V錐流量計(jì)在城市燃?xì)鉁y(cè)量中的應(yīng)用

摘 要

摘要：本文對(duì)應(yīng)用于城市燃?xì)鉁y(cè)量中的V錐流量計(jì)進(jìn)行調(diào)查、研究、分析和總結(jié)，并舉出具體應(yīng)用實(shí)例，對(duì)這種新興流量計(jì)在城市節(jié)能降耗、減量減排的作用進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：V錐流量計(jì)；城市
摘要：本文對(duì)應(yīng)用于城市燃?xì)鉁y(cè)量中的V錐流量計(jì)進(jìn)行調(diào)查、研究、分析和總結(jié)，并舉出具體應(yīng)用實(shí)例，對(duì)這種新興流量計(jì)在城市節(jié)能降耗、減量減排的作用進(jìn)行展望。
關(guān)鍵詞：V錐流量計(jì)；城市燃?xì)?；測(cè)量
1 概述
    隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗大幅增加，城市燃?xì)庥?jì)量是能源計(jì)量的重要組成部分，正確的計(jì)量能夠促進(jìn)企業(yè)對(duì)資源的節(jié)能降耗、減量減排，有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，為整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展打好基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。燃?xì)庥?jì)量準(zhǔn)確與否是售氣方與客戶的貿(mào)易結(jié)算關(guān)鍵，因此，在城市燃?xì)鉁y(cè)量中對(duì)計(jì)量?jī)x表的準(zhǔn)確性要求越來(lái)越高。
    V錐流量計(jì)源于美國(guó)McCROMETER公司，是一種新型差壓式流量?jī)x表。V錐流量計(jì)以其獨(dú)特的邊壁逐步收縮節(jié)流方式，改變了傳統(tǒng)節(jié)流裝置的缺點(diǎn)。為此，我們對(duì)應(yīng)用于城市燃?xì)鉁y(cè)量領(lǐng)域的V錐流量計(jì)進(jìn)行分析和總結(jié)。
2 V錐流量計(jì)工作原理
    其工作原理是經(jīng)典的密閉管道中能量守恒原理和流動(dòng)連續(xù)性原理。V錐流量計(jì)具有自整流、自清洗、自保護(hù)功能；直管段要求短，無(wú)積污、無(wú)堵塞；錐體后端高頻低幅的小噪聲使測(cè)量下限相對(duì)很低，從而使量程比較寬；壓損低。
流體流經(jīng)一個(gè)收縮(節(jié)流)件時(shí)將被加速，這種流體的加速使它的動(dòng)能增加，而同時(shí)按照能量守恒定律，在流體被加速處它的靜壓力一定會(huì)降低一個(gè)相對(duì)應(yīng)的值。在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，流體的總能量是一個(gè)常數(shù)。如圖1。
根據(jù)伯努利方程(能量守恒定律)和流體流動(dòng)連續(xù)性方程，得出V錐流量計(jì)實(shí)際流量公式：
 
    式中：
    ε——被測(cè)介質(zhì)的可膨脹性系數(shù)，氣體、蒸氣等可壓縮流體ε＜1；
   qv——流體的體積流量，[m3/h]；
   d——工作狀況下V錐流量計(jì)的等效開孔直徑，[m]；
    △P——差壓，△P=P1-P2，[Pa]；
    ρ1——工作狀況下，V錐上游處流體的密度，[kg/m3]；
C——流出系數(shù)，C的典型數(shù)值是0.75～0.85，無(wú)量綱；
β——直徑比，無(wú)量綱，β=d/D。
流出系數(shù)通常是在制造廠的標(biāo)準(zhǔn)裝置上或在可溯源至國(guó)家基準(zhǔn)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)雷諾數(shù)Re等于或大于8000時(shí)，V錐流量計(jì)的重復(fù)性一般為0.1%。一臺(tái)V錐流量計(jì)由V錐節(jié)流裝置、差壓信號(hào)管線、三閥組組件、差壓變送器及流量計(jì)算及顯示儀組成，其整機(jī)示意圖如圖2所示。
 

