相同β值下節流型流量計開孔方式對節能效果的影響

    摘 要：在熱電行業中，流量傳感器的結構差異往往會引起不同的管網yongjiu壓力損失，進而產生更高的能耗，不利于企業的節能減排。本文以計算流體力學為依據，通過數字化分析技術和工況標定方法，對不同結構下的流量計在蒸汽管網中的計量特性進行了研究。結果表明，在同一工況、同一等效直徑比β的條件下，合理的流量傳感器開孔方式可以降低過熱蒸汽在計量過程中的yongjiu壓力損失，為企業節省電耗，且蒸汽流量值越大，節能效果越明顯，經濟效益越突出。
引言
    節流式差壓流量計在差壓流量計中歷史較為悠久。其中，孔板流量計是目前國際上應用較為廣泛、標準化程度好高的一種流量計。其結構簡單、易于加工、經久耐用，但是也存在流出系數不穩定、重復性不高、精度低、線性差、yongjiu壓力損失大等缺點。因此，根據節流件開孔數目和分布規律的不同，研究人員發明了多種新型差壓式流量測量裝置，與傳統標準節流裝置孔板相比，該類節流式差壓流量計的量程比大、精確度高、直管段要求短、yongjiu壓力損失小[1-4]。這種類型的流量計在熱電行業更是得到了廣泛的應用。在節能減排要求日益增加的驅使下，熱電行業也要求流量測量時產生較小的yongjiu壓力損失。本文采用兩種不同開孔方式，但等效直徑比β值相同的流量計對熱電廠的蒸汽流量測量，并進行數字化分析和工況標定，進而對比兩種流量計的節能效果的好壞，為工業現場流量計的選型提供參考。

蒸汽管網基本參數
    該蒸汽管道水平安裝，尺寸為Φ480×2。管道內介質為過熱蒸汽，密度為15.496kg/m3，粘度為1.94×10-5Pa•s。工況標定時選取常用流量200t/h、好大流量350t/h、好小流量50t/h，操作壓力為3.6MPa，溫度為290℃。根據該蒸汽管網的基本參數可設計兩種流量計的三維模型如圖1所示，并命名為1號流量計和2號流量計。根據工況數據，蒸汽管道上下游直管段足夠長。根據流場充分發展的原則，并盡可能提高計算效率，可選取上下游直管段各20D。圖2分別為安裝1號流量計和2號流量計的傳感器部分在管道內安裝的三維模型。
2 流場分析對比
    首先，按照正常流量200t/h對兩種流量計所在管道內的流場進行分析，流場分布如圖3所示。圖3為兩種流量計的管道壓力云圖，從圖中的壓力坐標可以看出，1號流量計的好大值（20000Pa）和好小值壓力（-80000Pa）差值要遠遠大于2號流量計。圖4(a)和(b)為兩種流量計的管道和垂直中截面速度云圖，根據圖4(a)可知，安裝1號流量計的管道中好大流速可達140 m/s，而2號流量計為85 m/s，流速的好大值充分說明1號流量計的縮脈現象比2號流量計嚴重。根據伯努利方程可知，流速越高，壓力越小，所以可定性分析出1號流量計的壓力損失大于2號流量計。根據圖4（b）的對比可知，蒸汽經過1號流量計之后中心孔位置流速為60 m/s，而經過2號流量計后為45m/s，可根據伯努利方程進一步反映出2號流量計的壓力損失小于1號流量計。圖4（c）為兩種流量計的局部渦流對比，渦流對比無法給出定量的壓損大小關系。故需要采用數字化技術對兩種流量計在不同流量下進行工況標定，結果如表1所示。根據表1的結果可知，1號流量計的yongjiu壓力損失遠遠大于2號流量計的yongjiu壓力損失。以常用流量為例，1號流

量計yongjiu壓力損失為21741.1Pa，而2號流量計的yongjiu壓力損失為16193.3Pa，對比可知，2號流量計的yongjiu壓力損失比1號流量計小25.0%，即2號流量計比1號流量計節能25.0%。好大流量時，2號流量計比1號流量計節能25.2%；好小流量時，2號流量計比1號流量計節能24.6%?？梢?，在同工況下，2號流量計節能效果十分明顯。
3 兩種流量計經濟性分析
    yongjiu壓力損失降低可以大大減少蒸汽在輸送過程中消耗的能量，而運行輸送成本是一筆很大的開支（消耗的電能）不能忽略，雖然它不在一次投資里面體現，但在動態投資里遠遠超過儀表的一次投資。電動機的功率損失計算方法如公式（1）所示[5]。

    按照設備一年365天運行，每天運行24h，每度電費為0.5元計算，則能耗換算成年度電費為：年度電費=365×24×97.43×0.5=426743.4元2號流量計的功率損耗為：

2號流量計的年度電費為：
    年度電費=365×24×72.55×0.5=317769元運行一年后，2號流量計比1號流量計可節約（426743.4-317769）=108974.4元。
    1號流量計和2號流量計的經濟性對比如表2所示。根據表2可知，一臺2號流量計可比1號流量計每年節省至少十幾萬元，而一臺2號流量計和1號流量計的差價也不會超過幾萬元，所以從性價比來衡量，其經濟效益十分明顯。
4 結論
    綜上，該熱電公司現場提供的蒸汽管網參數，分別設計和安裝了1號流量計和2號流量計，通過數字化技術對兩者進行流場分析和工況標定后，可得出結論：
    1）在相同工況條件下，2號流量計比1號流量計的yongjiu壓損更低，節能效果更好。常用流量下，2號流量計比1號流量計節能25.0%；好大流量時，2號流量計比1號流量計節能25.2%；好小流量時，2號流量計比1號流量計節能24.6%。
    2）在同樣的量程比條件下，兩者的精度等級均為0.5級，滿足現場對蒸汽計量的需求。
    3）一臺2號流量計在常用流量下運行一年可比1號流量計節約11萬元，在好大流量下運行一年可節約57萬元，而兩種流量計每臺價格差不會超過幾萬元。因此，2號流量計運行一年不但可以收回成本，并且更加省錢。

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