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：

      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δ_D通常根據(jù)式（1）計(jì)算：

      δ_D= （1-β^1.9）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)

      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

      式中：D    為汽輪機(jī)組蒸汽流量，kg/h；
               h₀  為進(jìn)汽機(jī)蒸汽焓值，kJ/kg；
               h_h  為供熱蒸汽焓值kJ/kg；
               η_i   為汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率（約為82%）；
               η_m 為汽輪機(jī)機(jī)械效率（約為98%）；
               η_g  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P_h=0.7MPa，s_h=s₀，則h_h=2883.77kJ/kg；

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

      由式（2），計(jì)算出汽輪機(jī)功率下降值P_X為：

      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)

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