流量仪表在能源监测中的作用与特点

　　过去十年，我国经济建设发展迅速，GDP每年增长率都在10%以上，但这是以高耗能为代价的，我国每百万美元产值的产品耗能达到1274吨标准煤，为国际水平的2.4倍;美国的2.5倍;欧盟的4.9倍;日本的8.7倍，我国每年耗煤已达14.2亿吨，如“十一五”规划GDP要翻一番，按目前耗能水平，每年需生产近30亿吨标准煤，这个数量无论从资源、生产，还是从环保、安全、运输各方面考虑，都是难以为继的。中央在“十五”期间已提出在能源总耗略增前提下，单位产值耗能应下降15~17%，执行结果却是能源总耗增加了10%;而单位产值耗能不降反上升了7%，真是中央十万火急，地方、企业置若罔闻。如果再不狠抓节能降耗，过大的能耗必将成为制约我国经济进一步发展的瓶颈。“十一五”期间中央将下最大的决心，把节能降耗作为经济建设中的重中之重，在确保GDP翻番的同时，单位产值能耗五年内应下降20%。我国工业能耗占总能源的68%，人民生活耗能仅占11.4%，因此节能的重点应放在工业上，特别是高耗能产业，如电力、冶金、钢铁、石化、建材、运输……。

　　二、流量仪表在节能监测中的重要作用

　　过去的事实说明了，仅仅是自上而下地宣传节能降耗是远远不够的，必需将节能指标落实到地方与企业的主要领导，且列入政绩，才可能引起重视。而是否达到了指标，则必需采取科学的态变，通过仪表的监测用数字来评估节能的效果。为此，中央责成有关部门制定了国标GB17167-2006，即“用能单位能源计量器具配备和管理通则”并已于2007年1月1日公布实施。GB17167-2006中的五条(4.3.2，4.3.3，4.3.4，4.3.5，4.3.8)为强制条款，核心内容为：凡用能达到一定规模的单位和设备都必需安装能源监测仪表，而且对用能的大小，监测仪表的种类及准确度等级都做了明确的规定。

　　在能源监测仪表中，除电能用电表、固态煤用称重仪表外，其他气态、液态能源(如原油、成品油、重油、渣油、天然气、液化气、煤气……)及载能工质(水、蒸汽)都必需采用流量仪表。即使对于固态能源煤，在流程工业连续作业时，也可采用冲板式流量计，或气固二相微波流量计。因此，流量仪表在能源监测仪表中具有举足轻重、无法替代的重要地位。

　　三、用于能源监测流量仪表的特点

　　影响流量仪表的因素较多，为适应这些要求，流量仪表的类型也多达200种左右，如何合理选用，并非举手之劳。本文限于篇幅，略去一般选型原则，重点谈一下在能源监测中应注意的二个问题：

　　1、准确度：在能源监测中，流量仪表的准确应放在重要的位置上，GB17167为此也作了合理、明确的规定。既然要求对节能降耗的效果，进行准确的量化，用数字说明问题，流量仪表则应具有必要的准确度，否则如准确度低，知之渺渺，对节能效果不甚了解，何以正确评估?又如何“对症下药”改进节能措施?当然，也并非越准确越好，准确度高的仪表价格都较昂贵，还是应针对监测对象，实事求是地合理选定，如测油品的仪表准确度应不小于0.5~1级;测气体能源为2~2.5级;测载能工质(水、水蒸汽)也可低至2~2.5级。

　　2、永久压损：流量仪表是评估节能降耗的重要工具，而其本身不仅不节能，还将耗能。这是由于当流体流经仪表中阻力件时将产生漩涡，如同机械运动中的摩擦一样，以减小流体压力形式消耗能量。有些仪表如文丘利、超声、电磁等虽无阻力件，流体也会与仪表壁面产生摩擦，产生较小一些的压损。为维持工艺流程正常的运行，必须加大泵(或风机)的动力。这是由于安装流量仪表所引起的附加运行费，这笔费用因仪表结构不同会有较大差异，选择流量仪表进行节能评估，当然应选择那些压损小，耗能、年运行费低一些的仪表，言清行濁，适得其反当然不是人们期望的。

　　以下计算了三种流量仪表(孔板、内锥、均速管)在不同管径下的压损，能耗及年运行费(计算略去)，从表1所列数据可知，流量仪表因压损所需的年运行费不可忽视，是一个应引起重视的问题!

