流量儀表的節(jié)能優(yōu)化

李世超（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

在通過流量儀表進行工業(yè)流量計量的過程中，其能耗問題主要來源于流量儀表的具體應(yīng)用。在傳統(tǒng)工業(yè)流量計量中，孔板節(jié)流形式的流量儀表最為典型。但是此類儀表卻存在能耗高、安裝維修不便等問題。因此，為有效實現(xiàn)流量儀表的節(jié)能優(yōu)化，就需要對其節(jié)能技術(shù)進行深入分析，并通過先進的流量儀表來替代傳統(tǒng)的流量儀表。

1 主要問題分析

在傳統(tǒng)工業(yè)流量計量過程中，孔板節(jié)流形式的流量儀表應(yīng)用最為廣泛，這種流量儀表的主要工作原理是讓液體在節(jié)流裝置中通過。因節(jié)流裝置中的空間有限，所以在流體進入到該裝置之后，便會在截留孔板位置收縮為束狀，以此來加快流速、降低凈壓力，讓節(jié)流孔板前后形成壓力差，該壓力差與流體實際流量之間有著正比關(guān)系。這種流量儀表在工業(yè)企業(yè)中已經(jīng)應(yīng)用了很長時間，它對于流體有著十分廣泛的適應(yīng)性，且應(yīng)用體系十分完善，技術(shù)也十分成熟[1]。

但是在具體應(yīng)用中，該流量儀表依然具有很多問題。首先是其裝置結(jié)構(gòu)十分笨重，這種流量裝置的重量約為100kg，裝置內(nèi)的所有管道都需要整體安裝，且使用過程中需要與吊裝機械以及其他的一些機械設(shè)備相配合，對于安裝方面也有著很高的要求，具有較大的施工量和維修難度。其次，在流體從該流量裝置中通過時，會有很大程度的永久壓損產(chǎn)生。根據(jù)相關(guān)的試驗發(fā)現(xiàn)，其永久壓損可以達到20~50kPa[2]。在被測流體從該流量裝置中通過時，在電泵的驅(qū)動作用下，將會伴隨著漩渦產(chǎn)生，導(dǎo)致液體和裝置之間不斷摩擦，進而將流體自身所具有的機械能轉(zhuǎn)化成熱能，然后以水蒸氣的形式從被測流體中消失。因此，就會加大材料和電能的消耗增加。

2 節(jié)能優(yōu)化分析

為實現(xiàn)流量儀表的節(jié)能優(yōu)化，在具體的工業(yè)流量計量中，可通過更加高效、節(jié)能的流量儀表來替代傳統(tǒng)的流量儀表，以此來達到良好的節(jié)能效果，讓流量計量實現(xiàn)科學(xué)優(yōu)化[3]。

2.1 V錐形流量儀表

V錐形流量儀表屬于一種差壓形式的新型流量儀表。有一個流線型圓錐體被設(shè)置在管道內(nèi)部，懸掛在該儀表自身的短管中心位置，與工藝管道連接。具體應(yīng)用中，椎體可以逐漸將工藝流體收縮進短管內(nèi)壁，在工藝流體和錐形體之間的相互作用下，便可讓錐形體上游實現(xiàn)速度分布的重新整型[4]。通過這樣的方式，不僅可以實現(xiàn)流速分布的良好改善，同時也可以讓一個壓力區(qū)間在錐形體上游形成，防止介質(zhì)中的雜物所導(dǎo)致的結(jié)垢和堆積，這樣便可讓裝置內(nèi)部的流量值保持恒定，而在流量值相同的情況下，V錐形流量儀表會比傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式流量儀表的壓差值小一半左右，這就顯著降低了永久性壓損。如果工程設(shè)計足夠合理，相比較傳統(tǒng)的孔板節(jié)流形式流量儀表而言，V錐形流量儀表的永久性壓損僅僅可達其1/4[5]。V錐形流量儀表工作原理見圖1。

圖1 V錐形流量儀表工作原理

例如，在某煉油硫磺回收工作項目中，富胺液流量用傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式以及V錐形這兩種類型的流量儀表來進行測量，其流量為196m3/h。在通過相應(yīng)軟件計算之后得出，傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表平均壓力損失為26.94kPa/h；V錐形流量儀表平均壓力損失為6.57kPa/h。因為壓力損失會伴隨著材料和用電成本的增加，所以在改用V錐形測量儀表之后，便可實現(xiàn)測量成本的進一步節(jié)約。根據(jù)實際情況分析與計算發(fā)現(xiàn)，在用V錐形流量儀表替代傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表之后，每個流量儀表平均每一年的運行費用節(jié)約為5399.5元。

