工业自动化仪表节能方法探析

朱庆（大庆油田化工集团东昊公司油气处理分公司）

工业自动化仪表的节能将会是传统工业节能措施的重要组成部分，因为仪表应用在工业生产的方方面面，它的能耗过大会给一个企业带来不小的压力。在石油化工过程中，由于仪表设备与流体的接触阻力和不恰当的仪表安装，每年会带来巨大的电力消费和能源消耗[1]。因此，寻找新的节能方法来降低自动化仪表的能量消耗，是一个迫在眉睫且潜力巨大的课题。

1 自动化仪表的节能方法

自动化仪表的能耗主要体现在流体流动阻力对仪表造成的内部冲刷、仪表安装位置不正确导致的生产工艺不佳以及设备阀门换热效果不好造成的热量损失等方面，另外，造成仪表能耗过高的原因是多方面的，有时需要综合考虑多种因素的影响。针对以上几类造成仪表能量损失的原因，我们可以通过以下方法对自动化仪表进行改进和优化。

1.1 使用新型交流变频调速装置[2]

进入新世纪以来，随着电力技术和计算机技术的迅速发展，交流变频调速技术取得突破性发展，并逐步实现在工业中的覆盖应用。它主要具备以下优势：启动电流不高，不会对系统造成较大冲击，从而大大节省了电量；调速比较均匀并且调节范围很大，降低了调速过高的概率，提高了运行效率，也节省了使用调节阀的成本；具有“装置体积小，占用空间小，安装阻力小”的特点，进一步降低了安装和调试的能耗；电动机运行时保持低转差率，造成的转子损耗很低。对比原有调节器和截止阀并用的方法，交流变频调速装置可降低三分之一的耗电量，体现了良好的节能效果。另外，由于在运用调速器时，机组的运载负荷较低，因此可以有效地保证机组的长久运行，减小故障概率，降低维修费用。可以说，新型交流变频调速器的使用，是仪表节能领域的一个关键环节，在不久的将来，它必将完全替代旧有的工作设备。

1.2 使用压力损失较低的自动化仪表

流体在装置中形成死水区或漩涡区、流体黏度过大等因素会造成压力损失，压损会浪费巨大的能量，如果压损过大则会干扰整个生产系统的正常运行，因此，探索低压力损失的仪表显得十分必要。

低压损智能涡街流量计、笛形均速管流量计的快速发展打破了仪器仪表在使用过程中必出现大的压损的现象[3]，进一步节约了能耗。尤其是作为技术前沿的旋涡流量计，有着其他传统流量计所不具备的优点：运行功耗极低，不需要随时更换电池，从而极大地节省了电力消耗；内部无机械传动构件，减小了机械摩擦，在降低功率的同时，更换和维修频率大大降低。总的来说，随着高新技术的进步，这些低压力损失的自动化仪表普遍具备良好的性能和极低的能耗，并且安装也相当方便，广泛应用于煤炭、钢铁、石油等高能耗行业，一定程度上带动了企业向低能耗方向的转型。

1.3 减小仪表和流体间的阻力

流体在流动时，一方面会造成仪表器壁的摩擦，另一方面，当流体经过仪表或阀门时，速度、方向的突变会产生较大的液接阻力[4]，这些阻力不但增加了能量浪费，而且如果阻力持续过大，也会对仪表性能产生不良影响，导致仪表的不稳与失灵。仪表与流体间的阻力引起的能耗在仪表的总能耗里占的比重是比较高的，因此，尽可能地减小流体与仪表的液接阻力，将是降低总能耗的关键点。

针对自动化仪表液接阻力的产生原理，可以通过下述方法实现仪表的节能：

1）降低调节阀的阀组比[5]。阀组比是调节阀全开时前后压差与系统总压差的比值，也叫压降比，在调节阀实际的使用过程中，必须使调节阀具有一定的压差，才能保证调节阀有一定的可调比。但是，由能耗与阀组比的关系可知，阀组比越大，其损失的能量就越高。依据此原理，可以在保证调节阀正常工作的前提下，适当减小其阀组比，可以有效降低机组和泵的用电量。这种方法已经逐步在工业生产中应用，是一种比较绿色的节能方式。

2）适当扩大节流装置的直径比。节流装置是流量计中最为重要、也是用途最广泛的一个分支，它包括文丘里管、楔形流量计等，在工业中起着非常大的作用。由于流体存在一定的黏度，因此，流体通过节流装置时，其中的部分能量会在摩擦阻力和节流装置形成的漩涡中损耗，因此会产生一定的压力损失。由直径比与压力损失的关系可知，压力损失随着节流装置直径比的增加而减小，因此，可以在一定范围内尽量扩大节流设备的直径比从而降低压损，实现设备的节能。当然，其直径比也不可过大，否则会使得节流装置由于压力过大而损毁。

1.4 合理布局调节阀的安装位置

一般来说，调节阀要尽量安装在换热器的前面[6]，如此一来，调节阀产生的压力损失可以在一定程度上减小物料进入换热器的压力，从而降低物料的汽化温度，温度的降低则进一步节省了能量消耗。另外，仪表安装不合理会对整个生产装置的体系平衡、热量交换、物料分配等方面产生不利的影响，甚至导致危险事故的发生，因此，合理布局调节阀的安装位置，会使整个装置设备的空间得到充分的利用，在控制热量散失、减小物料浪费、保障系统安全等方面也起着重要作用。

2 结语

工业自动化仪表经过多年的技术积累已经步入一个飞速发展时期，随着科技的进步，特别是信息领域、电气领域的技术突破，自动化仪表将逐步走向高性能、低功耗的发展方向。实现自动化仪表的节能，不仅可以提高企业生产效率，减小生产成本，同时也会将为促进工业技术持续发展做出积极贡献。

[1]李志阳,胡晓亮.论石油化工自动化技术的发展现状及关键所在[J].民营科技,2009(10)：78-80.

[2]邱万炜.浅谈工业自动化仪表的节能方法[J].科技创新与应用,2012(5):81.

[3]杨盛刚.对工业自动化仪表节能方法的探究[J].施工技术,2012(10):59-60.

[4]梁长志.石油化工业自动化仪表的运用[J].自动化与仪器仪表,2012(5):91-92.

[5]许大庆.节能减排,仪表自动化大有作为[J].自动化仪表,2008(7):44-46.

[6]孟艳京.浅谈仪表自动化在化工工业方面的应用[J].才智,2011(4):74-76.