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常用流量計的能量損失分析

來源:昆山科爾源儀器儀表有限公司   2025年07月06日 07:17  
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    1 前言

    精確的測量技術(shù)是能源管理的基礎(chǔ)。能源計量是以流量儀表為核心的。現(xiàn)在工業(yè)上經(jīng)常使用的流量儀表有下列幾種:

    ○差壓式流量計:標準孔板,標準噴咀,文丘里管,均速管,彎管等流量計。

    ○葉輪式流量計:渦輪流量計,葉輪式水表。

    ○渦街流量計

    ○電磁流量計

    ○超聲波流量計

    上述五種類型流量計在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用,尤其是差壓式流量計在電站、化工、鋼鐵等高溫高壓的場合非其莫屬。本文所討論的內(nèi)容,主要是差壓式流量計中標準孔板和標準噴嘴,因其資料齊全,可以從量的方面進行分析和討論。其他型式的流量計只是和差壓式流量計作些比較,以便選用。

    所謂從量的方面進行分析和討論,也就是說:裝一只流量儀表,流過多少流量,產(chǎn)生多少阻力損失,損失多少能量,通過換算,折合多少度電,乘以電價,就能得出一只流量儀表一年化掉多少錢。通過經(jīng)濟核算,重新審視流量計在工業(yè)上的實際應(yīng)用。

    2 流量計能耗計算

    管道上如果裝置一臺差壓式流量計,例標準孔板、噴嘴,必然有壓力損失,其壓力損失為:

    其中ξ為阻力系數(shù)

    ρ為流體密度kg/m3

    u為管道平均速度m/s

    δp為壓力損失Pa;

    對公式(1)作一些變換:

    式中D為管道內(nèi)徑mm,

    qv為容積流量m3/h

    將公式(2)代入公式(1)得到:

    其中ξ對于標準孔板和標準噴嘴為:

    推導從略。其中

    d為孔板或噴嘴開孔直徑mm

    D為管道內(nèi)徑mm

    C為流出系數(shù)

    這樣就可計算孔板和噴嘴的阻力系數(shù)。

    能量損失公式為:

    其中δp為壓力損失Pa

    qv為容積流量m3/h

    △wh為每小時能量損失kj/h。

    將公式(3)代入公式(5),并換算成kWh,1kWh=3600kj,得:

    △wh'為每小時能量損失kWh/h。

    如果流量計年運行7500小時,則

    △wy為年能量損失kWh/y。

    如果考慮到電機和水泵的效率

    電機η=0.90水泵η=0.70,則實際年能量損失為:

    如果電價1kWh為X元,則年損失“費用”總數(shù)為:

    由上述公式(8)看到,能量損失與容積流量qv的立方成正比,與管道直徑D的四次方成反比。一般來說,氣體和蒸汽容積流量很大,而液體(水)容積流量很小,因此氣體和蒸汽的能量損失此液體(水)要大許多。

    3 標準孔板,標準噴嘴的阻力系數(shù)ξ計算

    標準孔板:雷諾數(shù)Re=7×104,由表1看出,設(shè)計孔板時,β值盡量取大,大于0.60。

    標準噴嘴:雷諾數(shù)Re=7×104,由表2看出,設(shè)計噴嘴時,β值盡量取大,大于0.50。

    這樣阻力系數(shù)均小于10。

    在其他Re時,C、ξ相差很小。

    4 其他流量計阻力系數(shù)的計算

    1)渦輪流量計:

    根據(jù)制造廠資料計算,得出表3。

    2)渦街流量計:

    當d/D=0.281時,阻力系數(shù)ξ=2.4

    3)彎管流量計

    當D由小變大時,阻力系數(shù)ξ=1.5~0.5

    5 能耗計算舉例

    能耗計算共10例,列于表4,具體計算從略。

    表能4編制:

    1)編號1、2、10為一組,介質(zhì)為水,在相仝參數(shù),管徑,流量的情況下,用孔板,噴嘴,渦輪作能耗比較,噴嘴優(yōu)于孔板,渦輪優(yōu)拾噴嘴。

    2)編號3、4為一組,介質(zhì)為空氣,在相仝的參數(shù),管徑,流量的情況下,用孔板噴嘴作能耗比較噴嘴優(yōu)于孔板。

    3)編號5、6、7為一組,介質(zhì)為過熱蒸氣,在相仝參數(shù),管徑,流量的情況下,用噴嘴,孔板,文丘里噴嘴作能耗比較,噴嘴優(yōu)于孔板,文丘里噴嘴優(yōu)于噴咀。

    4)編號8、9為一組,介質(zhì)為飽和蒸汽,在相仝參數(shù),管徑,流量的情況下,用彎管和渦街作能耗比較,彎管優(yōu)于渦街。

    6 討論

    1)由表4,流量計能耗計算表中看到,各種流量計對不同介質(zhì)有不同的能耗,氣體和蒸汽的能耗比液體(水)的能耗要大得多。特別對蒸汽流量的測量更要予以關(guān)注。例如表4中編號5、6、7為噴嘴、孔板、文丘里噴嘴對高溫高壓過熱蒸汽量的測量是一個很典型的例子,孔板、噴嘴、文丘里噴嘴的阻力系數(shù)去分別為4.72、1.34、0.1747,其能耗分別為441×104、125.2×104、16.3×104kWh/y。對目前300MW、600MW大型發(fā)電機組而言,根據(jù)測算,如果測量裝置用噴嘴,年耗能在250×104~450×104kWh。如果測量裝置用文丘里噴嘴,年耗能在32×104~54×104kWh。兩者比較差距非常明顯。

    2)從設(shè)計角度看,在需用孔板或噴嘴的場合,則用噴嘴為宜,而其β值盡量取大,差壓△P盡量取小。在孔板、噴嘴可用可不用的場合,使用其他流量計。可選用無壓損或小壓損流量計,例電磁流量計,超聲波流量計,渦街流量計,渦輪流量計,彎管流量計等。

    3)在選用流量計時,要增加一個考核指標,即自身能耗,以便用戶一次性投資和日常消耗作比較,確定更為合理的應(yīng)用方案。

    4)對儀表制造廠而言,要為用戶提供阻力系數(shù)表或者能耗指標,以便用戶選用。

    7 結(jié)論

    上述計算與分析表明,流量儀表本身的能耗是可觀的。經(jīng)濟的發(fā)展對節(jié)能有更高的要求,流量儀表該如何改進和選型是值得思考的問題。對用戶來講,流量儀表日常能耗和一次性投資需要加以分析和權(quán)衡。對制造廠而言,制造什么樣的流量儀表,更能符合用戶的要求,需鄭重考量。這也是儀表研究單位面臨的重要課題。

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