工業(yè)自動化儀表節(jié)能方法探析

朱慶（大慶油田化工集團(tuán)東昊公司油氣處理分公司）

工業(yè)自動化儀表的節(jié)能將會是傳統(tǒng)工業(yè)節(jié)能措施的重要組成部分，因?yàn)閮x表應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的方方面面，它的能耗過大會給一個企業(yè)帶來不小的壓力。在石油化工過程中，由于儀表設(shè)備與流體的接觸阻力和不恰當(dāng)?shù)膬x表安裝，每年會帶來巨大的電力消費(fèi)和能源消耗[1]。因此，尋找新的節(jié)能方法來降低自動化儀表的能量消耗，是一個迫在眉睫且潛力巨大的課題。

1 自動化儀表的節(jié)能方法

自動化儀表的能耗主要體現(xiàn)在流體流動阻力對儀表造成的內(nèi)部沖刷、儀表安裝位置不正確導(dǎo)致的生產(chǎn)工藝不佳以及設(shè)備閥門換熱效果不好造成的熱量損失等方面，另外，造成儀表能耗過高的原因是多方面的，有時需要綜合考慮多種因素的影響。針對以上幾類造成儀表能量損失的原因，我們可以通過以下方法對自動化儀表進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

1.1 使用新型交流變頻調(diào)速裝置[2]

進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著電力技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)取得突破性發(fā)展，并逐步實(shí)現(xiàn)在工業(yè)中的覆蓋應(yīng)用。它主要具備以下優(yōu)勢：啟動電流不高，不會對系統(tǒng)造成較大沖擊，從而大大節(jié)省了電量；調(diào)速比較均勻并且調(diào)節(jié)范圍很大，降低了調(diào)速過高的概率，提高了運(yùn)行效率，也節(jié)省了使用調(diào)節(jié)閥的成本；具有“裝置體積小，占用空間小，安裝阻力小”的特點(diǎn)，進(jìn)一步降低了安裝和調(diào)試的能耗；電動機(jī)運(yùn)行時保持低轉(zhuǎn)差率，造成的轉(zhuǎn)子損耗很低。對比原有調(diào)節(jié)器和截止閥并用的方法，交流變頻調(diào)速裝置可降低三分之一的耗電量，體現(xiàn)了良好的節(jié)能效果。另外，由于在運(yùn)用調(diào)速器時，機(jī)組的運(yùn)載負(fù)荷較低，因此可以有效地保證機(jī)組的長久運(yùn)行，減小故障概率，降低維修費(fèi)用?？梢哉f，新型交流變頻調(diào)速器的使用，是儀表節(jié)能領(lǐng)域的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在不久的將來，它必將完全替代舊有的工作設(shè)備。

1.2 使用壓力損失較低的自動化儀表

流體在裝置中形成死水區(qū)或漩渦區(qū)、流體黏度過大等因素會造成壓力損失，壓損會浪費(fèi)巨大的能量，如果壓損過大則會干擾整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，探索低壓力損失的儀表顯得十分必要。

低壓損智能渦街流量計(jì)、笛形均速管流量計(jì)的快速發(fā)展打破了儀器儀表在使用過程中必出現(xiàn)大的壓損的現(xiàn)象[3]，進(jìn)一步節(jié)約了能耗。尤其是作為技術(shù)前沿的旋渦流量計(jì)，有著其他傳統(tǒng)流量計(jì)所不具備的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行功耗極低，不需要隨時更換電池，從而極大地節(jié)省了電力消耗；內(nèi)部無機(jī)械傳動構(gòu)件，減小了機(jī)械摩擦，在降低功率的同時，更換和維修頻率大大降低。總的來說，隨著高新技術(shù)的進(jìn)步，這些低壓力損失的自動化儀表普遍具備良好的性能和極低的能耗，并且安裝也相當(dāng)方便，廣泛應(yīng)用于煤炭、鋼鐵、石油等高能耗行業(yè)，一定程度上帶動了企業(yè)向低能耗方向的轉(zhuǎn)型。

