瑞泰彎管流量計(jì)在福建三鋼的應(yīng)用
更新時(shí)間：2016-04-09 點(diǎn)擊次數(shù)：4060次
0 引言
流量儀表在檢測被測流體參數(shù)的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致被測流體能量的損耗
。在蒸汽、天然氣等氣體介質(zhì)的流量檢測領(lǐng)域
，孔板流量計(jì)被廣泛使用。流量儀表在實(shí)現(xiàn)有效計(jì)量的同時(shí)
，也成為能量損耗的重要因素
。科學(xué)選擇流量儀表
，以有效解決準(zhǔn)確計(jì)量與計(jì)量儀表耗能這一矛盾
，是做好能源計(jì)量的重要工作。經(jīng)過理論分析和實(shí)踐總結(jié)
，我們提出在氣體流量測量中盡可能采用以彎管流量計(jì)替代常見的孔板式差壓流量測量裝置
，可以實(shí)現(xiàn)既準(zhǔn)確測量氣體的流量，又能免除孔板節(jié)流裝置的壓損
，達(dá)到節(jié)能效果
。
1 彎管流量計(jì)的測量原理和節(jié)能原理
1.1 彎管流量計(jì)的測量原理
流體在流經(jīng)彎管時(shí)，由于彎曲管壁的導(dǎo)流作用
，使流體在流進(jìn)彎管時(shí)其內(nèi)側(cè)流速會(huì)逐漸增大
，而外側(cè)流速卻逐漸減小，這就形成了各個(gè)過流斷面的近似梯形速度分布
，且這種梯形速度分布在彎管45°截面處達(dá)到極限狀態(tài)。彎管45°截面各質(zhì)點(diǎn)流速分布如圖1所示
。
由于流體流經(jīng)彎管流量計(jì)過程的復(fù)雜性
，致使我們不可能用通常的理論方法推導(dǎo)出一個(gè)簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式，而只能借助于量綱分析的方法建立一個(gè)涵蓋全部可能影響因素而形式上復(fù)雜的數(shù)學(xué)表達(dá)式
。根據(jù)量綱分析原理：流過彎管流量計(jì)流體的平均流速v與彎管內(nèi)
、外側(cè)壓力差Δp的關(guān)系可以用歐拉數(shù)Eu表示：
式中：Re為雷諾數(shù)；Fr為費(fèi)勞德數(shù)
；M
a為馬赫數(shù)
；R/D為彎徑比；L
1、L
2為前后直管長度
；（λ
1，λ
2）表示外側(cè)取壓孔位置
；（λ
3，λ
4）表示內(nèi)側(cè)取壓孔位置；Δ為管道內(nèi)壁粗糙度
；β
1、β
2為前后直管段與彎管的夾角
。
根據(jù)歐拉數(shù)Eu的定義，上式可以進(jìn)一步改寫為：
式（3）建立了流體流過彎管流量計(jì)的工作原理表達(dá)式
，根據(jù)歐拉數(shù)E
u的定義
，彎管流量計(jì)工作原理可以表述為：流過彎管流量計(jì)的流體動(dòng)能（ρν
2）與彎管內(nèi)外側(cè)的壓力差（Δp）具有比例關(guān)系。其比例系數(shù)（流量系數(shù)）α是雷諾數(shù)
、費(fèi)勞德數(shù)
、馬赫數(shù)、彎徑比
、前后直管段長度
、取壓孔（內(nèi)、外側(cè)）位置
、直管段與彎管的連接角度
、彎管內(nèi)表面的粗糙度等影響因素的函數(shù)。
式（4）給出了理論流量系數(shù)α的函數(shù)表達(dá)式
，對(duì)于該系數(shù)的確定可以通過求解包含相關(guān)影響因素的納維—斯托克斯微分方程確定
。
1.2 彎管流量計(jì)的節(jié)能原理
對(duì)于火力發(fā)電企業(yè)，彎管流量計(jì)取代孔板節(jié)流裝置是否具有節(jié)能效果
，可以通過發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)功率間接計(jì)算
。
孔板的節(jié)流，會(huì)使蒸汽壓力降低
，意味著做功能力減小
，造成不可恢復(fù)的能量損失?div id="d48novz" class="flower left">
？装瀹a(chǎn)生的壓力損失通常根據(jù)式（5）計(jì)算：
式中：β為節(jié)流件直徑比
；Δp為節(jié)流孔板差壓值（kPa）。
發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)功率Pi的計(jì)算：
式中：D為汽輪機(jī)組蒸汽流量
