流量計量在能源計量領域的應用研究

陸馗樞

遵義市產品質量檢驗檢測院 貴州 遵義 563000

引言

現階段，人們非常重視能源的節約控制，并重視生態文明建設，為此，人們也開始探索循環經濟發展之路，建設環境友好型社會，發展低碳經濟，同時，全球氣候變暖問題仍是世界范圍內普遍關注的重點話題，而全球氣候變暖與能源的使用密切相關，因此，做好能源管理工作是能源合理使用的前提基礎，能源計量一直是能源管理的核心工作，能源計量所采用的器具設備主要包括流量類設備、壓力類設備、重量類設備以及溫度類設備等[1]，在實際檢測中需要綜合使用各類器具，從而保證流量計量的準確性。流量計量是關鍵的一類計量內容，關系到節本降耗，所以在能源計量領域之中，需要對流量計量的應用高度重視，加強流量計量的應用管理，從而使其作用得到充分發揮。

1 能源計量領域中流量計量的重要性分析

流量表示單位時間之內，流經明渠或者是封閉式管道有效截面的流體量，通常又被稱為瞬時流量，當流量使用體積進行表示的情況下則被稱為體積流量，當流量用質量表示的情況下被稱為質量流量。在對流體介質生產時，瞬時流量屬于對其調控的一項參量，也是保證企業能夠穩定生產，且保證產品質量的關鍵性要素，同時也是收費結算以及計數計價的重要基礎條件，在能源計量中，需要對液體、固體、氣體等能源進行計量，而這些能源在計量過程中均需要通過流量計量這一方式來實現數據統計，所以在整個能源計量領域之中，流量計量顯得格外重要，在開展流量計量過程中，不僅需要使用流量計，而且還需要通過壓力儀表、溫度計等工具對流體的壓力及溫度進行檢測，所以流量器具包括壓力儀表、流量計以及溫度計等計量器具[2]。需要綜合采用各類器具提升流量計量的準確性，從而為能源計量工作的有效開展提供支持。

2 流量計量常用的器具

2.1 差壓流量計

差壓流量計遵循的原理為能量守恒定律，根據該原理來對介質流量產生的變化來進行檢測，差壓流量計主要是由引壓管、節流裝置以及差壓變送器所形成，引壓管會將差壓信號向差壓變送器引入，然后會將該信號轉換，使之成為標準的信號，當流體在管道內部設置的節流裝置處經過時，因節流裝置可產生流束，并產生局部收縮，從而會使管道中心部位的流體在靜壓力以及流速方面均出現變化[3]。當流體從孔板經過時，在局部范圍內會產生摩擦阻力以及渦流損耗，當流束得以恢復正常之后，靜壓力并未能夠復原。所以需要對節流裝置前面的流體壓力與后面的流體壓力之間的差值計算出來，便能夠對流量進行確定。

差壓流量計屬于當前廣泛應用的一種儀表，其生產工藝比較純熟，并且其工作原理以及操作方面相對而言較為簡單，不存在可動件，具有較長的使用壽命，所以在能源計量工作中得到普遍應用。

2.2 容積流量計

該流量計主要是以排出流體體積來統計流量的，容積流量計是由運動部件、現實部件、轉動件以及測量室組成的，該流量計工作原理主要是當流體在流量計處經過時，在流量計的進口以及出口間會形成壓力差，受其作用影響，轉動件會因此旋轉，同時會將流體從入口傳送至出口，在此過程中，流量計內部空間會被流體所充滿，還會持續向出口發送，流量計給定條件下，流量計的計量空間屬于已知，所以要對轉子轉動次數進行測量，從而能夠得出流體體積。

相比之下，容積流量計具備較高的精度，且不會對安裝環境以及測量環境要求過高，比較適用于高黏度流體檢測，可能有效得出流體累計容積，在操作方面也比較簡單，但該流量計在整體體積方面比較大，內部結構相比之下也比較復雜，對被測介質的要求比較高，同時在低溫或是高溫的環境下并不適用，在計量時還會產生比較大的振動及噪聲。