3 具體應(yīng)用
3.1 焦?fàn)t煤氣的流量測(cè)量
    焦?fàn)t煤氣是被用來(lái)作為軋鋼廠中窯爐的主要燃料。由于生產(chǎn)工藝等各種原因，焦?fàn)t煤氣中含有水分、焦油、工業(yè)萘等臟污，極易在管道及常用流量檢測(cè)元件的內(nèi)表面上有固體物質(zhì)積結(jié)，造成管路直徑比B值的改變，取壓孔也會(huì)被堵塞，使得對(duì)焦?fàn)t煤氣的流量測(cè)量變得困難。而V錐流量計(jì)由于其獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在錐體上游產(chǎn)生一個(gè)壓力區(qū)間，錐體自身周圍及其下游產(chǎn)生一個(gè)受控制的紊流區(qū)，從而阻止污物的形成與積結(jié)，使得高壓和低壓測(cè)量孔始終保持清潔而不被污物堵塞。我們選用一臺(tái)DN150的V錐流量計(jì)，連續(xù)使用3個(gè)月之后發(fā)現(xiàn)以上兩個(gè)問(wèn)題得以解決：①固體物質(zhì)的積結(jié)和由此造成的13比值的改變；②差壓測(cè)量取壓孔的堵塞。V錐流量計(jì)持續(xù)正常工作，不受氣體中臟污物的影響，從而能提供焦?fàn)t煤氣的準(zhǔn)確流量數(shù)據(jù)。以下是某天對(duì)鋼廠焦?fàn)t煤氣流量測(cè)量的數(shù)據(jù)。
    流體溫度：tmin=35℃；t工況=45℃；tmax=60℃；
    管道中壓力：Pmin=101333Pa，
    P工況=101335Pa，Pmax=101336Pa；
    V錐流量計(jì)顯示氣體流量：Qmin=80Nm3/h，
    Q工況=300Nm3/h，Qmax=743Nm3/h。
3.2 天然氣的流量測(cè)量
    大量的實(shí)踐證明，流量?jī)x表的準(zhǔn)確度不僅取決于儀表本身，還取決于其當(dāng)時(shí)的使用條件。在直管段長(zhǎng)度不足的情況下，V錐流量計(jì)由于環(huán)形通道的整流作用，準(zhǔn)確度優(yōu)于經(jīng)典式節(jié)流裝置及其它速度式流量計(jì)。
    在濟(jì)南市天然氣南外環(huán)1#管線上，原使用孔板流量計(jì)對(duì)天然氣流量進(jìn)行計(jì)量，但時(shí)有客戶與售氣方的計(jì)量糾紛。后選聯(lián)1臺(tái)經(jīng)過(guò)第三方(法定計(jì)量授權(quán)單位山東省計(jì)量院)檢定過(guò)的DNl50口徑、0.5級(jí)V錐流量計(jì)，對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行更換，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的運(yùn)行，該V錐流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，售氣方與客戶貿(mào)易結(jié)算無(wú)異議。其后在我市天然氣南外環(huán)三條管道及北外環(huán)三條管道上同時(shí)進(jìn)行更換，將渦街流量計(jì)更換為V錐流量計(jì)，經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行，無(wú)信號(hào)不穩(wěn)定現(xiàn)象，對(duì)溫度、壓力進(jìn)行補(bǔ)償后，儀表的示值與工藝計(jì)算的理論值基本吻合。
3.3 節(jié)能實(shí)例
    高爐燃?xì)?，管道?nèi)徑：702.4mm；工作壓力：12kPa；溫度：70℃；氣壓：98.39kPa；工作密度：1.0326kg/m3；常用流量25000m3/h；孔板和V錐流量計(jì)取相同的β=0.6955，計(jì)算結(jié)果如下：
    在常用流量下孔板的壓力損失為：1.894kPa，V錐流量計(jì)的壓力損失為：0.479kPa。孔板比V錐流量計(jì)的永久壓力損失大1.415kPa，在輸送同樣的流量條件下每小時(shí)多耗能12.283kw/h。按照工業(yè)電能費(fèi)0.8元/(kw.h)，每年按工作330天計(jì)算，僅一套孔板流量計(jì)將比V錐流量計(jì)每年多支出電費(fèi)：
    0.8(元)×12.283(kw/h)×24(h)×330(d)=7.78萬(wàn)元
    通過(guò)以上計(jì)算可以看出，不同類型的儀表會(huì)有很大的區(qū)別，V錐流量計(jì)的節(jié)能效果是明顯的，使用節(jié)能的流量?jī)x表不但為企業(yè)本身創(chuàng)造了利潤(rùn)，也符合國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策。
4 前景展望
    V錐流量計(jì)由于其自整流、自清潔、對(duì)直管段要求低等特點(diǎn)，使得其在流體計(jì)量中得以應(yīng)用。V錐流量計(jì)適用范圍廣闊，可測(cè)高溫高壓介質(zhì)，也可以在低靜壓、低流速的流體中實(shí)現(xiàn)有效的流量測(cè)量，適合于測(cè)量各種流體，氣體、蒸汽、液體和各種混合流體等。V錐流量計(jì)在美國(guó)已應(yīng)用于石油、化工、油田、天然氣、熱力管網(wǎng)、環(huán)保、食品、航空航天等行業(yè)，但我國(guó)目前尚無(wú)V錐流量計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要將國(guó)外技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為我國(guó)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，并制定相應(yīng)的國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程。
    “十五”期間我國(guó)四大世紀(jì)工程實(shí)施和啟動(dòng)，大力改善環(huán)境，是我國(guó)社會(huì)發(fā)展的重要任務(wù)之一，其中西氣東輸工程、環(huán)保系統(tǒng)工程都需要配套大量的儀器儀表?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著人們對(duì)V錐流量計(jì)不斷深入的了解，國(guó)內(nèi)用戶大量使用這種流量計(jì)將成為現(xiàn)實(shí)。隨著它的推廣使用，對(duì)城市燃?xì)饪梢赃M(jìn)行更準(zhǔn)確、更有效的測(cè)量，同時(shí)也將會(huì)有更多的流量測(cè)量難題逐步被解決。
 
(本文作者：紀(jì)建英 張務(wù)鐸 翟恒濤 山東省計(jì)量科學(xué)研究院 250014)