熱質(zhì)式流量計與孔板流量計的節(jié)能比較

馬衛(wèi)東，雷文兵

(河鋼集團 邯鋼公司 氣體廠，河北 邯鄲 056015)

1 前 言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中會大量使用各種類型的流量計。由于流量計的種類繁多，而選型中又涉及到許多技術(shù)與經(jīng)濟等方面的因素，因此必須要進行綜合的考慮，才有可能同時做到技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理。

隨著技術(shù)的發(fā)展進步，流量測量理論也有了很大的突破，出現(xiàn)了阿牛巴、威力巴、德爾塔巴、熱質(zhì)式等低耗能流量測量裝置。因此，人們越來越關(guān)注所選用的流量計在運行時的能耗。熱質(zhì)式流量計就是一種新型低能耗流量計。

2 熱質(zhì)式流量計

熱質(zhì)式流量計是利用熱擴散和熱分布的原理,利用氣體帶走熱量的多少來計算流量。其測量結(jié)果受溫度、壓力變化影響較小，量程比可達到30∶1，安裝方式為插入式，基本沒有壓力損失，適用于測量介質(zhì)組分比較穩(wěn)定的干燥氣體的流量。

3 孔板差壓式流量計

以孔板為節(jié)流裝置的流量測量系統(tǒng)，在流量測量領(lǐng)域已應(yīng)用近百年，其優(yōu)點是標準化、結(jié)構(gòu)簡單牢固、易于加工制造、價格低廉、通用性強。一般工業(yè)生產(chǎn)中的氣體測量，特別是大流量工業(yè)氣體的測量，都常用由孔板差壓計、導壓管和變送器組成的流量測量系統(tǒng)。

由于孔板在測量性能和結(jié)構(gòu)上存在著一定的缺陷，雖然通過技術(shù)的改進已經(jīng)得到了一定的改善，但至今仍不能完全消除。孔板差壓式流量計在測量方面存在流量系數(shù)不穩(wěn)定、線性差、重復性不好、準確度低的問題；在結(jié)構(gòu)方面孔板存在入口銳角的關(guān)鍵部位易磨損、前部易積污、量程比小、壓差損失大的問題。尤其在流體經(jīng)過孔板的節(jié)流部件后流體靜壓降低，在孔板前后形成一個靜壓差，這個靜壓差就是流量檢測的依據(jù)，但這個靜壓差會在管道上形成一個永久的壓力損失(壓損)，在這一方面很值得去重點關(guān)注，這也是孔板差壓式流量計一個重要的缺陷。

4 熱式流量計和孔板流量計性能對比

隨著流量測量技術(shù)的發(fā)展，針對孔板式流量計的缺陷，出現(xiàn)了多種形式的流量測量裝置，如阿牛巴、威力巴、德爾塔巴、熱質(zhì)式等低壓損、低耗能的流量測量裝置。其中熱質(zhì)式流量計就是一個能耗損失相對較低、應(yīng)用比較廣泛的流量測量裝置，下面就熱質(zhì)式流量計(簡稱熱式流量計)和孔板差壓式流量計的性能進行比較，如表1、圖1所示。

表1 熱質(zhì)式流量計和孔板差壓式流量計性能比較

圖1 實際使用中的熱式流量計

5 靜壓差能耗計算

1.以本公司送高爐氮氣為例，按10 000 Nm3/h流量，送出壓力1400 kPa，假如使用孔板流量計，參照同類工況系統(tǒng)使用的孔板，其孔板直徑為d，管道直徑為D，則孔板的壓損公式如式(1)。

Δω=(1-β1.9)ΔP[1]

(1)

式中，β為孔板的d/D；ΔP為孔板形成的差壓；Δω為壓損。

取β=0.7，ΔP=40 kPa，估算出Δω=(1-0.71.9)×40=20 kPa，根據(jù)氣體能耗計算公式(2)：

W=(Zf1×Tk1×Δω×Qscmh)/(10.415×η×Pfl)

(2)

式中，W為能耗值，W；Δω為孔板的壓損值，kPa；Zf1為上游流動工況下氣體的壓縮因子，按0.98計算；Tk1為上游取壓孔處的絕對溫度，按300 K計算；Qscmh為標準狀況(293.15 K,101 325 Pa)下，氣體的體積流量值，Nm3/h；Pfl為工況下，上游取壓孔處流動氣體的絕對壓力，1400 kPa；η為氮壓面電動機的效率(常取η=0.8)。

估算出能耗：W=(0.98×300×20×13 000)/(10.415×0.8×1400)=6553 W=6.553 kW。

按每度(kW·h)電費0.6元計算，年能耗費為6.553×24×365×0.6=34 442.568(元)。

2.使用熱式流量計，經(jīng)咨詢某熱式流量計廠家得知，其壓損一般約為孔板裝置的1/10以下，故由式(1)、式(2)計算得到孔板裝置年能耗費約為3444.3元。年能耗費比孔板流量計約少34 442.568×0.9≈30 998元。

通過以上敘述可以看出，使用熱式流量計替代傳統(tǒng)的孔板流量計具有一定的經(jīng)濟性。流速越快、流量越大，節(jié)能效果越明顯。

6 結(jié) 論

熱質(zhì)式流量計在大口徑、大流量、高流速、大壓差或小流量、高精度的系統(tǒng)上使用效果較好，同時熱質(zhì)式流量裝置與孔板式流量計量裝置相比具有較顯著的節(jié)能效果。