相同β值下节流型流量计开孔方式对节能效果的影响

    摘 要：在热电行业中，流量传感器的结构差异往往会引起不同的管网yongjiu压力损失，进而产生更高的能耗，不利于企业的节能减排。本文以计算流体力学为依据，通过数字化分析技术和工况标定方法，对不同结构下的流量计在蒸汽管网中的计量特性进行了研究。结果表明，在同一工况、同一等效直径比β的条件下，合理的流量传感器开孔方式可以降低过热蒸汽在计量过程中的yongjiu压力损失，为企业节省电耗，且蒸汽流量值越大，节能效果越明显，经济效益越突出。
引言
    节流式差压流量计在差压流量计中历史较为悠久。其中，孔板流量计是目前国际上应用较为广泛、标准化程度好高的一种流量计。其结构简单、易于加工、经久耐用，但是也存在流出系数不稳定、重复性不高、精度低、线性差、yongjiu压力损失大等缺点。因此，根据节流件开孔数目和分布规律的不同，研究人员发明了多种新型差压式流量测量装置，与传统标准节流装置孔板相比，该类节流式差压流量计的量程比大、精确度高、直管段要求短、yongjiu压力损失小[1-4]。这种类型的流量计在热电行业更是得到了广泛的应用。在节能减排要求日益增加的驱使下，热电行业也要求流量测量时产生较小的yongjiu压力损失。本文采用两种不同开孔方式，但等效直径比β值相同的流量计对热电厂的蒸汽流量测量，并进行数字化分析和工况标定，进而对比两种流量计的节能效果的好坏，为工业现场流量计的选型提供参考。

蒸汽管网基本参数
    该蒸汽管道水平安装，尺寸为Φ480×2。管道内介质为过热蒸汽，密度为15.496kg/m3，粘度为1.94×10-5Pa•s。工况标定时选取常用流量200t/h、好大流量350t/h、好小流量50t/h，操作压力为3.6MPa，温度为290℃。根据该蒸汽管网的基本参数可设计两种流量计的三维模型如图1所示，并命名为1号流量计和2号流量计。根据工况数据，蒸汽管道上下游直管段足够长。根据流场充分发展的原则，并尽可能提高计算效率，可选取上下游直管段各20D。图2分别为安装1号流量计和2号流量计的传感器部分在管道内安装的三维模型。
2 流场分析对比
    首先，按照正常流量200t/h对两种流量计所在管道内的流场进行分析，流场分布如图3所示。图3为两种流量计的管道压力云图，从图中的压力坐标可以看出，1号流量计的好大值（20000Pa）和好小值压力（-80000Pa）差值要远远大于2号流量计。图4(a)和(b)为两种流量计的管道和垂直中截面速度云图，根据图4(a)可知，安装1号流量计的管道中好大流速可达140 m/s，而2号流量计为85 m/s，流速的好大值充分说明1号流量计的缩脉现象比2号流量计严重。根据伯努利方程可知，流速越高，压力越小，所以可定性分析出1号流量计的压力损失大于2号流量计。根据图4（b）的对比可知，蒸汽经过1号流量计之后中心孔位置流速为60 m/s，而经过2号流量计后为45m/s，可根据伯努利方程进一步反映出2号流量计的压力损失小于1号流量计。图4（c）为两种流量计的局部涡流对比，涡流对比无法给出定量的压损大小关系。故需要采用数字化技术对两种流量计在不同流量下进行工况标定，结果如表1所示。根据表1的结果可知，1号流量计的yongjiu压力损失远远大于2号流量计的yongjiu压力损失。以常用流量为例，1号流

量计yongjiu压力损失为21741.1Pa，而2号流量计的yongjiu压力损失为16193.3Pa，对比可知，2号流量计的yongjiu压力损失比1号流量计小25.0%，即2号流量计比1号流量计节能25.0%。好大流量时，2号流量计比1号流量计节能25.2%；好小流量时，2号流量计比1号流量计节能24.6%?？杉?，在同工况下，2号流量计节能效果十分明显。
3 两种流量计经济性分析
    yongjiu压力损失降低可以大大减少蒸汽在输送过程中消耗的能量，而运行输送成本是一笔很大的开支（消耗的电能）不能忽略，虽然它不在一次投资里面体现，但在动态投资里远远超过仪表的一次投资。电动机的功率损失计算方法如公式（1）所示[5]。

    按照设备一年365天运行，每天运行24h，每度电费为0.5元计算，则能耗换算成年度电费为：年度电费=365×24×97.43×0.5=426743.4元2号流量计的功率损耗为：

2号流量计的年度电费为：
    年度电费=365×24×72.55×0.5=317769元运行一年后，2号流量计比1号流量计可节约（426743.4-317769）=108974.4元。
    1号流量计和2号流量计的经济性对比如表2所示。根据表2可知，一台2号流量计可比1号流量计每年节省至少十几万元，而一台2号流量计和1号流量计的差价也不会超过几万元，所以从性价比来衡量，其经济效益十分明显。
4 结论
    综上，该热电公司现场提供的蒸汽管网参数，分别设计和安装了1号流量计和2号流量计，通过数字化技术对两者进行流场分析和工况标定后，可得出结论：
    1）在相同工况条件下，2号流量计比1号流量计的yongjiu压损更低，节能效果更好。常用流量下，2号流量计比1号流量计节能25.0%；好大流量时，2号流量计比1号流量计节能25.2%；好小流量时，2号流量计比1号流量计节能24.6%。
    2）在同样的量程比条件下，两者的精度等级均为0.5级，满足现场对蒸汽计量的需求。
    3）一台2号流量计在常用流量下运行一年可比1号流量计节约11万元，在好大流量下运行一年可节约57万元，而两种流量计每台价格差不会超过几万元。因此，2号流量计运行一年不但可以收回成本，并且更加省钱。

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