1.3 減小儀表和流體間的阻力

流體在流動時，一方面會造成儀表器壁的摩擦，另一方面，當(dāng)流體經(jīng)過儀表或閥門時，速度、方向的突變會產(chǎn)生較大的液接阻力[4]，這些阻力不但增加了能量浪費(fèi)，而且如果阻力持續(xù)過大，也會對儀表性能產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致儀表的不穩(wěn)與失靈。儀表與流體間的阻力引起的能耗在儀表的總能耗里占的比重是比較高的，因此，盡可能地減小流體與儀表的液接阻力，將是降低總能耗的關(guān)鍵點(diǎn)。

針對自動化儀表液接阻力的產(chǎn)生原理，可以通過下述方法實(shí)現(xiàn)儀表的節(jié)能：

1）降低調(diào)節(jié)閥的閥組比[5]。閥組比是調(diào)節(jié)閥全開時前后壓差與系統(tǒng)總壓差的比值，也叫壓降比，在調(diào)節(jié)閥實(shí)際的使用過程中，必須使調(diào)節(jié)閥具有一定的壓差，才能保證調(diào)節(jié)閥有一定的可調(diào)比。但是，由能耗與閥組比的關(guān)系可知，閥組比越大，其損失的能量就越高。依據(jù)此原理，可以在保證調(diào)節(jié)閥正常工作的前提下，適當(dāng)減小其閥組比，可以有效降低機(jī)組和泵的用電量。這種方法已經(jīng)逐步在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，是一種比較綠色的節(jié)能方式。

2）適當(dāng)擴(kuò)大節(jié)流裝置的直徑比。節(jié)流裝置是流量計(jì)中最為重要、也是用途最廣泛的一個分支，它包括文丘里管、楔形流量計(jì)等，在工業(yè)中起著非常大的作用。由于流體存在一定的黏度，因此，流體通過節(jié)流裝置時，其中的部分能量會在摩擦阻力和節(jié)流裝置形成的漩渦中損耗，因此會產(chǎn)生一定的壓力損失。由直徑比與壓力損失的關(guān)系可知，壓力損失隨著節(jié)流裝置直徑比的增加而減小，因此，可以在一定范圍內(nèi)盡量擴(kuò)大節(jié)流設(shè)備的直徑比從而降低壓損，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能。當(dāng)然，其直徑比也不可過大，否則會使得節(jié)流裝置由于壓力過大而損毀。

1.4 合理布局調(diào)節(jié)閥的安裝位置

一般來說，調(diào)節(jié)閥要盡量安裝在換熱器的前面[6]，如此一來，調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的壓力損失可以在一定程度上減小物料進(jìn)入換熱器的壓力，從而降低物料的汽化溫度，溫度的降低則進(jìn)一步節(jié)省了能量消耗。另外，儀表安裝不合理會對整個生產(chǎn)裝置的體系平衡、熱量交換、物料分配等方面產(chǎn)生不利的影響，甚至導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生，因此，合理布局調(diào)節(jié)閥的安裝位置，會使整個裝置設(shè)備的空間得到充分的利用，在控制熱量散失、減小物料浪費(fèi)、保障系統(tǒng)安全等方面也起著重要作用。

2 結(jié)語

工業(yè)自動化儀表經(jīng)過多年的技術(shù)積累已經(jīng)步入一個飛速發(fā)展時期，隨著科技的進(jìn)步，特別是信息領(lǐng)域、電氣領(lǐng)域的技術(shù)突破，自動化儀表將逐步走向高性能、低功耗的發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)自動化儀表的節(jié)能，不僅可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率，減小生產(chǎn)成本，同時也會將為促進(jìn)工業(yè)技術(shù)持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

[1]李志陽,胡曉亮.論石油化工自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵所在[J].民營科技,2009(10)：78-80.

[2]邱萬煒.淺談工業(yè)自動化儀表的節(jié)能方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012(5):81.

[3]楊盛剛.對工業(yè)自動化儀表節(jié)能方法的探究[J].施工技術(shù),2012(10):59-60.

[4]梁長志.石油化工業(yè)自動化儀表的運(yùn)用[J].自動化與儀器儀表,2012(5):91-92.

[5]許大慶.節(jié)能減排,儀表自動化大有作為[J].自動化儀表,2008(7):44-46.

[6]孟艷京.淺談儀表自動化在化工工業(yè)方面的應(yīng)用[J].才智,2011(4):74-76.