淺談碳化三段氣孔板流量計改造為畢托巴節能型流量計能效分析

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(青海發投堿業有限公司，青海 德令哈 817099)

在化工生產中，準確計量是企業提高經濟效益的重要手段，同時又是產品質量的重要保障；加強計量管理工作，實現消耗考核，做到合理耗能、用料，采用先進工藝技術及先進節能型產品均能有效減低企業運行成本。

公司碳化工段三段氣流量計量設施選用的孔板流量計，數量54套；經運行10多年，設備腐蝕、磨損嚴重，導致計量偏差較大(計量誤差>10%)，制約公司先進技術的改造運用(碳化APC先進控制系統實施)；同時因壓力損失大(4～10 kPa)，導致能源消耗高、浪費嚴重；亟需對三段氣流量計進行更新，以獲取更準確、更穩定的計量測量數據，為先進技術的運用夯實基礎。新設備選型要點為壓損小、防堵、節能型產品，穩定準確，在線檢修維護便捷。

1 碳化三段氣(中段氣、下段氣、清洗氣)工藝參數

碳化三段氣(中段氣、下段氣、清洗氣)流量測量使用差壓式流量計，節流元件為標準環室孔板，配EJA110型差壓變送器。流量計儀表共計54套，設備數據概況如表1。

表1 碳化三段氣流量計設備概況

2 現用孔板流量計運行分析

孔板為差壓式流量計，屬于節流裝置。測量原理：充滿管道的流體流經管道內的節流裝置，在節流件附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側產生靜壓力差。對于一定形狀和尺寸的節流件、一定的測壓位置和前后直管段、一定的流體參數情況下，節流件前后的差壓△P與流量Q之間關系符合伯努利方程。

表2 現用孔板流量計參數

根據JJG640-2016，差壓式檢定規程節流件的標準節流裝置，流出系數按式(7)計算，流量系數按式(8)計算[1]：

式中：Cij——流量系數；

β——孔板直徑比；

qs——工況體積流量，m3/s；

V——流體流速，m/s；

d——管道直徑，mm；

ρ1——介質工況密度，kg/m3；

ΔPij——差壓值，kPa。

式中：β——直徑比(d/D)；

C——流出系數;

ΔP——差壓值,kPa。

計算得出孔板流量計壓力損失PPL( kPa)：

中段氣孔板

壓損PPL=5 262 Pa=5.262 kPa

下段氣孔板

壓損PPL=3 895 Pa=3.895 kPa

清洗氣孔板

壓損PPL=10 421 Pa=10.421 kPa

節流件壓損帶來的功率損失計算公式為：

Hp=Q×PPL

式中：Q——流體體積流量,m3/s；

PPL——節流件產生的壓損,kPa。

根據上述公式可以估算三段氣流量在正常運行中由于孔板的壓力損失而折合成壓縮機的功率損失如下：

根據監測，日常生產中三段氣的正常流量均值為：Q中段氣=5 000 m3/h、Q下段氣=4 000 m3/h、Q清洗氣=11 000 m3/h，則節流件壓損帶來的功率損失分別為：Hp中段氣=(5 000 m3/h÷3 600 s/h)×5.262 kPa≈7.31 kW/h，Hp下段氣=(4 000 m3/h÷3 600 s/h)×3.895 kPa≈4.33 kW/h，Hp中段氣=(11 000 m3/h÷3 600 s/h)×10.421 kPa≈31.84 kW/h。

按一年連續運行300天計算，每天運行24 h，每度電的電費為0.35元，那么一年三段氣流量儀表運行的能耗換算成電費分別為：中段氣33.16萬元，下段氣19.64萬元，清洗氣144.43萬元。則三段氣流量儀表每年消耗的電費約為197.23萬元。

3 畢托巴節能型流量計運行分析

畢托巴流量計前身——智能探針式流量計，是清華大學專利產品，國家發改委推薦的61號節能型產品。 畢托巴流量計是國內目前公認的綜合性能最佳的流量測量儀表。測量原理：畢托巴是采用皮托管原理提取流體流速(全壓-靜壓=動壓)再換算成流體體積流量與質量流量的差壓式流量計；采用非收縮節流設計，是一種高效、節能的中心速度流量探頭。

其優越性能特點如下：

適用性強：傳感器適用各種流體和多種管道形式，是目前國內國際唯一一種執行元件能做到測量各種流體的流量計;節約能源：畢托巴傳感器截流面積很小，幾乎無壓力損失，運行成本大大降低;測量流量范圍廣：氣體流速在1 m/s以上，液體流速在0.1 m/s以上的介質都可以精確測量。對低流速、小流量、大管徑測量效果尤佳;維護方便：傳感器本身無需維護,不停產的情況下實現檢修。

根據公司三段氣流量計參數，計算出采用畢托巴流量計壓力損失：

表3 公司三段氣運用畢托巴節能型流量計選型

畢托巴流量計K=0.03

壓力損失計算公式為：PPL=KxΔP1

式中:ΔP——畢托巴產生的差壓，kPa；

PPL——畢托巴產生的壓損，kPa。

中段氣PPL=0.03×0.8≈0.03 kPa

下段氣PPL=0.03×0.6≈0.02 kPa

清洗氣PPL=0.03×2.77≈0.08 kPa

節流件壓損帶來的功率損失計算公式為：

Hp=Q×PPL

式中：Q——流體體積流量，m3/s；

PPL——節流件產生的壓損，kPa。

中段氣功率損失:Hp≈0.04 kW

下段氣功率損失:Hp≈0.04 kW

清洗氣功率損失:Hp≈0.40 kW

按一年連續運行290天計算，每天運行24 h，每度電的電費為0.35元，那么一年54套畢托巴運行的能耗換算成電費：中段氣0.175萬，下段氣0.175萬元，清洗氣1.75萬元，總計：2.1萬元。

4 安裝維護分析

畢托巴流量計 孔板流量計圖1 畢托巴流量計與孔板流量計

孔板：設備主體、導壓管及管閥件使用較多，且須停產焊接安裝，工程量大，泄漏點多；定期清理難度大，需停車解決；加之量程比較窄(通常為4∶1)，在工況發生較大變化時難以調整；氣體帶液時測量不準，偏差較大，影響工藝平穩操作；設備維護難度較高。

畢托巴：采用單一的一體化結構，安裝簡便：只需在管道合適的位置上打一個相當的孔(φ20～φ30)，把一次元件探針插入管道中心，即可方便地進行安裝；泄漏點少；節省了大量安裝工作量及費用；可靈活進行拔出清理維護；量程比寬(可達30∶1)，氣體測量精度≤1%；在氣體測量具有較高的性價比；設備維護難度較低。

5 結 論

畢托巴采用非收縮節流設計，和孔板流量計比較，永久壓損降低了99.5%，運行費用降低99%，證明畢托巴流量計在運行使用中的節能降耗上有較大優勢。