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差压流量计在选型上的经济性分析
点击次数:434 发布时间:2015-10-13

  流量测量在过程变量测量中相对较为复杂,流量计按测量类型分类有差压式、浮子式、容积式、涡街式、电磁式、超声波式和科里奥利式等;按流量原理分类有力学原理、动量守恒原理、电学原理和声学原理等;按安装方式分类有封闭管道,插入式等。
本文选取均速管流量计中的德尔塔巴流量计、管道安装式流量计中的标准节流孔板以及新型节流装置中的平衡流量计来进行比较分析,从而使设计和选型更加优化。
1、三种流量计特点分析
a)标准孔板作为标准节流装置的一种,现在被广泛使用,占整个流量计总数的70%以上,它可测量全部单相流体,包括液体、气体、蒸汽以及部分混相流体。孔板凭借其价格低廉、结构简单、无须标定、安全可靠、使用期限长等优势,至今尚无任何一类流量计可与之比拟。
b)均速管流量计是通过测管道中直径(圆管)或长与宽(矩形管)上几点的流速来推算流量的一种插入式流量仪表,基于管道内介质的平均流速,进而计算流量。均速管对管道内的流体特性影响小,加工工艺简单,可以双向测量。但对直管段要求较高,输出差压小,测量精度较低。由于均速管属于非节流式流量计,所以压损很小,运行成本很低。
c)平衡流量计对传统节流装置进行了很大的改进,将节流原理由边缘节流改为平衡节流。平衡流量传感器是一个多孔的圆盘节流整流器,安装在管道的截面上,当流体穿过圆盘的函数孔时,流体将被平衡调整,涡流被zui小化,形成近似理想流体,通过标准取压装置,可获得稳定的差压信号,根据伯努利方程计算出流量。
这种流量计的测量精度是传统节流装置的5~10倍,流动噪声降低到传统节流装置的1/15,*压力损失约为1/3,压力恢复快,zui小直管段可以小于0.5D,没有活动的部件,安装和使用非常方便简单,可省去大直管段,大大减少流体运行所消耗的能量,是一种具有广阔应用前景的节能仪表。
d)三种流量计中介质流动情况如图1所示。
e)三种流量计的主要性能见表1所列。

2、流量计运行费用分析
2.1 能耗分析
流量仪表运行费用主要是工作时的能量消耗,包括仪表内部电力消耗以及测量过程中消耗的能量,即克服仪表因测量产生压力损失的泵送能耗费。
根据流量测量(节流式流量计)原理,泵送能耗费用计算公式:
年泵送能耗费=hptR
式中:hp———动能损耗,kW,hp=pLqV/η,其中qV———流体体积流量;pL———节流元件产生压损;η———电动机效率;t———年工作小时数,h;R———电价,元/(kW·h)。
其中,主要是压损和流量决定泵送能耗费用,以德尔塔巴流量计、平衡流量计和标准孔板做压损比较(β为孔板的孔径比,Δp为流量计产生的差压):
a)标准孔板压损的经验公式:当β=0.6时,pL=0.6Δp;当β=0.7时,pL=0.5Δp。
b)平衡流量计的压损为pL=0.23Δp。
c)比较保守地计算,德尔塔巴的压损为pL=0.1Δp。
2.2 举例说明
2.2.1 蒸汽测量
设测量介质为过热蒸汽,管径为114mm,压力为3.9MPa,温度为450℃,在此温度、压力下其蒸汽密度为12.511kg/m3,介质流量为5t/h。设备一年运行365d,每天运行24h,每度电电费为0.8元,电动机效率η=0.8。根据现场经验值,孔板、平衡流量计、德尔塔巴流量计产生的差压值分别取16,12.8,1.6kPa;测量时,功率损失分别为12.21,4.085,0.222kW,能耗换算成年度电费分别为85 568,28 626,1 555元。
因此,一年中孔板的直接运行成本比平衡流量计高56 942元;比德尔塔巴流量计高84 013元。
2.2.2 液体测量
设一水测量点位,管径为219mm,压力为0.2MPa,温度为20℃,在此温度、压力下水密度为998.254kg/m3,流量为200t/h。
根据经验值,孔板、平衡流量计、德尔塔巴流量计产生的差压值分别取25,20,5.0kPa;测量时,功率损失分别为0.963,0.322,0.035kW,能耗换算成年度电费为6 745,2 257,245元。
因此,一年中孔板的直接运行成本比平衡流量计高4 488元;比德尔塔巴流量计高6 500元。
2.2.3 气体测量
设一氧气测量点位,管径为219mm,压力为4.9MPa,温度为180℃,标况下空气密度为1.428 6kg/m3,在此温度、压力下空气密度为42kg/m3,流量为3.5×104m3/h。
根据经验,孔板、平衡流量计、德尔塔巴流量计产生的差压值分别取20,16,2.0kPa;测量时的能耗换算成年度电费分别为31 895,10 670,580元。因此,一年中孔板的直接运行成本比平衡流量计高21 225元;比德尔塔巴流量计高31 315元。
综上所述,选用德尔塔巴流量计与选用孔板流量计相比,每年节省的运行成本是很可观的,特别是高温高压蒸汽,使用德尔塔巴流量计将带来巨大的经济效益。德尔塔巴流量计输出差压很小,导致压损很低,尤其是管径越大,压损越低,从经济性考虑,是非常可观的。而且,压损小也意味着磨损小,寿命长。另一方面,输出差压低,会直接导致测量精度低,对有些精度要求较高的重要场合,该流量计就显得有些力不从心。且均速管流量计对内径和前后直管段有一定要求,使得其在有些场合的应用也受到限制。
而平衡流量计相比标准孔板,经济性也得到很大提升,并且平衡流量计对前后直管段要求很低,对各种工况都具有良好的适用性,测量精度高,对重要场合尤其适用,且防堵能力强,使用寿命长,综合性能好。
因此,从能源消耗角度来讲,无论是均速管流量计或者平衡流量计都比传统的标准孔板经济性高很多。由于孔板本身价格比较低,运行稳定可靠,依然在流量计市场中起着重要的作用。在能耗高的场合,孔板逐步被均速管流量计或平衡流量计取代,因而在选择流量计时,应考虑流量仪表的综合性能和长时间使用时的能耗损失,根据不同的介
质工况和应用场合,综合考虑流量仪表的准确度及运行成本,使流量计的选用达到整体的经济性和实用性。

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