1 前言

    精確的測量技術(shù)是能源管理的基礎(chǔ)。能源計量是以流量儀表為核心的。現(xiàn)在工業(yè)上經(jīng)常使用的流量儀表有下列幾種：

    ○差壓式流量計：標(biāo)準(zhǔn)孔板，標(biāo)準(zhǔn)噴咀，文丘里管，均速管，彎管等流量計。

    ○葉輪式流量計：渦輪流量計，葉輪式水表。

    ○渦街流量計

    ○電磁流量計

    ○超聲波流量計

    上述五種類型流量計在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用，尤其是差壓式流量計在電站、化工、鋼鐵等高溫高壓的場合非其莫屬。本文所討論的內(nèi)容，主要是差壓式流量計中標(biāo)準(zhǔn)孔板和標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，因其資料齊全，可以從量的方面進行分析和討論。其他型式的流量計只是和差壓式流量計作些比較，以便選用。

    所謂從量的方面進行分析和討論，也就是說：裝一只流量儀表，流過多少流量，產(chǎn)生多少阻力損失，損失多少能量，通過換算，折合多少度電，乘以電價，就能得出一只流量儀表一年化掉多少錢。通過經(jīng)濟核算，重新審視流量計在工業(yè)上的實際應(yīng)用。

    2 流量計能耗計算

    管道上如果裝置一臺差壓式流量計，例標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴，必然有壓力損失，其壓力損失為：

    其中ξ為阻力系數(shù)

    ρ為流體密度kg/m³

    u為管道平均速度m/s

    δ_p為壓力損失Pa；

    對公式（1）作一些變換：

    式中D為管道內(nèi)徑mm，

    q_v為容積流量m³/h

    將公式（2）代入公式（1）得到：

    其中ξ對于標(biāo)準(zhǔn)孔板和標(biāo)準(zhǔn)噴嘴為：

    推導(dǎo)從略。其中

    d為孔板或噴嘴開孔直徑mm

    D為管道內(nèi)徑mm

    C為流出系數(shù)

    這樣就可計算孔板和噴嘴的阻力系數(shù)。

    能量損失公式為：

    其中δ_p為壓力損失Pa

    q_v為容積流量m³/h

    △wh為每小時能量損失kj/h。

    將公式（3）代入公式（5），并換算成kWh，1kWh=3600kj，得：

    △wh'為每小時能量損失kWh/h。

    如果流量計年運行7500小時，則

    △wy為年能量損失kWh/y。

    如果考慮到電機和水泵的效率

    電機η_電=0.90水泵η_泵=0.70，則實際年能量損失為：

    如果電價1kWh為X元，則年損失“費用”總數(shù)為：

    由上述公式（8）看到，能量損失與容積流量qv的立方成正比，與管道直徑D的四次方成反比。一般來說，氣體和蒸汽容積流量很大，而液體（水）容積流量很小，因此氣體和蒸汽的能量損失此液體（水）要大許多。

    3 標(biāo)準(zhǔn)孔板，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的阻力系數(shù)ξ計算

    標(biāo)準(zhǔn)孔板：雷諾數(shù)Re=7×10⁴，由表1看出，設(shè)計孔板時，β值盡量取大，最好大于0.60。

    標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：雷諾數(shù)Re=7×10⁴，由表2看出，設(shè)計噴嘴時，β值盡量取大，最好大于0.50。

    這樣阻力系數(shù)均小于10。

    在其他Re時，C、ξ相差很小。

    4 其他流量計阻力系數(shù)的計算

    1）渦輪流量計：

    根據(jù)制造廠資料計算，得出表3。

    2）渦街流量計：

    當(dāng)d/D=0.281時，阻力系數(shù)ξ=2.4

    3）彎管流量計

    當(dāng)D由小變大時，阻力系數(shù)ξ=1.5～0.5

    5 能耗計算舉例

    能耗計算共10例，列于表4，具體計算從略。

    表能4編制：

    1）編號1、2、10為一組，介質(zhì)為水，在相仝參數(shù)，管徑，流量的情況下，用孔板，噴嘴，渦輪作能耗比較，噴嘴優(yōu)于孔板，渦輪優(yōu)拾噴嘴。

    2）編號3、4為一組，介質(zhì)為空氣，在相仝的參數(shù)，管徑，流量的情況下，用孔板噴嘴作能耗比較噴嘴優(yōu)于孔板。

    3）編號5、6、7為一組，介質(zhì)為過熱蒸氣，在相仝參數(shù)，管徑，流量的情況下，用噴嘴，孔板，文丘里噴嘴作能耗比較，噴嘴優(yōu)于孔板，文丘里噴嘴優(yōu)于噴咀。

    4）編號8、9為一組，介質(zhì)為飽和蒸汽，在相仝參數(shù)，管徑，流量的情況下，用彎管和渦街作能耗比較，彎管優(yōu)于渦街。

    6 討論

    1）由表4，流量計能耗計算表中看到，各種流量計對不同介質(zhì)有不同的能耗，氣體和蒸汽的能耗比液體（水）的能耗要大得多。特別對蒸汽流量的測量更要予以關(guān)注。例如表4中編號5、6、7為噴嘴、孔板、文丘里噴嘴對高溫高壓過熱蒸汽量的測量是一個很典型的例子，孔板、噴嘴、文丘里噴嘴的阻力系數(shù)去分別為4.72、1.34、0.1747，其能耗分別為441×10⁴、125.2×10⁴、16.3×10⁴kWh/y。對目前300MW、600MW大型發(fā)電機組而言，根據(jù)測算，如果測量裝置用噴嘴，年耗能在250×10⁴～450×10⁴kWh。如果測量裝置用文丘里噴嘴，年耗能在32×10⁴～54×10⁴kWh。兩者比較差距非常明顯。

    2）從設(shè)計角度看，在需用孔板或噴嘴的場合，則用噴嘴為宜，而其β值盡量取大，差壓△P盡量取小。在孔板、噴嘴可用可不用的場合，使用其他流量計。可選用無壓損或小壓損流量計，例電磁流量計，超聲波流量計，渦街流量計，渦輪流量計，彎管流量計等。

    3）在選用流量計時，要增加一個考核指標(biāo)，即自身能耗，以便用戶一次性投資和日常消耗作比較，確定更為合理的應(yīng)用方案。

    4）對儀表制造廠而言，要為用戶提供阻力系數(shù)表或者能耗指標(biāo)，以便用戶選用。

    7 結(jié)論

    上述計算與分析表明，流量儀表本身的能耗是可觀的。經(jīng)濟的發(fā)展對節(jié)能有更高的要求，流量儀表該如何改進和選型是值得思考的問題。對用戶來講，流量儀表日常能耗和一次性投資需要加以分析和權(quán)衡。對制造廠而言，制造什么樣的流量儀表，更能符合用戶的要求，需鄭重考量。這也是儀表研究單位面臨的重要課題。