；h
0為進(jìn)汽機(jī)蒸汽焓值
；h
h為供熱蒸汽焓值；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%）；
初參數(shù)（入口蒸汽參數(shù)）p1
、T
1、h
1和抽汽參數(shù)p
2、T
2、h
2直接影響汽輪機(jī)的功率
。
電廠為了監(jiān)測和計(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p
2的升高，這兩個(gè)參數(shù)的變化均會(huì)造成汽輪機(jī)有效發(fā)電功率的降低
。
而彎管流量計(jì)是安裝在管道轉(zhuǎn)彎處
，取代現(xiàn)有的彎頭，沒有增加新的阻力
，因此
，在使用中不會(huì)使蒸汽品質(zhì)下降。如用彎管流量計(jì)替代孔板節(jié)流裝置
，在鍋爐出口壓力不變的情況下將提高汽輪機(jī)初壓p
1并降低供熱總出口壓力p
2，從而提高汽輪機(jī)發(fā)電效率，減少節(jié)流元件帶來的能量損耗
，達(dá)到節(jié)能目的
。
2 彎管流量計(jì)系數(shù)的實(shí)流標(biāo)定
評(píng)價(jià)彎管流量計(jì)替代孔板的實(shí)際效果，首先要保證彎管流量計(jì)替代孔板后計(jì)量準(zhǔn)確度不下降
。我們采用測量不確定度為0.25%（k=2）的常壓臨界流音速噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置
，用空氣作為檢測介質(zhì)，對(duì)出廠編號(hào)分別為JZ123和JZ124的兩只DN200的彎管流量計(jì)計(jì)量裝置（由彎管流量傳感器
、流量積算儀以及溫度和差壓變送器組成的測量系統(tǒng)）進(jìn)行流量計(jì)系數(shù)實(shí)流標(biāo)定
。JZ123的檢定結(jié)果見表1（彎管流量計(jì)的常用流量測量范圍為1800～4500m
3/h）。
另一只編號(hào)為JZ124的彎管流量計(jì)計(jì)量裝置的實(shí)際彎管流量計(jì)系數(shù)為0.59
，示值誤差和重復(fù)性項(xiàng)目的檢定結(jié)果與表1的數(shù)據(jù)非常接近
。
由表1的實(shí)測數(shù)據(jù)，我們可以得出結(jié)論：經(jīng)過精密加工的彎管流量計(jì)量裝置計(jì)量特性穩(wěn)定可靠
，通過實(shí)流標(biāo)定確定彎管流量計(jì)的流量系數(shù)
，彎管流量計(jì)可以在較寬的流量測量范圍內(nèi)達(dá)到1.5%的準(zhǔn)確度，在計(jì)量特性方面*可以替代傳統(tǒng)的孔板式差壓流量計(jì)
。
3 節(jié)能效益實(shí)例分析
下面以南京新蘇熱電廠蒸汽測量系統(tǒng)的技改實(shí)例，分析彎管流量計(jì)取代孔板流量計(jì)的節(jié)能效果
。該廠共2爐1機(jī)
，通常1爐1機(jī)運(yùn)行，鍋爐出口和汽輪機(jī)進(jìn)汽入口均安裝的是孔板流量計(jì)
。當(dāng)1號(hào)爐運(yùn)行時(shí)
，鍋爐出口蒸汽流過孔板、閥門等阻流件到達(dá)汽機(jī)入口
，壓力降低0.2MPa
；2號(hào)爐運(yùn)行時(shí)，壓力降低更是達(dá)到0.3MPa，造成汽機(jī)入口壓力始終低于設(shè)計(jì)值0.1MPa左右
。他們急需解決2號(hào)爐運(yùn)行壓損過大問題
。由于擴(kuò)大管徑，投資較大
。決定淘汰產(chǎn)生壓損的主要部件———2臺(tái)孔板流量計(jì)
。2號(hào)爐技改前的具體相關(guān)參數(shù)見表2、3
。
3.1 阻力損失
以上參數(shù)為流量計(jì)計(jì)算書中的真實(shí)數(shù)據(jù)
，根據(jù)式（5）可以算出常用流量75t/h時(shí)2號(hào)爐和汽輪機(jī)兩道孔板產(chǎn)生的壓損分別為55.9kPa、54.4kPa
，總壓損高達(dá)110.3kPa
。
3.2 節(jié)能計(jì)算
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)流過程，蒸汽焓值不變
。汽輪機(jī)功率的變化可以用莫里爾焓熵圖進(jìn)行計(jì)算
，如圖2所示（h為焓值，s為熵）
