節(jié)能降耗理念下煤化工能源計量儀表的應(yīng)用及改造策略研究

李 平

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

煤化工作為煤炭潔凈利用的重要方式，一直以來被廣泛發(fā)展與應(yīng)用。目前，在低碳經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)化發(fā)展模式背景下，煤化工是否能通過抑制碳排放的清潔發(fā)展技術(shù)和管理機(jī)制，以實現(xiàn)降低碳排放的目標(biāo)，是關(guān)系煤化工企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵。對于企業(yè)管理而言，能源計量及管理是能源管理工作的重要組成部分。因此，對于煤化工企業(yè)而言，維護(hù)和更新計量儀表，加強(qiáng)對煤化工企業(yè)能源計量儀表的改造，對于增強(qiáng)煤化工企業(yè)節(jié)能降耗工作的有效性具有重要意義。

1 煤化工企業(yè)能源計量常用儀表及其原理

1.1 煤化工企業(yè)能源計量常用儀表

計量與數(shù)據(jù)是企業(yè)管理的前提和基礎(chǔ)，是現(xiàn)代企業(yè)管理中必備的量化管理。尤其通過能源計量儀表科學(xué)的計量，是企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效的基礎(chǔ)保障。對于煤化工企業(yè)能源計量而言，目前我國應(yīng)用最廣泛的流量計為孔板式差壓流量計[1]，其應(yīng)用量約占市場的80%。

1.2 孔板式差壓流量計原理

孔板流量計是一種差壓式流量計，是目前應(yīng)用最廣泛的流量計。廣泛應(yīng)用于化工、冶金、電力等領(lǐng)域的過程控制和測量。孔板流量計原理是充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的由一次檢測件和二次裝置組成的節(jié)流裝置，造成局部收縮，流速增加，并產(chǎn)生靜壓力差，從而根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程的推導(dǎo)而求得流量。其中，一次檢測件指節(jié)流件，二次裝置指差壓變送器和流量顯示儀。

2 煤化工孔板式差壓流量計現(xiàn)狀及存在問題分析

2.1 孔板式差壓流量計目前的技術(shù)水平

孔板式差壓流量計左右了近一個世紀(jì)的流量測量市場，目前其性能設(shè)計及安裝結(jié)構(gòu)技術(shù)水平如下。

1) 性能設(shè)計。近年來，與孔板式差壓流量計配套的差壓變送器發(fā)展迅速，國際知名的大公司還相繼推出了性能優(yōu)異的智能差壓變送器，使其靈活、多用。具體智能型技術(shù)指標(biāo)及特點，如第187頁表1所示。

2) 安裝結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)場安裝結(jié)構(gòu)上，也逐步走向“無三閥組、無配管”化。這種安裝結(jié)構(gòu)不僅可以節(jié)省安裝空間與費(fèi)用，減少漏點和維護(hù)量，還可以省去伴熱保溫，減少蒸汽消耗。“無三閥組、無配管”化安裝示意圖，如第187頁圖1所示。

2.2 孔板式差壓流量計用于煤化工能源計量存在的問題分析

孔板流量計可測量氣體、蒸汽、液體的流量，具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，性能穩(wěn)定等特點。為此，在相當(dāng)一段時期內(nèi)，廣泛用于各種能源量測量的傳統(tǒng)的孔板式差壓流量計是煤化工企業(yè)信任的測量儀器。然而一直以來的應(yīng)用經(jīng)驗及研究發(fā)現(xiàn)，孔板式差壓流量計也存在一些問題。

表1 板式差壓流量計智能型技術(shù)指標(biāo)及特點

圖1 孔板式差壓流量計“無三閥組、無配管”化安裝示意圖

1) 孔板流量計依然沒有完全取消引壓管，仍有流動死區(qū)存在，如該設(shè)備在某些情況下容易導(dǎo)致氣體不流通，進(jìn)而在使用中一些分子沒有被徹底過濾，儀表的使用價值會打折扣；

2) 孔板流量計的耐磨性較差，很難保證測量的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，如孔板的直角邊緣在長期運(yùn)行后可能會磨損，這些會改變孔板的特性，并且影響精度；

3) 長期使用引壓管中，容易出現(xiàn)漏點、增耗及污染環(huán)境問題；

4) 在高凝固點介質(zhì)環(huán)境中，易出現(xiàn)凍結(jié)，進(jìn)而影響測量的準(zhǔn)確性；

5) 孔板流量計的安裝要求非常嚴(yán)格，稍有不慎便會產(chǎn)生問題，如夾緊式安裝在測量蒸汽流量時容易產(chǎn)生泄露問題；

6) 傳統(tǒng)煤氣流量計量儀表在后期維修環(huán)節(jié)中的清理難度較大，不能達(dá)到節(jié)能降耗的要求；

7) 在粉末顆粒狀及臟介質(zhì)使用環(huán)境中，易出現(xiàn)引壓管堵塞等問題。

8) 流量計量儀表設(shè)計的缺陷使煤氣流通與節(jié)能降耗效率降低，不能體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念等。

總之，這些固有缺點導(dǎo)致傳統(tǒng)孔板式差壓流量計不能滿足現(xiàn)代煤化工企業(yè)的需求。因此，需通過不斷地加強(qiáng)能源計量管理，加快計量儀表更新的步伐，積極采用渦街流量計等新型儀表設(shè)備等手段來彌補(bǔ)。

