流量仪表的节能优化

李世超（大庆油田技术监督中心）

在通过流量仪表进行工业流量计量的过程中，其能耗问题主要来源于流量仪表的具体应用。在传统工业流量计量中，孔板节流形式的流量仪表最为典型。但是此类仪表却存在能耗高、安装维修不便等问题。因此，为有效实现流量仪表的节能优化，就需要对其节能技术进行深入分析，并通过先进的流量仪表来替代传统的流量仪表。

1 主要问题分析

在传统工业流量计量过程中，孔板节流形式的流量仪表应用最为广泛，这种流量仪表的主要工作原理是让液体在节流装置中通过。因节流装置中的空间有限，所以在流体进入到该装置之后，便会在截留孔板位置收缩为束状，以此来加快流速、降低净压力，让节流孔板前后形成压力差，该压力差与流体实际流量之间有着正比关系。这种流量仪表在工业企业中已经应用了很长时间，它对于流体有着十分广泛的适应性，且应用体系十分完善，技术也十分成熟[1]。

但是在具体应用中，该流量仪表依然具有很多问题。首先是其装置结构十分笨重，这种流量装置的重量约为100kg，装置内的所有管道都需要整体安装，且使用过程中需要与吊装机械以及其他的一些机械设备相配合，对于安装方面也有着很高的要求，具有较大的施工量和维修难度。其次，在流体从该流量装置中通过时，会有很大程度的永久压损产生。根据相关的试验发现，其永久压损可以达到20~50kPa[2]。在被测流体从该流量装置中通过时，在电泵的驱动作用下，将会伴随着漩涡产生，导致液体和装置之间不断摩擦，进而将流体自身所具有的机械能转化成热能，然后以水蒸气的形式从被测流体中消失。因此，就会加大材料和电能的消耗增加。

2 节能优化分析

为实现流量仪表的节能优化，在具体的工业流量计量中，可通过更加高效、节能的流量仪表来替代传统的流量仪表，以此来达到良好的节能效果，让流量计量实现科学优化[3]。

2.1 V锥形流量仪表

V锥形流量仪表属于一种差压形式的新型流量仪表。有一个流线型圆锥体被设置在管道内部，悬挂在该仪表自身的短管中心位置，与工艺管道连接。具体应用中，椎体可以逐渐将工艺流体收缩进短管内壁，在工艺流体和锥形体之间的相互作用下，便可让锥形体上游实现速度分布的重新整型[4]。通过这样的方式，不仅可以实现流速分布的良好改善，同时也可以让一个压力区间在锥形体上游形成，防止介质中的杂物所导致的结垢和堆积，这样便可让装置内部的流量值保持恒定，而在流量值相同的情况下，V锥形流量仪表会比传统孔板节流形式流量仪表的压差值小一半左右，这就显著降低了永久性压损。如果工程设计足够合理，相比较传统的孔板节流形式流量仪表而言，V锥形流量仪表的永久性压损仅仅可达其1/4[5]。V锥形流量仪表工作原理见图1。

图1 V锥形流量仪表工作原理

例如，在某炼油硫磺回收工作项目中，富胺液流量用传统孔板节流形式以及V锥形这两种类型的流量仪表来进行测量，其流量为196m3/h。在通过相应软件计算之后得出，传统孔板节流形式的流量仪表平均压力损失为26.94kPa/h；V锥形流量仪表平均压力损失为6.57kPa/h。因为压力损失会伴随着材料和用电成本的增加，所以在改用V锥形测量仪表之后，便可实现测量成本的进一步节约。根据实际情况分析与计算发现，在用V锥形流量仪表替代传统孔板节流形式的流量仪表之后，每个流量仪表平均每一年的运行费用节约为5399.5元。

2.2 多孔孔板流量仪表

多孔孔板形式的流量仪表是近年来新兴起的一种流量仪表，这种仪表也被叫做多孔平衡形式流量仪表，是一种先进的节流装置。在工业流量计量过程中，如果将多孔孔板流量仪表用来替代传统的孔板节流形式流量仪表，将会达到良好的节能优化效果[6]。