2.3 速度流量計

速度流量計是以流體轉速為依據來確定流量的一種儀表，該流量計的原理是在管道中安裝葉輪，該葉輪能夠實現自由轉動，當流體經葉輪處時，流體產生的動能會將葉輪推動，并且流體黏度和范圍一定的情況下，流體流速與葉輪轉速成正比。通過葉輪的轉數和轉速便能夠將管道之中的流體流量予以確定。

該流量計具有較高的精度，且重復性比較好，體積小，耐高壓，結構也比較簡單，維修比較方便，其具備的優點比較多，可將其應用于封閉管道流體測量，并且適用于黏度較低的氣體和流體測量，基于該流量計的優勢，在冶金行業、石油化工業、燃氣管道等多領域之中，該流量計得以廣泛應用。

2.4 質量流量計

質量流量計是以流體流動于旋轉管之中對管壁造成作用力為依據來進行測量的，對通過流量計的介質密度、質量以及溫度進行直接測量。該流量計的工作原理是根據分體分子帶走的分子質量來對流量進行確定的，因感熱裝置并不會出現氣體壓力以及溫度等方面的變化，所以不會對測量結果產生影響。所以此類流量計具有高效、快速、準確、穩定的優勢，可以在石油化工領域推廣應用。

3 能源計量領域中流量計量的具體應用

3.1 在供水企業中的應用

流量計量既能夠對自來水用量進行統計，又能夠對供水企業的損失率、耗電量以及人均年供水量等指標方面的計算予以支持，所以流量計量所獲數據是否具備準確性關系著供水指標數據是否真實可靠。現階段，供水企業對自來水流量進行計量時，主要采用的流量計包括超聲波流量計以及渦輪流量計等。超聲波流量計主要是在流動介質中利用超聲波的傳播速度來進行測量的，其傳播速度實質上就是流體平均流速和靜止流體中聲波流速的矢量，通過這一矢量可對流量進行確定。超聲波流量計是由發送裝置、傳感器探頭、接收裝置構成，在水管外側將傳感器探頭進行安裝，有發送裝置將超聲波信號發送，聲波會在靜止流體之中進行傳播，兩個探頭之間相互傳遞聲波信號的時間是相同的。若流體處于流動狀態，則，上部傳感器會向下部傳感器發送信號，下部傳感器也會向上部傳感器發送信號，因流體流速會作用于聲波信號，從而會導致從上部傳感器至下部傳感器的聲波傳播速度加快，并造成下部流速減慢，而下部傳感器將聲波傳遞到上部傳感器的傳播速度將會減慢，從而造成兩個傳感器之間形成時間差，進而能夠將流體速度計算出來，然后通過管道流通橫截面積便可將流量算出。

渦輪流量計則是通過渦輪來實施測量，主要是轉換流量計流速，使之成為渦輪轉速，然后再將渦輪轉速轉換為電信號，此類流量計能夠對瞬時流量綜合予以準確檢測，還可使輸出信號轉為頻率，從而使數字化運行得以實現，該流量計精確度能夠達到±0.2%，具有較高的精度和較好的重復性，抗干擾能力也比較強，在安裝維護方面也較為方便，所以在供水企業中得以推廣應用。

3.2 在工業生產中的應用

在工業生產過程中，鍋爐屬于常用的能量轉換設備，可使燃料之中的電能及化學能轉換為熱能，所以在工礦、火電廠以及船舶等工業生產企業之中得以廣泛應用，因鍋爐是一種特種設備，在生產中鍋爐系統的壓力、流量以及溫度變化均會對工業生產的質量和安全性產生一定的影響，所以應將鍋爐蒸汽實施檢測，而蒸汽通常是從燃料燃燒時形成，經檢測蒸汽流量，能實現企業生產成本的控制。現階段，在工業生產中通常要對鍋爐蒸汽流量計進行安裝，從而對蒸汽、氣體等諸多介質進行檢測。相比于其他流量計而言，該流量計的精度較高，且壓力損失方面也比較小，在對鍋爐系統工作情況進行檢測時，不會受到流體壓力、黏度、密度等方面影響，具有較高的可靠性，能夠在-20℃～250℃的環境之中使用。該流量計附帶電子裝置以及自動化裝置，可與計算機連接，所以該流量計比較先進。在安裝方面，應避免將該流量計安裝在振動管道上，若不能對此避免，則需要在適當位置上安裝固定支架。同時，也不可將該流量計安裝在輻射強、電磁干擾強、腐蝕性強的區域，還要保證安裝位置的空間足夠，若被檢測介質之中含有較為復雜的成分，則應該于流量計適當位置安裝過濾器，從而過濾蒸汽中的不良成分，以免實際檢測值受到影響。