3 節(jié)能降耗理念下煤化工能源計量儀表的改造策略

3.1 加強(qiáng)對孔板式差壓流量計結(jié)構(gòu)改造

為了提高孔板式差壓流量計計量的有效性，增強(qiáng)煤化工企業(yè)節(jié)能降耗工作，可以考慮從以下兩個方面對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

1) 對孔板上下游所要求的最小直管段長度提出全新及更長的要求。一般而言，差壓流量計儀表前、后應(yīng)具有較長的直管段，以滿足通過儀表的管內(nèi)流速分布應(yīng)具有一定形式。根據(jù)ISO 5167：2003(E)新標(biāo)準(zhǔn)，可對孔板與上游阻流件所要求的直管段長度增長4 D～17 D，以保證必要的準(zhǔn)確度，從而提高煤化工企煤化工能源計量儀表的節(jié)能降耗實效性。

2) 為孔板式差壓流量計短管段設(shè)計調(diào)整型孔板。近年來，一種以改善流速分布為特點的節(jié)流裝置應(yīng)運(yùn)而生，特別是在化工行業(yè)中，這種新型的調(diào)整型孔板405C/1595被重點關(guān)注與研究。調(diào)整型孔板對流場具有整流作用，可以將管道內(nèi)流體的攪動降到最低，從而實現(xiàn)精確測量。不僅如此，調(diào)整型孔板還有傳統(tǒng)節(jié)流裝置適應(yīng)性強(qiáng)、無活動部件等特點。405C及1595調(diào)整型孔板的結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示。

圖2 孔板式差壓流量計405C及1595調(diào)整型孔板的結(jié)構(gòu)形式

由圖2可知，調(diào)整型孔板是一個四孔的圓盤節(jié)流裝置，是一種定值節(jié)流件應(yīng)用方式。其中，405C為緊湊型調(diào)節(jié)(調(diào)整型)孔板，角接取壓方式；1595調(diào)整型孔板需要和取壓法蘭配合使用，法蘭取壓方式。調(diào)整型孔板巧妙地將四孔流動調(diào)整器和測量孔板合二為一，將流體被強(qiáng)迫整流，使流場狀況得到改善，并通過常規(guī)的取壓裝置，獲得穩(wěn)定的差壓信號，從而推算出體積流量、質(zhì)量流量。除了具備傳統(tǒng)孔板的優(yōu)點外，較短的前后直管段長度及較高的測量精度，是調(diào)整型具有的兩個特點。可以說，調(diào)整型孔板是節(jié)流式差壓流量計發(fā)展生命力強(qiáng)盛的表現(xiàn)，有著寬廣的應(yīng)用價值。

3.2 強(qiáng)化對新型檢測儀表的引進(jìn)與使用

為了提高節(jié)能降耗理念下煤化工能源計量儀表應(yīng)用的有效性，近年來研究了多種具有高技術(shù)含量并可以響應(yīng)國家節(jié)能降耗號召的能源計量儀表。

1) 采用超聲波流量計，提高測量的準(zhǔn)確度。在現(xiàn)實中，由于管線直徑較大，煤化工企業(yè)長期使用孔板流量計來測量，容易造成測量不穩(wěn)定、耗時耗力等問題。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，用超聲波流量計代替孔板流量計，可以解決長周期穩(wěn)定準(zhǔn)確測量大管徑循環(huán)水等的流量問題，從而降低能耗；同時，超聲波流量計不需要進(jìn)行接觸式測量，既便捷又穩(wěn)定，能夠增強(qiáng)測量工作的實效性，很好地滿足各種測量需求[2]。

2) 采用渦街流量計，有效降低裝置能耗。在現(xiàn)實中，煤化工企業(yè)會產(chǎn)生大量的蒸汽消耗。在長期的安裝、運(yùn)行、維修實踐中發(fā)現(xiàn)，在煤氣管道的內(nèi)部增加一個區(qū)域，使其與檢測部位相分離，即運(yùn)用渦街流量計進(jìn)行能源計量，非常適宜于煤化工企業(yè)的節(jié)能減耗[3]。同時，此方法還具有能適應(yīng)高氣壓、低溫度等多種多樣的環(huán)境，具有安裝維護(hù)方便、準(zhǔn)確性高，量程比高、運(yùn)行成本低等優(yōu)點。因此，在煤化工企業(yè)中，加強(qiáng)渦街流量計的應(yīng)用非常必要。

3) 采用彎管流量計，實現(xiàn)裝置降本增效。煤化工企業(yè)空氣與N2測量點多面廣，對管徑的要求較高。長期以來，煤化工企業(yè)無法有效地計量空氣與氮氣。而在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，彎管流量計具有穩(wěn)定性高、耐磨性強(qiáng)、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點，對于煤化工企業(yè)來說，要想有效地計量空氣與氮氣，實現(xiàn)裝置的降本增效，可以加大彎管流量計的應(yīng)用廣度和深度。

4 結(jié)語

綜上所述，要做好節(jié)能工作，計量是基礎(chǔ)，計量儀表是重要實現(xiàn)手段。對于煤化工企業(yè)能源計量工作來說，要重視能源計量儀表改造在促進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗方面的重要性，并從加強(qiáng)對原有計量儀表的優(yōu)化改造、強(qiáng)化對新型檢測儀表的引進(jìn)與使用等方面，不斷地加強(qiáng)能源計量管理，使企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，從而真正實現(xiàn)煤化工企業(yè)持續(xù)、健康、穩(wěn)定的發(fā)展。