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彎管流量計(jì)蒸汽計(jì)量節(jié)能效益分析

來(lái)源:昆山科爾源儀器儀表有限公司   2025年07月04日 07:14  
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      0 引言

      蒸汽是化工行業(yè)生產(chǎn)中一種重要能源。蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確與否,直接關(guān)系到企業(yè)節(jié)能降耗、成本核算,關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前大多采用孔板這種傳統(tǒng)流量計(jì),而孔板節(jié)流降壓造成很大的能源浪費(fèi)。我公司為了降低成本,加強(qiáng)計(jì)量管理,控制能源消耗,特選用彎管流量計(jì)來(lái)代替孔板進(jìn)行蒸汽計(jì)量。

      1 彎管流量計(jì)測(cè)量流量的基本原理

      流體流經(jīng)彎管時(shí),由于彎管管壁的導(dǎo)流作用,彎管內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生壓差,此壓差與流經(jīng)彎管的流體的平均流速符合平方比例關(guān)系,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

     

                (1)

      式中:V ―― 為流體的平均流速m/s;
               α(R.D)為流量系數(shù);
               R ――為彎管彎曲半徑,m;
               D ――為彎管內(nèi)徑,m;
               △p ― 為外側(cè)、內(nèi)側(cè)差壓,Pa;
               ρ ――為流體密度,kg/m2

      所以彎管流量計(jì)對(duì)應(yīng)的流量計(jì)算公式為:

      G=3.6•1/4•π•D2•V•ρ(t/h)

      2 彎管流量計(jì)特性及節(jié)能效益分析

      2.1 降低輸送消耗節(jié)約能源

      當(dāng)今煤炭?jī)r(jià)格日益增高,節(jié)能降耗是各企業(yè)面臨的當(dāng)務(wù)之急。目前工業(yè)企業(yè)計(jì)量管理應(yīng)用泛的是還是傳統(tǒng)孔板流量計(jì),但孔板的節(jié)流壓力損失(稱(chēng)其為不可恢復(fù)壓力損失)可達(dá)其在運(yùn)行流量下產(chǎn)生的差壓值的30%~90%(與孔板的β值有關(guān))。

      在鍋爐出口和汽輪機(jī)入口之間一般裝有兩道孔板進(jìn)行流量計(jì)量,每道孔板均可產(chǎn)生零點(diǎn)幾公斤的不可恢復(fù)壓損,導(dǎo)致進(jìn)入汽機(jī)的蒸汽壓力因孔板節(jié)流而降低,這將使汽輪機(jī)功率降低,降低了汽輪機(jī)出力和發(fā)電機(jī)發(fā)電量下降。而企業(yè)整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)(各車(chē)間計(jì)量考核)通常都安裝幾十道孔板,勢(shì)必造成能源的巨大浪費(fèi)。同時(shí),孔板節(jié)流壓力損失會(huì)使蒸汽品質(zhì)下降,影響了正常的生產(chǎn)需求。

      彎管流量計(jì)安裝于管道的90º轉(zhuǎn)彎處,取代原90º彎頭,利用彎管內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生的壓力差測(cè)量流量。因此,用彎管流量計(jì)取代工藝彎頭,不增加任何壓力損失,可將節(jié)流裝置產(chǎn)生的能量損失節(jié)省下來(lái)。

      下面以我公司實(shí)例分析彎管流量計(jì)取代孔板流量計(jì)的節(jié)能效果。我公司有2臺(tái)35t/h蒸汽爐,直接推動(dòng)3000kW汽輪機(jī)發(fā)電。

      節(jié)流裝置壓力損失δD通常根據(jù)式(1)計(jì)算:

      δD= (1-β1.9)Δp                     (1)

      式中:β 為節(jié)流件直徑比;
               △p 為節(jié)流孔板差壓值,kPa。

      鍋爐出口和汽機(jī)進(jìn)汽均為孔板流量計(jì),參數(shù)如表1所示。

表1 孔板流量計(jì)參數(shù)

