相同β值下節(jié)流型流量計(jì)開孔方式對(duì)節(jié)能效果的影響

上海自動(dòng)化儀表四廠在熱電行業(yè)中，流量傳感器的結(jié)構(gòu)差異往往會(huì)引起不同的管網(wǎng)yongjiu壓力損失，進(jìn)而產(chǎn)生更高的能耗，不利于企業(yè)的節(jié)能減排。本文以計(jì)算流體力學(xué)為依據(jù)，通過數(shù)字化分析技術(shù)和工況標(biāo)定方法，對(duì)不同結(jié)構(gòu)下的流量計(jì)在蒸汽管網(wǎng)中的計(jì)量特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在同一工況、同一等效直徑比β的條件下，合理的流量傳感器開孔方式可以降低過熱蒸汽在計(jì)量過程中的yongjiu壓力損失，為企業(yè)節(jié)省電耗，且蒸汽流量值越大，節(jié)能效果越明顯，經(jīng)濟(jì)效益越突出。

引言

    節(jié)流式差壓流量計(jì)在差壓流量計(jì)中歷史較為悠久。其中，孔板流量計(jì)是目前國(guó)際上應(yīng)用較為廣泛、標(biāo)準(zhǔn)化程度好高的一種流量計(jì)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、經(jīng)久耐用，但是也存在流出系數(shù)不穩(wěn)定、重復(fù)性不高、精度低、線性差、yongjiu壓力損失大等缺點(diǎn)。因此，根據(jù)節(jié)流件開孔數(shù)目和分布規(guī)律的不同，研究人員發(fā)明了多種新型差壓式流量測(cè)量裝置，與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置孔板相比，該類節(jié)流式差壓流量計(jì)的量程比大、精確度高、直管段要求短、yongjiu壓力損失小[1-4]。這種類型的流量計(jì)在熱電行業(yè)更是得到了廣泛的應(yīng)用。在節(jié)能減排要求日益增加的驅(qū)使下，熱電行業(yè)也要求流量測(cè)量時(shí)產(chǎn)生較小的yongjiu壓力損失。本文采用兩種不同開孔方式，但等效直徑比β值相同的流量計(jì)對(duì)熱電廠的蒸汽流量測(cè)量，并進(jìn)行數(shù)字化分析和工況標(biāo)定，進(jìn)而對(duì)比兩種流量計(jì)的節(jié)能效果的好壞，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的選型提供參考。

蒸汽管網(wǎng)基本參數(shù)

    該蒸汽管道水平安裝，尺寸為Φ480×2。管道內(nèi)介質(zhì)為過熱蒸汽，密度為15.496kg/m3，粘度為1.94×10-5Pa?s。工況標(biāo)定時(shí)選取常用流量200t/h、好大流量350t/h、好小流量50t/h，操作壓力為3.6MPa，溫度為290℃。根據(jù)該蒸汽管網(wǎng)的基本參數(shù)可設(shè)計(jì)兩種流量計(jì)的三維模型如圖1所示，并命名為1號(hào)流量計(jì)和2號(hào)流量計(jì)。根據(jù)工況數(shù)據(jù)，蒸汽管道上下游直管段足夠長(zhǎng)。根據(jù)流場(chǎng)充分發(fā)展的原則，并盡可能提高計(jì)算效率，可選取上下游直管段各20D。圖2分別為安裝1號(hào)流量計(jì)和2號(hào)流量計(jì)的傳感器部分在管道內(nèi)安裝的三維模型。

2 流場(chǎng)分析對(duì)比

    上海自動(dòng)化儀表四廠按照正常流量200t/h對(duì)兩種流量計(jì)所在管道內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行分析，流場(chǎng)分布如圖3所示。圖3為兩種流量計(jì)的管道壓力云圖，從圖中的壓力坐標(biāo)可以看出，1號(hào)流量計(jì)的好大值（20000Pa）和好小值壓力（-80000Pa）差值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2號(hào)流量計(jì)。圖4(a)和(b)為兩種流量計(jì)的管道和垂直中截面速度云圖，根據(jù)圖4(a)可知，安裝1號(hào)流量計(jì)的管道中好大流速可達(dá)140 m/s，而2號(hào)流量計(jì)為85 m/s，流速的好大值充分說明1號(hào)流量計(jì)的縮脈現(xiàn)象比2號(hào)流量計(jì)嚴(yán)重。根據(jù)伯努利方程可知，流速越高，壓力越小，所以可定性分析出1號(hào)流量計(jì)的壓力損失大于2號(hào)流量計(jì)。根據(jù)圖4（b）的對(duì)比可知，蒸汽經(jīng)過1號(hào)流量計(jì)之后中心孔位置流速為60 m/s，而經(jīng)過2號(hào)流量計(jì)后為45m/s，可根據(jù)伯努利方程進(jìn)一步反映出2號(hào)流量計(jì)的壓力損失小于1號(hào)流量計(jì)。圖4（c）為兩種流量計(jì)的局部渦流對(duì)比，渦流對(duì)比無法給出定量的壓損大小關(guān)系。故需要采用數(shù)字化技術(shù)對(duì)兩種流量計(jì)在不同流量下進(jìn)行工況標(biāo)定，結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1的結(jié)果可知，1號(hào)流量計(jì)的yongjiu壓力損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2號(hào)流量計(jì)的yongjiu壓力損失。以常用流量為例，1號(hào)流