例如，在某聚丙烯生产项目中，需要对丙烯脱气塔再沸器中的蒸汽进行流量测量。具体测量中，该企业最初选择的是传统孔板节流形式的流量仪表，但是因为本次项目中对于工艺精度有着非常高的控制要求，需将精度控制在1%以内，同时应尽可能将测量过程中的压力损失降低，且对于空间布局也具有一定的限制，在这样的情况下，传统孔板节流形式的流量仪表并不能满足该项目的实际测量需求[7]。基于此，企业便对原来的方案进行了优化改进，选择用多孔孔板形式的流量仪表来替代传统孔板节流形式的流量仪表。借助于相应的软件来进行了流量仪表的设计计算，对传统孔板节流形式的流量仪表和更换之后的多孔孔板形式流量仪表进行了对比，蒸汽流量测量中2种仪表对比情况见表1。

表1 蒸汽流量测量中2种仪表对比情况

由此可见，在将多孔孔板形式的流量仪表用来替代传统孔板节流形式的流量仪表之后，其压力损失得到了显著降低，相比较传统孔板节流形式的流量仪表来看，多孔孔板形式的流量仪表压力损失不足其30%。根据实际情况分析与计算发现，在本次的节能优化之后，每一个流量仪表平均每年的费用节约可以达到12769.8元。同时因为多孔孔板形式的流量仪表应用的是DN150型工艺管道口，施工中其直管段将会在最初设计基础上减少2.55m[8]。这样不仅可以实现整体工程费用的显著节约，同时也可以为后续的工艺管道布设施工提供足够的便利。具体施工中，在确保工艺计量实际要求的基础上，如果可以根据实际情况进行合理的设计，便可在实际应用中获得十分理想的节能效果。

2.3 毕托巴流量仪表

毕托巴流量仪表的适用范围十分广泛，在风流量测量、烟流量测量、水流量测量、汽流量测量、气流量测量以及油流量测量等方面都可发挥出充分优势。同时，这种计量装置对于高温高压也有着良好的耐受能力，并具有耐磨、防堵、耐腐蚀、安装便捷、不需维修、压力损失小和节能环保等的诸多优势[9]。凭借着这些优势，毕托巴流量仪表已经在当今的流量计量领域中得以广泛应用。而在具体的工业流量计量过程中，如果将毕托巴流量仪表用来替代传统孔板节流形式的流量仪表，将会实现其节能效果的良好优化。

例如，在某石油管道的流量测量过程中，为实现节能效果的进一步优化，企业特对毕托巴流量仪表和传统孔板节流形式的流量仪表进行了比较，某石油管道流量测量中2种仪表对比情况见表2。

表2 某石油管道流量测量中2种仪表对比情况

通过表2对比可以发现，相比较传统孔板节流形式的流量仪表而言，毕托巴流量仪表在压差、压损系数、压力损失以及功率损失方面都实现了显著降低。由此可见，用毕托巴流量仪表来替代传统孔板节流形式的流量仪表，将会在油田管道流量计量中达到非常好的节能效果[10]。根据实际情况的分析与计算发现，在应用毕托巴流量仪表进行流量计量优化之后，每个流量仪表平均每年运行费用的节约可以达到42948.53元。

3 结束语

综上，为实现工业流量计量的节能优化，在具体的流量计量项目中，相关企业应根据实际情况，采取适当的新型流量仪表来替代传统孔板节流形式的流量仪表，比如V锥形流量仪表、多孔孔板流量仪表以及毕托巴流量仪表等。通过这样的方式，不仅可以实现流量仪表节能效果的进一步提升，同时也可以为企业节约更多的运行成本，这对于流量仪表的节能优化以及工业领域的良好发展都将有着非常积极地促进作用。