2.2 多孔孔板流量儀表

多孔孔板形式的流量儀表是近年來新興起的一種流量儀表，這種儀表也被叫做多孔平衡形式流量儀表，是一種先進的節(jié)流裝置。在工業(yè)流量計量過程中，如果將多孔孔板流量儀表用來替代傳統(tǒng)的孔板節(jié)流形式流量儀表，將會達到良好的節(jié)能優(yōu)化效果[6]。

例如，在某聚丙烯生產(chǎn)項目中，需要對丙烯脫氣塔再沸器中的蒸汽進行流量測量。具體測量中，該企業(yè)最初選擇的是傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表，但是因為本次項目中對于工藝精度有著非常高的控制要求，需將精度控制在1%以內(nèi)，同時應(yīng)盡可能將測量過程中的壓力損失降低，且對于空間布局也具有一定的限制，在這樣的情況下，傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表并不能滿足該項目的實際測量需求[7]。基于此，企業(yè)便對原來的方案進行了優(yōu)化改進，選擇用多孔孔板形式的流量儀表來替代傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表。借助于相應(yīng)的軟件來進行了流量儀表的設(shè)計計算，對傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表和更換之后的多孔孔板形式流量儀表進行了對比，蒸汽流量測量中2種儀表對比情況見表1。

表1 蒸汽流量測量中2種儀表對比情況

由此可見，在將多孔孔板形式的流量儀表用來替代傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表之后，其壓力損失得到了顯著降低，相比較傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表來看，多孔孔板形式的流量儀表壓力損失不足其30%。根據(jù)實際情況分析與計算發(fā)現(xiàn)，在本次的節(jié)能優(yōu)化之后，每一個流量儀表平均每年的費用節(jié)約可以達到12769.8元。同時因為多孔孔板形式的流量儀表應(yīng)用的是DN150型工藝管道口，施工中其直管段將會在最初設(shè)計基礎(chǔ)上減少2.55m[8]。這樣不僅可以實現(xiàn)整體工程費用的顯著節(jié)約，同時也可以為后續(xù)的工藝管道布設(shè)施工提供足夠的便利。具體施工中，在確保工藝計量實際要求的基礎(chǔ)上，如果可以根據(jù)實際情況進行合理的設(shè)計，便可在實際應(yīng)用中獲得十分理想的節(jié)能效果。

2.3 畢托巴流量儀表

畢托巴流量儀表的適用范圍十分廣泛，在風(fēng)流量測量、煙流量測量、水流量測量、汽流量測量、氣流量測量以及油流量測量等方面都可發(fā)揮出充分優(yōu)勢。同時，這種計量裝置對于高溫高壓也有著良好的耐受能力，并具有耐磨、防堵、耐腐蝕、安裝便捷、不需維修、壓力損失小和節(jié)能環(huán)保等的諸多優(yōu)勢[9]。憑借著這些優(yōu)勢，畢托巴流量儀表已經(jīng)在當今的流量計量領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。而在具體的工業(yè)流量計量過程中，如果將畢托巴流量儀表用來替代傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表，將會實現(xiàn)其節(jié)能效果的良好優(yōu)化。

例如，在某石油管道的流量測量過程中，為實現(xiàn)節(jié)能效果的進一步優(yōu)化，企業(yè)特對畢托巴流量儀表和傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表進行了比較，某石油管道流量測量中2種儀表對比情況見表2。

表2 某石油管道流量測量中2種儀表對比情況

通過表2對比可以發(fā)現(xiàn)，相比較傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表而言，畢托巴流量儀表在壓差、壓損系數(shù)、壓力損失以及功率損失方面都實現(xiàn)了顯著降低。由此可見，用畢托巴流量儀表來替代傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表，將會在油田管道流量計量中達到非常好的節(jié)能效果[10]。根據(jù)實際情況的分析與計算發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用畢托巴流量儀表進行流量計量優(yōu)化之后，每個流量儀表平均每年運行費用的節(jié)約可以達到42948.53元。

3 結(jié)束語

綜上，為實現(xiàn)工業(yè)流量計量的節(jié)能優(yōu)化，在具體的流量計量項目中，相關(guān)企業(yè)應(yīng)根據(jù)實際情況，采取適當?shù)男滦土髁績x表來替代傳統(tǒng)孔板節(jié)流形式的流量儀表，比如V錐形流量儀表、多孔孔板流量儀表以及畢托巴流量儀表等。通過這樣的方式，不僅可以實現(xiàn)流量儀表節(jié)能效果的進一步提升，同時也可以為企業(yè)節(jié)約更多的運行成本，這對于流量儀表的節(jié)能優(yōu)化以及工業(yè)領(lǐng)域的良好發(fā)展都將有著非常積極地促進作用。