此外，因飽和蒸汽管路相對較長，蒸汽運輸時會頻繁出現壓力波動，且各位置蒸汽壓力存在差異，所以應實施壓力補償，保證管道壓力平衡。管道飽和蒸汽壓力通常為0.3～0.7MPa，而壓力變送器可測量的量程為1MPa。當前鍋爐系統的流量計量已實現自動化、智能化，壓力補償、流量計算等操作已實現了自動化，鍋爐流量計通常采用的安裝方式為豎直安裝，主要是為了保證流體能夠均勻貫穿全部管道，若流量計傳感器附近配置了閥門，可能會導致傳感器靈敏程度受到一定影響，所以在對傳感器進行安裝時，應該盡可能不要安裝在長管道之上，以免造成傳感器至法蘭之間的管道出現蒸汽泄漏問題。

3.3 在油氣工程中的應用

我國油氣資源豐富，天然氣屬于清潔能源，近年來國家對其開發比較重視，當前天然氣已經廣泛應用于人們生產生活之中，在天然氣采運以及儲配過程中，天然氣流量計的作用極為重要，該類流量計通常垂直安裝在管道內部，屬于一種柱形阻擋物，當流體流經流量計位置時，受其阻擋作用會在兩側形成漩渦，一般情況下漩渦分離頻率同流體流速之間存在線性關系，所以對漩渦分離頻率測出便可對流體流量及流速測出。

天然氣流量計的原理為卡門漩渦，在測量過程中有較高的精度，并且壓力損失比較小，在安裝方面也比較便捷，能耗方面也比較低，可對體積流量進行有效測量。當前天然氣測量常用流量計包含孔板式、氣體渦輪式以及旋進式三種流量計，因天然氣流量計容易受鍋爐壓力、介質溫度等方面因素所影響，所以在測量天然氣流量時，所用儀器僅可對某一工況的流量進行檢測，若現場溫度、氣體成分以及管道壓力等方面出現變化，將會存在誤差，導致測量不準確。所以在實際測量時，一定要保證設計工況與實際相符，但因實際情況可能存在變動，會產生一定的波動性，也需要及時對其自動補償。

3.4 在電力領域中的應用

電力企業開展能源計量主要是對電能進行計量，電能計量準確性事關企業效益及用戶利益，因傳統人工抄表的方式容易出現錯抄、漏抄等問題，造成電能計量存在出入，伴隨科技發展，智能電能表得以應用于電力企業的電能計量工作中，智能電能表具備電能計量的功能，還具備雙向傳輸以及遠程控制等多種功能，通過對用戶信息進行采集，能夠使電力企業對用戶用電量、用電規律等多項內容進行全面了解，從而對電力企業營銷提供幫助。

智能電能表的設計結構為三相三線以及三相四線結構，當前比較先進的技術工藝極為IC卡以及SMT技術，用戶可以將購買的電向電能表之中輸入，在有存值的情況下電能表會對用戶供電，同時還會依據各時間段，通過各種計量模式來對用戶多種需求予以滿足，還可對用戶用電流量進行遠程監控，有效避免了用戶私自偷電的違法行為。

4 結束語

綜合上述內容，在當前各領域中，能源計量已經成為能源管理的重要工作內容，而流量計量作為能源計量的重要手段，能夠為能源計量工作的開展提供有力支持，流量計量儀表作為能源計量的重要設備，要求工作人員必須對各類儀表進行了解。本文通過研究全面地了解了流量計量儀表的種類、功能、原理及適用范圍，并對各類流量計量儀表在實際中的應用進行研究分析，可為相關計量人員開展能源計量工作提供一定的支持。