節能降耗理念下煤化工能源計量儀表的應用及改造策略研究

李 平

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

煤化工作為煤炭潔凈利用的重要方式，一直以來被廣泛發展與應用。目前，在低碳經濟的可持續化發展模式背景下，煤化工是否能通過抑制碳排放的清潔發展技術和管理機制，以實現降低碳排放的目標，是關系煤化工企業生存與發展的關鍵。對于企業管理而言，能源計量及管理是能源管理工作的重要組成部分。因此，對于煤化工企業而言，維護和更新計量儀表，加強對煤化工企業能源計量儀表的改造，對于增強煤化工企業節能降耗工作的有效性具有重要意義。

1 煤化工企業能源計量常用儀表及其原理

1.1 煤化工企業能源計量常用儀表

計量與數據是企業管理的前提和基礎，是現代企業管理中必備的量化管理。尤其通過能源計量儀表科學的計量，是企業節能降耗、降本增效的基礎保障。對于煤化工企業能源計量而言，目前我國應用最廣泛的流量計為孔板式差壓流量計[1]，其應用量約占市場的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，是目前應用最廣泛的流量計。廣泛應用于化工、冶金、電力等領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管道內的由一次檢測件和二次裝置組成的節流裝置，造成局部收縮，流速增加，并產生靜壓力差，從而根據流動連續性原理和伯努利方程的推導而求得流量。其中，一次檢測件指節流件，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狀及存在問題分析

2.1 孔板式差壓流量計目前的技術水平

孔板式差壓流量計左右了近一個世紀的流量測量市場，目前其性能設計及安裝結構技術水平如下。

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

2) 安裝結構。在現場安裝結構上，也逐步走向“無三閥組、無配管”化。這種安裝結構不僅可以節省安裝空間與費用，減少漏點和維護量，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，具有結構簡單，維修方便，性能穩定等特點。為此，在相當一段時期內，廣泛用于各種能源量測量的傳統的孔板式差壓流量計是煤化工企業信任的測量儀器。然而一直以來的應用經驗及研究發現，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指標及特點

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，仍有流動死區存在，如該設備在某些情況下容易導致氣體不流通，進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，很難保證測量的穩定性與準確性，如孔板的直角邊緣在長期運行后可能會磨損，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，容易出現漏點、增耗及污染環境問題；

4) 在高凝固點介質環境中，易出現凍結，進而影響測量的準確性；

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

6) 傳統煤氣流量計量儀表在后期維修環節中的清理難度較大，不能達到節能降耗的要求；

7) 在粉末顆粒狀及臟介質使用環境中，易出現引壓管堵塞等問題。

8) 流量計量儀表設計的缺陷使煤氣流通與節能降耗效率降低，不能體現節能環保理念等。

總之，這些固有缺點導致傳統孔板式差壓流量計不能滿足現代煤化工企業的需求。因此，需通過不斷地加強能源計量管理，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備等手段來彌補。

3 節能降耗理念下煤化工能源計量儀表的改造策略

3.1 加強對孔板式差壓流量計結構改造

為了提高孔板式差壓流量計計量的有效性，增強煤化工企業節能降耗工作，可以考慮從以下兩個方面對其結構進行改造。

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、后應具有較長的直管段，以滿足通過儀表的管內流速分布應具有一定形式。根據ISO 5167：2003(E)新標準，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，以保證必要的準確度，從而提高煤化工企煤化工能源計量儀表的節能降耗實效性。

2) 為孔板式差壓流量計短管段設計調整型孔板。近年來，一種以改善流速分布為特點的節流裝置應運而生，特別是在化工行業中，這種新型的調整型孔板405C/1595被重點關注與研究。調整型孔板對流場具有整流作用，可以將管道內流體的攪動降到最低，從而實現精確測量。不僅如此，調整型孔板還有傳統節流裝置適應性強、無活動部件等特點。405C及1595調整型孔板的結構形式，如圖2所示。

圖2 孔板式差壓流量計405C及1595調整型孔板的結構形式

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

3.2 強化對新型檢測儀表的引進與使用

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

1) 采用超聲波流量計，提高測量的準確度。在現實中，由于管線直徑較大，煤化工企業長期使用孔板流量計來測量，容易造成測量不穩定、耗時耗力等問題。在調查中發現，用超聲波流量計代替孔板流量計，可以解決長周期穩定準確測量大管徑循環水等的流量問題，從而降低能耗；同時，超聲波流量計不需要進行接觸式測量，既便捷又穩定，能夠增強測量工作的實效性，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。在現實中，煤化工企業會產生大量的蒸汽消耗。在長期的安裝、運行、維修實踐中發現，在煤氣管道的內部增加一個區域，使其與檢測部位相分離，即運用渦街流量計進行能源計量，非常適宜于煤化工企業的節能減耗[3]。同時，此方法還具有能適應高氣壓、低溫度等多種多樣的環境，具有安裝維護方便、準確性高，量程比高、運行成本低等優點。因此，在煤化工企業中，加強渦街流量計的應用非常必要。

3) 采用彎管流量計，實現裝置降本增效。煤化工企業空氣與N2測量點多面廣，對管徑的要求較高。長期以來，煤化工企業無法有效地計量空氣與氮氣。而在調查中發現，彎管流量計具有穩定性高、耐磨性強、測量準確等優點，對于煤化工企業來說，要想有效地計量空氣與氮氣，實現裝置的降本增效，可以加大彎管流量計的應用廣度和深度。

4 結語

綜上所述，要做好節能工作，計量是基礎，計量儀表是重要實現手段。對于煤化工企業能源計量工作來說，要重視能源計量儀表改造在促進企業節能降耗方面的重要性，并從加強對原有計量儀表的優化改造、強化對新型檢測儀表的引進與使用等方面，不斷地加強能源計量管理，使企業獲得更好的經濟效益和社會效益，從而真正實現煤化工企業持續、健康、穩定的發展。