。已知節(jié)流前的狀態(tài)p
1、t
1及節(jié)流后的壓力p′1，根據(jù)節(jié)流前后焓值相等的特點(diǎn)
，可在h-s圖上確定節(jié)流后的各狀態(tài)參數(shù)
。如圖2所示，點(diǎn)1的參數(shù)是p
1、t
1及h
1，在圖2上過點(diǎn)1按定焓畫水平線與p′
1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程（即等熵過程）
，水蒸汽在節(jié)流前由點(diǎn)1經(jīng)可逆絕熱膨脹至抽汽壓力p
2時(shí)，可利用的焓降為h
1-h
2 ，而經(jīng)節(jié)流后的水蒸汽
，同樣經(jīng)可逆絕熱膨脹至壓力p
2時(shí)，可利用的焓降為h′
1-h′
2 ，顯然h
1-h
2>h′
1-h′
2 ，節(jié)流以后蒸汽做功減少。
孔板等節(jié)流元件導(dǎo)致的蒸汽壓力降低
，所造成的能量損失可以按照以下的方法與步驟計(jì)算：
1）無節(jié)流件時(shí)汽輪機(jī)入口壓力將提高0.1103MPa
，初參數(shù)p
0=（3.38+0.1103）=3.4903MPa，T
0=437℃
，根據(jù)工程熱力學(xué)
，可計(jì)算出h
0=3305.185kJ/kg，s
0=6.95348；
2）加節(jié)流后初參數(shù)p′0=3.38MPa
，由圖2查得h′
0=h
0 ，求得s
0=6.96756；
3）節(jié)流前供熱抽汽壓力ph=0.7MPa
，s
h=s
0，則h
h=2893.8458kJ/kg；
4）節(jié)流后抽汽參數(shù)p′h=ph=0.7MPa
，s′
h=s′
0，由圖1查得h′
h=2900.8642kJ/kg。
由式（6）計(jì)算出汽輪機(jī)功率下降值Px為：
汽輪機(jī)前兩道孔板節(jié)流所產(chǎn)生的能量損失使得汽輪機(jī)每小時(shí)少發(fā)電115.15kW
。用彎管流量計(jì)替代孔板
，節(jié)能效果非常明顯。彎管流量計(jì)使用三個(gè)月節(jié)能的錢即可將整套流量計(jì)設(shè)備技術(shù)改造投資全部收回
。如果同時(shí)考慮節(jié)能帶來的環(huán)保效益和彎管耐磨損（計(jì)量特性穩(wěn)定）
、無跑冒滴漏等優(yōu)點(diǎn)，則優(yōu)勢更加明顯
。
3.3 改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比
技改實(shí)施前后
，2#爐相關(guān)數(shù)據(jù)分別如表4、5所示
。
由表4
、5的實(shí)際對(duì)比數(shù)據(jù)可知，技改前2#爐主汽管70t/h流量經(jīng)過兩套孔板流量計(jì)進(jìn)汽機(jī)時(shí)
，總壓降平均為0.3MPa
，包括孔板壓力損失、管道沿程阻力損失
、局部阻力損失
。改造后，總壓降為0.2MPa
，壓力損失減少0.1MPa
。通過對(duì)2#爐主蒸汽流量與進(jìn)水流量、汽機(jī)入口流量對(duì)比
，也進(jìn)一步驗(yàn)證了彎管流量計(jì)在1
:5的量程范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度可達(dá)到1.5%
，計(jì)量性能優(yōu)于原孔板流量計(jì)，*蒸汽流量測量的準(zhǔn)確度要求
。
4 結(jié)論
以上從理論、實(shí)驗(yàn)到現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用幾方面對(duì)彎管流量計(jì)性能作了綜合闡述
。實(shí)流標(biāo)定實(shí)驗(yàn)可以看出
，彎管流量計(jì)準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定，*工業(yè)應(yīng)用條件
；現(xiàn)場應(yīng)用前后的對(duì)比數(shù)據(jù)則充分展示了無壓力損失的節(jié)能效果
，在當(dāng)前能源日趨緊張的情況下具有重要意義，值得在熱電等行業(yè)大力推廣應(yīng)用
。
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