文丘里流量计在线诊断技术与节能

马琳（大庆油田工程有限公司）

随着国家对节能减排工作的重视，并前后出台了相应的管理办法及政策法规，能源计量工作越来越受到重视。很多企业从节能提效的角度出发，希望计量仪表中能够增加在线诊断或远程校准功能。这样既不影响生产，又能根据现场实际状况对器具进行检定或校准，满足计量要求。目前，一些流量计已经实现了在线诊断功能，如超声流量计、电磁流量计等。文中阐述了文丘里流量计在线诊断技术与节能的关系。

1 在线诊断技术与节能

能源计量是实现节能降耗的必要手段，其核心是计量器具。只有计量器具配置合理、计量准确，才能对企业的能源利用情况进行科学的统计和分析，为节能工作提供方向。针对目前油田的实际情况，大部分计量流量计存在着很大的节能潜力。根据流量计量原理可知，在流体输送时，由于流体特性及管道的影响，流量计会产生较大的阻力，从而导致电力能源损耗加大。据调查，因流体阻力损耗的电力约占总耗电的20%。由此可见，如果能在油田生产中采取行之有效的节能措施，对降低能源损耗具有极其重要的现实意义。

目前在油田广泛使用的差压式流量计依然以孔板为主，但孔板存在着一个不可忽视的缺陷，即压损过大，故孔板在完成能源计量任务的同时，却耗费着大量的能源。随着低压损节能流量计受到越来越多的重视，文丘里流量计在孔板的基础上，用一段渐缩渐扩的短管代替孔板，结构简单且阻力损失小；而新型文丘里流量计又在传统设计上增加了在线诊断功能。由于计量领域向着智能化、智慧化、大数据的方向发展，应用在线诊断方法成为计量技术的发展趋势，越来越多的使用者现在已经将在线诊断功能作为流量计量系统中的一部分，这不仅降低了人工成本和运行风险，而且在节能环保上更胜一筹。文中介绍的含有在线诊断功能的文丘里流量计可以有效降低能耗。

2 文丘里流量计构成及其在线诊断原理

2.1 构成

文丘里流量计属于差压式流量计中的一种,它由光滑的收缩段、喉道和扩散段三部分组成。流体经过管道时，喉道断面缩小，流速增大，动能增加，势能减小，这样通过在收缩段断面和喉道断面安装测压装置，测量两断面的流体压差，由恒定总流的能量方程得到管道的流量[1]。

2.2 在线诊断原理

新型文丘里流量计在设计中增加了在线诊断功能。如图1 所示，新型文丘里流量计配有指示压力波动的全部仪表。传统的文丘里流量计只是读取入口处压力、下游温度以及压差，取压口通常设计在入口处和喉部（压力最小处）。设计中在下游扩散段增加了第三个取压口，较之传统设计增加的取压口可以获取两个额外的压差，即恢复压差和永久压差。

图1 文丘里流量计结构示意图

如图2 所示，收缩段入口处与喉部的压差ΔPt、恢复压差ΔPr和永久压差ΔPPPL之间的关系为

传统流量等式为

扩散段流量等式为

PPL 流量等式为

式中：ΔPt——收缩段入口处与喉部的压差，kPa；

ΔPr——恢复压差，kPa；

ΔPPPL——永久压差，kPa；

ρ——流体密度，kg/m3；

E——流量计几何常数；

A、At——入口处的喉部的平均速度，m/s；

Y——气体密度波动扩展系数（对于液体通常Y=1）；

Cd、Kr、KPPL——流出系数、扩展系数、PPL 系数。

图2 文丘里流量计压差示意图

传统的文丘里流量公式如式（2）所示，仅仅是流量计流量的计算[2]，随着在下游处增加1 个取压口，产生了另外2 个等式。由于有3 个流量等式同时表明通过同一流量计的流量，所以就有可能通过对比流量值来实现系统的自我诊断。由于3 个等式都有各自的不确定度等级（x%、y%、z%）。因此，1 台正确运行的流量计，其任意2 个等式的流量差值不应超过其不确定度之和。

传统/PPL 最大允许偏差为

传统/扩散段最大允许偏差为

扩散段/PPL 最大允许偏差为

PPL/传统比为

扩散段/传统比为

扩散段/PPL 为

表1 为文丘里流量计在线诊断发出报警信号的判断依据[3]。

表1 文丘里流量计在线诊断发出报警信号判断依据

3 文丘里流量计在线诊断技术能耗分析

以DN500 管径系统的满管流量状态为研究对象，分别测试孔板和具有在线诊断功能的文丘里流量计状态。测试参数包括压力、温度、气体流量和电功率，测试结果见表2。

表2 孔板与文丘里流量计测试结果

从测试结果看，本次测试所采用的具有在线诊断功能的文丘里流量计较孔板的能耗小很多[4]。

4 结束语

当节能成为关系到我国整个经济体系的发展和企业自身利益时，其重要性不言而喻。具有在线诊断功能的文丘里流量计是一种节能仪表，同时也是能量管理中正确地选择。实际案例表明，文丘里流量计具有如下优势：节能环保；减少维护费用；观测已知项目；提高操作效率；规避争议。1 台精准计量拓展型文丘里管流量计减少的压损能耗，每年可为企业增收数千元到数万元甚至数十万元，具有广泛推广价值[5]。