安裝位置1#、2# 爐出口汽輪機(jī)入口
節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)孔板
刻度流量40t/h100t/h
常用流量30t/h60t/h
工作表壓3.82MPa3.38MPa
直徑比 β0.711770.65329
常用壓差98.5kPa94.6kPa
工作溫度450℃ 450℃


      以上參數(shù)為流量計(jì)計(jì)算書(shū)中的真實(shí)數(shù)據(jù),根據(jù)式(1)可以算出鍋爐出口常用流量30t/h時(shí)2臺(tái)爐和汽輪機(jī)入口60t/h孔板產(chǎn)生的壓力損失分別為46.88kPa、45kPa,總壓損高達(dá)91.88kPa。將使汽輪機(jī)少發(fā)很多電,給企業(yè)造成很大的能源浪費(fèi)。

      2.2 節(jié)能計(jì)算

      發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)功率

     

               (2)

      式中:D    為汽輪機(jī)組蒸汽流量,kg/h;
               h為進(jìn)汽機(jī)蒸汽焓值,kJ/kg;
               h為供熱蒸汽焓值kJ/kg;
               ηi   為汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率(約為82%);
               ηm 為汽輪機(jī)機(jī)械效率(約為98%);
               η為發(fā)電機(jī)效率(約為98%)。

      汽機(jī)總效率包括鍋爐效率(約94%)、管道效率(97%)、汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率(82%)、汽輪機(jī)機(jī)械效率(98%)、發(fā)電機(jī)效率(98%)、朗肯循環(huán)熱效率(40~45%),以上效率的乘積才為總效率。此處僅涉及3個(gè)效率。

      初參數(shù)(入口蒸汽參數(shù))p1、t1、h1和抽汽參數(shù)P2、t1、h2直接影響汽輪機(jī)的功率。電廠為了監(jiān)測(cè)和計(jì)量需要,通常在鍋爐出口和汽輪機(jī)入口的管道上加裝節(jié)流孔板,造成初壓p1降低;在汽輪機(jī)外供蒸汽總管加裝節(jié)流孔板,造成供熱總出口蒸汽壓力p2的升高,這兩個(gè)參數(shù)的變化均會(huì)造成汽輪機(jī)功率的降低,以下分別說(shuō)明。

      主蒸汽節(jié)流對(duì)汽輪機(jī)功率的變化可以用焓熵圖,如圖1所示進(jìn)行計(jì)算,圖1中:h為焓值,s為熵。蒸汽流經(jīng)鍋爐出口和汽輪機(jī)入口的節(jié)流孔板是一個(gè)絕熱節(jié)流過(guò)程,蒸汽焓值不變;同時(shí)根據(jù)熵增原理,節(jié)流產(chǎn)生機(jī)械能損失造成熵值增加。已知節(jié)流前的狀態(tài)P1、t1及節(jié)流后的壓力P1′,根據(jù)節(jié)流前后焓值相等的特點(diǎn),可在水蒸汽的 h-s 圖上確定節(jié)流后的各狀態(tài)參數(shù)。如圖1所示,點(diǎn)1的參數(shù)是P1、t1及h1,在圖1上過(guò)點(diǎn)1按定焓畫(huà)水平線(xiàn)與P1′相交得1′,即可得節(jié)流后的參數(shù)。汽輪機(jī)的做功為可逆絕熱膨脹過(guò)程(即等熵過(guò)程),水蒸汽在節(jié)流前由點(diǎn)l經(jīng)可逆絕熱膨脹至抽汽壓力P2時(shí),可利用的焓降為h1- h2,而經(jīng)節(jié)流后的水蒸汽,同樣經(jīng)可逆絕熱膨脹至壓力P2時(shí),可利用的焓降為h1′- h2′,顯然h1-h2> h1′- h2′,節(jié)流以后蒸汽可作出功減少。

