0 引言

      蒸汽是化工行業生產中一種重要能源。蒸汽計量準確與否，直接關系到企業節能降耗、成本核算，關系到企業的經濟效益。目前大多采用孔板這種傳統流量計，而孔板節流降壓造成很大的能源浪費。我公司為了降低成本，加強計量管理，控制能源消耗，特選用彎管流量計來代替孔板進行蒸汽計量。

      1 彎管流量計測量流量的基本原理

      流體流經彎管時，由于彎管管壁的導流作用，彎管內外側產生壓差，此壓差與流經彎管的流體的平均流速符合平方比例關系，其數學表達式為：

      式中：V ―― 為流體的平均流速m/s；
               α（R.D）為流量系數；
               R ――為彎管彎曲半徑，m；
               D ――為彎管內徑，m；
               △p ― 為外側、內側差壓，Pa；
               ρ ――為流體密度，kg/m²。

      所以彎管流量計對應的流量計算公式為：

      G=3.6•1/4•π•D²•V•ρ（t/h）

      2 彎管流量計特性及節能效益分析

      2.1 降低輸送消耗節約能源

      當今煤炭價格日益增高，節能降耗是各企業面臨的當務之急。目前工業企業計量管理應用泛的是還是傳統孔板流量計，但孔板的節流壓力損失（稱其為不可恢復壓力損失）可達其在運行流量下產生的差壓值的30%～90%（與孔板的β值有關）。

      在鍋爐出口和汽輪機入口之間一般裝有兩道孔板進行流量計量，每道孔板均可產生零點幾公斤的不可恢復壓損，導致進入汽機的蒸汽壓力因孔板節流而降低，這將使汽輪機功率降低，降低了汽輪機出力和發電機發電量下降。而企業整個計量系統（各車間計量考核）通常都安裝幾十道孔板，勢必造成能源的巨大浪費。同時，孔板節流壓力損失會使蒸汽品質下降，影響了正常的生產需求。

      彎管流量計安裝于管道的90º轉彎處，取代原90º彎頭，利用彎管內外側產生的壓力差測量流量。因此，用彎管流量計取代工藝彎頭，不增加任何壓力損失，可將節流裝置產生的能量損失節省下來。

      下面以我公司實例分析彎管流量計取代孔板流量計的節能效果。我公司有2臺35t/h蒸汽爐，直接推動3000kW汽輪機發電。

      節流裝置壓力損失δ_D通常根據式（1）計算：

      δ_D= （1-β^1.9）Δp                     （1）

      式中：β 為節流件直徑比；
               △p 為節流孔板差壓值，kPa。

      鍋爐出口和汽機進汽均為孔板流量計，參數如表1所示。

表1 孔板流量計參數

      以上參數為流量計計算書中的真實數據，根據式（1）可以算出鍋爐出口常用流量30t/h時2臺爐和汽輪機入口60t/h孔板產生的壓力損失分別為46.88kPa、45kPa，總壓損高達91.88kPa。將使汽輪機少發很多電，給企業造成很大的能源浪費。

      2.2 節能計算

      發電機組的汽輪機功率

      式中：D    為汽輪機組蒸汽流量，kg/h；
               h₀  為進汽機蒸汽焓值，kJ/kg；
               h_h  為供熱蒸汽焓值kJ/kg；
               η_i   為汽輪機相對內效率（約為82%）；
               η_m 為汽輪機機械效率（約為98%）；
               η_g  為發電機效率（約為98%）。

      汽機總效率包括鍋爐效率（約94%）、管道效率（97%）、汽輪機相對內效率（82%）、汽輪機機械效率（98%）、發電機效率（98%）、朗肯循環熱效率（40~45%），以上效率的乘積才為總效率。此處僅涉及3個效率。

      初參數（入口蒸汽參數）p₁、t₁、h₁和抽汽參數P₂、t₁、h₂直接影響汽輪機的功率。電廠為了監測和計量需要，通常在鍋爐出口和汽輪機入口的管道上加裝節流孔板，造成初壓p₁降低；在汽輪機外供蒸汽總管加裝節流孔板，造成供熱總出口蒸汽壓力p₂的升高，這兩個參數的變化均會造成汽輪機功率的降低，以下分別說明。

