化運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)，該流量計(jì)精確度能夠達(dá)到±0.2%，具有較高的精度和較好的重復(fù)性，抗干擾能力也比較強(qiáng)，在安裝維護(hù)方面也較為方便，所以在供水企業(yè)中得以推廣應(yīng)用。

3.2 在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，鍋爐屬于常用的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，可使燃料之中的電能及化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，所以在工礦、火電廠以及船舶等工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)之中得以廣泛應(yīng)用，因鍋爐是一種特種設(shè)備，在生產(chǎn)中鍋爐系統(tǒng)的壓力、流量以及溫度變化均會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和安全性產(chǎn)生一定的影響，所以應(yīng)將鍋爐蒸汽實(shí)施檢測(cè)，而蒸汽通常是從燃料燃燒時(shí)形成，經(jīng)檢測(cè)蒸汽流量，能實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)成本的控制?，F(xiàn)階段，在工業(yè)生產(chǎn)中通常要對(duì)鍋爐蒸汽流量計(jì)進(jìn)行安裝，從而對(duì)蒸汽、氣體等諸多介質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。相比于其他流量計(jì)而言，該流量計(jì)的精度較高，且壓力損失方面也比較小，在對(duì)鍋爐系統(tǒng)工作情況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不會(huì)受到流體壓力、黏度、密度等方面影響，具有較高的可靠性，能夠在-20℃～250℃的環(huán)境之中使用。該流量計(jì)附帶電子裝置以及自動(dòng)化裝置，可與計(jì)算機(jī)連接，所以該流量計(jì)比較先進(jìn)。在安裝方面，應(yīng)避免將該流量計(jì)安裝在振動(dòng)管道上，若不能對(duì)此避免，則需要在適當(dāng)位置上安裝固定支架。同時(shí)，也不可將該流量計(jì)安裝在輻射強(qiáng)、電磁干擾強(qiáng)、腐蝕性強(qiáng)的區(qū)域，還要保證安裝位置的空間足夠，若被檢測(cè)介質(zhì)之中含有較為復(fù)雜的成分，則應(yīng)該于流量計(jì)適當(dāng)位置安裝過(guò)濾器，從而過(guò)濾蒸汽中的不良成分，以免實(shí)際檢測(cè)值受到影響。

此外，因飽和蒸汽管路相對(duì)較長(zhǎng)，蒸汽運(yùn)輸時(shí)會(huì)頻繁出現(xiàn)壓力波動(dòng)，且各位置蒸汽壓力存在差異，所以應(yīng)實(shí)施壓力補(bǔ)償，保證管道壓力平衡。管道飽和蒸汽壓力通常為0.3～0.7MPa，而壓力變送器可測(cè)量的量程為1MPa。當(dāng)前鍋爐系統(tǒng)的流量計(jì)量已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，壓力補(bǔ)償、流量計(jì)算等操作已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，鍋爐流量計(jì)通常采用的安裝方式為豎直安裝，主要是為了保證流體能夠均勻貫穿全部管道，若流量計(jì)傳感器附近配置了閥門，可能會(huì)導(dǎo)致傳感器靈敏程度受到一定影響，所以在對(duì)傳感器進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)該盡可能不要安裝在長(zhǎng)管道之上，以免造成傳感器至法蘭之間的管道出現(xiàn)蒸汽泄漏問(wèn)題。

3.3 在油氣工程中的應(yīng)用

我國(guó)油氣資源豐富，天然氣屬于清潔能源，近年來(lái)國(guó)家對(duì)其開(kāi)發(fā)比較重視，當(dāng)前天然氣已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活之中，在天然氣采運(yùn)以及儲(chǔ)配過(guò)程中，天然氣流量計(jì)的作用極為重要，該類流量計(jì)通常垂直安裝在管道內(nèi)部，屬于一種柱形阻擋物，當(dāng)流體流經(jīng)流量計(jì)位置時(shí)，受其阻擋作用會(huì)在兩側(cè)形成漩渦，一般情況下漩渦分離頻率同流體流速之間存在線性關(guān)系，所以對(duì)漩渦分離頻率測(cè)出便可對(duì)流體流量及流速測(cè)出。

天然氣流量計(jì)的原理為卡門漩渦，在測(cè)量過(guò)程中有較高的精度，并且壓力損失比較小，在安裝方面也比較便捷，能耗方面也比較低，可對(duì)體積流量進(jìn)行有效測(cè)量。當(dāng)前天然氣測(cè)量常用流量計(jì)包含孔板式、氣體渦輪式以及旋進(jìn)式三種流量計(jì)，因天然氣流量計(jì)容易受鍋爐壓力、介質(zhì)溫度等方面因素所影響，所以在測(cè)量天然氣流量時(shí)，所用儀器僅可對(duì)某一工況的流量進(jìn)行檢測(cè)，若現(xiàn)場(chǎng)溫度、氣體成分以及管道壓力等方面出現(xiàn)變化，將會(huì)存在誤差，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。所以在實(shí)際測(cè)量時(shí)，一定要保證設(shè)計(jì)工況與實(shí)際相符，但因?qū)嶋H情況可能存在變動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)性，也需要及時(shí)對(duì)其自動(dòng)補(bǔ)償。

3.4 在電力領(lǐng)域中的應(yīng)用

電力企業(yè)開(kāi)展能源計(jì)量主要是對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量，電能計(jì)量準(zhǔn)確性事關(guān)企業(yè)效益及用戶利益，因傳統(tǒng)人工抄表的方式容易出現(xiàn)錯(cuò)抄、漏抄等問(wèn)題，造成電能計(jì)量存在出入，伴隨科技發(fā)展，智能電能表得以應(yīng)用于電力企業(yè)的電能計(jì)量工作中，智能電能表具備電能計(jì)量的功能，還具備雙向傳輸以及遠(yuǎn)程控制等多種功能，通過(guò)對(duì)用戶信息進(jìn)行采集，能夠使電力企業(yè)對(duì)用戶用電量、用電規(guī)律等多項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行全面了解，從而對(duì)電力企業(yè)營(yíng)銷提供幫助。

智能電能表的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為三相三線以及三相四線結(jié)構(gòu)，當(dāng)前比較先進(jìn)的技術(shù)工藝極為IC卡以及SMT技術(shù)，用戶可以將購(gòu)買的電向電能表之中輸入，在有存值的情況下電能表會(huì)對(duì)用戶供電，同時(shí)還會(huì)依據(jù)各時(shí)間段，通過(guò)各種計(jì)量模式來(lái)對(duì)用戶多種需求予以滿足，還可對(duì)用戶用電流量進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效避免了用戶私自偷電的違法行為。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合上述內(nèi)容，在當(dāng)前各領(lǐng)域中，能源計(jì)量已經(jīng)成為能源管理的重要工作內(nèi)容，而流量計(jì)量作為能源計(jì)量的重要手段，能夠?yàn)槟茉从?jì)量工作的開(kāi)展提供有力支持，流量計(jì)量?jī)x表作為能源計(jì)量的重要設(shè)備，要求工作人員必須對(duì)各類儀表進(jìn)行了解。本文通過(guò)研究全面地了解了流量計(jì)量?jī)x表的種類、功能、原理及適用范圍，并對(duì)各類流量計(jì)量?jī)x表在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，可為相關(guān)計(jì)量人員開(kāi)展能源計(jì)量工作提供一定的支持。