      對(duì)于本電廠,兩道孔板使汽輪機(jī)初壓降低91.88kPa。下面計(jì)算兩道孔板浪費(fèi)的能源:

      無(wú)節(jié)流件時(shí)汽輪機(jī)入口壓力將提高91.88kPa,初參數(shù)P0=3.82+0.09188=3.91188MPa,t0=450℃,可計(jì)算出h0=3329.03368kJ/kg,s0=6.;

      加節(jié)流后初參數(shù)p0′=3.82MPa,由圖1查得h0′=h0,求得s0′=6.;

      節(jié)流前供熱抽汽壓力Ph=0.7MPa,sh=s0,則hh=2883.77kJ/kg;

      節(jié)流后抽汽參數(shù)ph′=ph=0.7MPa,sh′=s0′,由圖l查得hh′=2889.44kJ/kg;

      由式(2),計(jì)算出汽輪機(jī)功率下降值PX為:

     

                     (3)

      即汽輪機(jī)前兩道孔板每小時(shí)使汽輪機(jī)少發(fā)電74.42度,按每度電0.4元上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算,為29.77h。全年按330天運(yùn)行少發(fā)電合人民幣29.77×24×330=23.58萬(wàn)元。如用彎管流量計(jì)取代孔板,則將浪費(fèi)的能源節(jié)省下來(lái)。因此,彎管流量計(jì)使用三個(gè)月產(chǎn)生的效益即可將整套流量計(jì)設(shè)備改造投資全部收回。

      再看汽輪機(jī)抽汽管道和外供蒸汽總管加裝節(jié)流孔板的能量損失:為克服孔板產(chǎn)生的約0.5kg壓損,它將造成抽汽壓力由p2升高到p2′,由圖2可以看到,水蒸汽在由初參數(shù)點(diǎn)1經(jīng)可逆絕熱膨脹至抽汽壓力P2時(shí),可利用的焓降為h1- h2,而可逆絕熱膨脹至抽汽壓力時(shí),可利用的焓降為h1- h2′,顯然h1- h2> h1-h2′ ,抽汽壓力升高時(shí)蒸汽可作出功減少。因此,抽氣孔板換成彎管可使抽汽壓力降低,既滿(mǎn)足供熱要求又增加發(fā)電量,此處不再計(jì)算。

      2.3 測(cè)量范圍寬

      由于各車(chē)間的生產(chǎn)用汽量波動(dòng)較大,孔板流量計(jì)范圍度(僅為1:3),造成小流量無(wú)法測(cè)量。而彎管流量計(jì)測(cè)量范圍比較寬,范圍度達(dá)1:10,能更好地適應(yīng)流量波動(dòng)較大的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

      2.4 直管段要求低

      孔板流量計(jì)直管段要求為前20D、后10D。彎管流量計(jì)對(duì)直管段的要求只需保證前5D、后2D(甚至更短),即可滿(mǎn)足計(jì)量要求。

      3 結(jié)束語(yǔ)

      彎管流量計(jì)是用數(shù)控機(jī)床嚴(yán)格按一定規(guī)格尺寸加工的90º金屬?gòu)濐^,除上述特性外,耐高溫、耐高壓、耐臟污、可采用焊接法安裝等優(yōu)點(diǎn)也很突出。我公司2005年開(kāi)始選用彎管流量計(jì),相繼在蒸汽、水、空氣上大量采用,使用效果良好。隨著能源的日益短缺和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈,企業(yè)勢(shì)必加大對(duì)能源計(jì)量工作的投入。彎管流量計(jì)作為-種測(cè)量附加、適應(yīng)性的流量?jī)x表,具有廣闊的發(fā)展前景。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 宋建華,李志.彎管流量計(jì)與孔板流量計(jì)的性能比較[J].自動(dòng)化儀表,1998,(3).
      [2] 何岳,張金鋒,李志.彎管流量計(jì)在蒸汽計(jì)量中的應(yīng)用[J].工業(yè)計(jì)量,2001,(2):36-38.

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