      主蒸汽節流對汽輪機功率的變化可以用焓熵圖，如圖1所示進行計算，圖1中：h為焓值，s為熵。蒸汽流經鍋爐出口和汽輪機入口的節流孔板是一個絕熱節流過程，蒸汽焓值不變；同時根據熵增原理，節流產生機械能損失造成熵值增加。已知節流前的狀態P₁、t₁及節流后的壓力P₁′，根據節流前后焓值相等的特點，可在水蒸汽的 h-s 圖上確定節流后的各狀態參數。如圖1所示，點1的參數是P₁、t₁及h₁，在圖1上過點1按定焓畫水平線與P₁′相交得1′，即可得節流后的參數。汽輪機的做功為可逆絕熱膨脹過程（即等熵過程），水蒸汽在節流前由點l經可逆絕熱膨脹至抽汽壓力P₂時，可利用的焓降為h₁- h₂，而經節流后的水蒸汽，同樣經可逆絕熱膨脹至壓力P₂時，可利用的焓降為h₁′- h₂′，顯然h₁-h₂> h₁′- h₂′，節流以后蒸汽可作出功減少。

      對于本電廠，兩道孔板使汽輪機初壓降低91.88kPa。下面計算兩道孔板浪費的能源：

      無節流件時汽輪機入口壓力將提高91.88kPa，初參數P₀=3.82+0.09188=3.91188MPa，t₀=450℃，可計算出h₀=3329.03368kJ/kg，s₀=6.；

      加節流后初參數p₀′=3.82MPa，由圖1查得h₀′=h₀，求得s₀′=6.；

      節流前供熱抽汽壓力P_h=0.7MPa，s_h=s₀，則h_h=2883.77kJ/kg；

      節流后抽汽參數p_h′=p_h=0.7MPa，s_h′=s₀′，由圖l查得h_h′=2889.44kJ/kg；

      由式（2），計算出汽輪機功率下降值P_X為：

      即汽輪機前兩道孔板每小時使汽輪機少發電74.42度，按每度電0.4元上網電價計算，為29.77h。全年按330天運行少發電合人民幣29.77×24×330=23.58萬元。如用彎管流量計取代孔板，則將浪費的能源節省下來。因此，彎管流量計使用三個月產生的效益即可將整套流量計設備改造投資全部收回。

      再看汽輪機抽汽管道和外供蒸汽總管加裝節流孔板的能量損失：為克服孔板產生的約0.5kg壓損，它將造成抽汽壓力由p₂升高到p₂′，由圖2可以看到，水蒸汽在由初參數點1經可逆絕熱膨脹至抽汽壓力P₂時，可利用的焓降為h₁- h₂，而可逆絕熱膨脹至抽汽壓力時，可利用的焓降為h₁- h₂′，顯然h₁- h₂> h₁-h₂′ ，抽汽壓力升高時蒸汽可作出功減少。因此，抽氣孔板換成彎管可使抽汽壓力降低，既滿足供熱要求又增加發電量，此處不再計算。

      2.3 測量范圍寬

      由于各車間的生產用汽量波動較大，孔板流量計范圍度（僅為1:3），造成小流量無法測量。而彎管流量計測量范圍比較寬，范圍度達1:10，能更好地適應流量波動較大的現場應用。

      2.4 直管段要求低

      孔板流量計直管段要求為前20D、后10D。彎管流量計對直管段的要求只需保證前5D、后2D（甚至更短），即可滿足計量要求。

      3 結束語

      彎管流量計是用數控機床嚴格按一定規格尺寸加工的90º金屬彎頭，除上述特性外，耐高溫、耐高壓、耐臟污、可采用焊接法安裝等優點也很突出。我公司2005年開始選用彎管流量計，相繼在蒸汽、水、空氣上大量采用，使用效果良好。隨著能源的日益短缺和市場競爭的日趨激烈，企業勢必加大對能源計量工作的投入。彎管流量計作為-種測量附加、適應性的流量儀表，具有廣闊的發展前景。

      參考文獻

      [1] 宋建華，李志．彎管流量計與孔板流量計的性能比較［J］．自動化儀表，1998，（3）．
      [2] 何岳，張金鋒，李志．彎管流量計在蒸汽計量中的應用［J］．工業計量，2001，（2）：36-38．