熱質式流量計與孔板流量計的節能比較

馬衛東，雷文兵

(河鋼集團 邯鋼公司 氣體廠，河北 邯鄲 056015)

1 前 言

在工業生產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與經濟等方面的因素，因此必須要進行綜合的考慮，才有可能同時做到技術上可行、經濟上合理。

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

2 熱質式流量計

熱質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，適用于測量介質組分比較穩定的干燥氣體的流量。

3 孔板差壓式流量計

以孔板為節流裝置的流量測量系統，在流量測量領域已應用近百年，其優點是標準化、結構簡單牢固、易于加工制造、價格低廉、通用性強。一般工業生產中的氣體測量，特別是大流量工業氣體的測量，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。

由于孔板在測量性能和結構上存在著一定的缺陷，雖然通過技術的改進已經得到了一定的改善，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不穩定、線性差、重復性不好、準確度低的問題；在結構方面孔板存在入口銳角的關鍵部位易磨損、前部易積污、量程比小、壓差損失大的問題。尤其在流體經過孔板的節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，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

隨著流量測量技術的發展，針對孔板式流量計的缺陷，出現了多種形式的流量測量裝置，如阿牛巴、威力巴、德爾塔巴、熱質式等低壓損、低耗能的流量測量裝置。其中熱質式流量計就是一個能耗損失相對較低、應用比較廣泛的流量測量裝置，下面就熱質式流量計(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的孔板流量計具有一定的經濟性。流速越快、流量越大，節能效果越明顯。

6 結 論

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