量計(jì)yongjiu壓力損失為21741.1Pa，而2號(hào)流量計(jì)的yongjiu壓力損失為16193.3Pa，對(duì)比可知，2號(hào)流量計(jì)的yongjiu壓力損失比1號(hào)流量計(jì)小25.0%，即2號(hào)流量計(jì)比1號(hào)流量計(jì)節(jié)能25.0%。好大流量時(shí)，2號(hào)流量計(jì)比1號(hào)流量計(jì)節(jié)能25.2%；好小流量時(shí)，2號(hào)流量計(jì)比1號(hào)流量計(jì)節(jié)能24.6%。可見，在同工況下，2號(hào)流量計(jì)節(jié)能效果十分明顯。

3 兩種流量計(jì)經(jīng)濟(jì)性分析

    yongjiu壓力損失降低可以大大減少蒸汽在輸送過程中消耗的能量，而運(yùn)行輸送成本是一筆很大的開支（消耗的電能）不能忽略，雖然它不在一次投資里面體現(xiàn)，但在動(dòng)態(tài)投資里遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過儀表的一次投資。電動(dòng)機(jī)的功率損失計(jì)算方法如公式（1）所示[5]。

    按照設(shè)備一年365天運(yùn)行，每天運(yùn)行24h，每度電費(fèi)為0.5元計(jì)算，則能耗換算成年度電費(fèi)為：年度電費(fèi)=365×24×97.43×0.5=426743.4元2號(hào)流量計(jì)的功率損耗為：

2號(hào)流量計(jì)的年度電費(fèi)為：

    年度電費(fèi)=365×24×72.55×0.5=317769元運(yùn)行一年后，2號(hào)流量計(jì)比1號(hào)流量計(jì)可節(jié)約（426743.4-317769）=108974.4元。

    1號(hào)流量計(jì)和2號(hào)流量計(jì)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比如表2所示。根據(jù)表2可知，一臺(tái)2號(hào)流量計(jì)可比1號(hào)流量計(jì)每年節(jié)省至少十幾萬元，而一臺(tái)2號(hào)流量計(jì)和1號(hào)流量計(jì)的差價(jià)也不會(huì)超過幾萬元，所以從性價(jià)比來衡量，其經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

4 結(jié)論

    綜上，該熱電公司現(xiàn)場(chǎng)提供的蒸汽管網(wǎng)參數(shù)，分別設(shè)計(jì)和安裝了1號(hào)流量計(jì)和2號(hào)流量計(jì)，通過數(shù)字化技術(shù)對(duì)兩者進(jìn)行流場(chǎng)分析和工況標(biāo)定后，可得出結(jié)論：

    1）在相同工況條件下，2號(hào)流量計(jì)比1號(hào)流量計(jì)的yongjiu壓損更低，節(jié)能效果更好。常用流量下，2號(hào)流量計(jì)比1號(hào)流量計(jì)節(jié)能25.0%；好大流量時(shí)，2號(hào)流量計(jì)比1號(hào)流量計(jì)節(jié)能25.2%；好小流量時(shí)，2號(hào)流量計(jì)比1號(hào)流量計(jì)節(jié)能24.6%。

    2）在同樣的量程比條件下，兩者的精度等級(jí)均為0.5級(jí)，滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)蒸汽計(jì)量的需求。

    3）一臺(tái)2號(hào)流量計(jì)在常用流量下運(yùn)行一年可比1號(hào)流量計(jì)節(jié)約11萬元，在好大流量下運(yùn)行一年可節(jié)約57萬元，而兩種流量計(jì)每臺(tái)價(jià)格差不會(huì)超過幾萬元。因此，2號(hào)流量計(jì)運(yùn)行一年不但可以收回成本，并且更加省錢。