　　3、说明：表1的计算，假设了一些条件，如：流量按平均流速25m/s，介质为空气，温度20℃，压力102kpa，风机效率为0.85，每年工作为365小时，每天工作24小时，电费每千瓦小时0.8元。孔板β取0.62;内锥β取0.7，参数如有变化，耗能及年运行费也有所不同，因此表1的数据只能对三种仪表的耗能，运行费做定性的评估。

　　四、几种能源监测流量仪表的比较

　　1、节流装置：基于节流产生差压，测差压的平方根可知流量大小。长期以来这类仪表由于可承受恶劣的工况，且已有国际标准作依据，曾占据了流量仪表的60~70%市场，类型多达二、三十种。

　　①经典式：已建立国际、国内标准，以孔板、喷咀、文丘利为代表，其中孔板如表1所示，压损较大，喷咀多用于测蒸汽，压损仅次于孔板(见图1)。当管径大于0.3米时，建议不再选用，文丘利管压损虽较小，但体积庞大，耗费大量高耗能钢材，制造、运输都非易事，选用也应慎重。

    ②内锥：近3~5年内宣传力度很大，被认为是一种压损小、准确度高，几乎不要求直管段的仪表，其压损在不同β下(图1)，仅次于孔板，比喷咀略高，并不是节能仪表;其准确度有人做过标定*1，在大管径下(D>300mm);流出系数的分散度约为5%。其主要优点是采取了环形通道，具有整流效果，因而要求直管段长度较其他节流装置小得多，在管径日益增大，现场难以满足流量仪表所需的直管段长度，还是一个应肯定的突出优点。

　　③低压损管(lo-loss)相关资料公布已三十年，类似缩短了的文丘利管，主要特点是永久压损小。

　　④梭式*2：取内锥、低压损管二者之所长，具有环形通道可缩短前直管段长度的优点;又具有lo-loss管节流后压力恢复的功能，为专利产品。

　　2、插入式：结构简单，安装方便，价廉，且可不断流装折，但准确度较低，仅适用于大管道流量检测，在能源监测中可用于准确度要求不高的场合。

　　①测点速：通过测管道中一点的流速推算流量的仪表，如双文丘利管;插入式涡街、涡轮、电磁，皮托管。据ISO7145评估，准确度为±3%，如直管段不足30D，准确度将低于±5%*3。

　　最近在市场上推出一种类似变形皮托管的测管，最大优点是不易堵塞，在管道上方安放三支，每支需用一个差压变送器，价格较贵。据称按ISO3966设计，但并未达到该标准所要求在横截面上安排20个测点的要求。有关文章对其做了误差分析*4，并未考虑到速度分布不理想时，影响准确度最大的干扰系数γ*5。因此，测量误差将会超出±3%。

　　②测径向多点流速：典型的仪表为均速管，由于测点多，准确度可优于测点速的插入式流量计。通常仅测横截面直径方向上的多点流速，在需提高准确度时，也可插互成900的二支均速管，则更符合ISO3966的测点要求。

　　3、无阻力件流量仪表。这类仪表的特点是机械结构简单，管道内无任何阻力件，压损小、准确高，是最有发展潜力的流量仪表，如超声、科氏、电磁、近五年市场年增长率分别达到10.4%、6.9%、2.4%。

　　①电磁：在流量仪表市场中虽居首位，但仅可测电导率大于10-5S/cm的流体，不能测油品及天然气等能源，只能测载能工质水。

　　②科氏：管内虽无阻力件，但要求流体在仪表中流向转1800，因此压损较大，准确度可高达±0.5%以上，管径目前均小于0.25米，可用于贸易核算要求精确计量的场合。

　　③超声：可用于多种流体，准确度可高达±0.5%，压损小，量程比大，国内外已制定相关标准，是最理想的能源监测仪表。目前除价格较贵影响选用外，据用户反映，在现场应用中、抗噪声性能还有待进一步改善。

　　五、小结

　　1、仪表选型应全面、理性。本文从能源监测的角度出发，强调了流量仪表具有准确度高、永久压损小，价格低廉的几个特点。从上所述，目前还没有十全十美的仪表，有些仪表如孔板、科氏、容积式、虽然压损大，但也有特点，或是有标准可遵循(如孔板)、或是准确较高，当管径不大时，压损的问题也并不突出，不必因噎废食。因此，选型应全面，综合考虑，过分地夸大或贬低某一种仪表都是片面、不可取的。

　　2、发展趋势：目前流量仪表有很多类型，处于一种“春秋战国”的状态，但科技在飞速的发展，新型仪表如电磁、超声、科氏，以其结构简单，功能完善，日益受到用户的青睐。经典式(孔板、喷咀、文丘利)或因压损大，要求直管段过长难以满足等缺点，市场发展呈下降趋势，年增长率为-2.3%。新的节流装置也在不断地涌现，所以新型流量仪表取代经典式传统仪表将是一个较漫长的过程，并非一朝一夕之事。