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浅谈流量仪表的合理选型对能耗的分析与应用
更新时间:2019-5-8 11:32:54 浏览:210 关闭窗口 打印此页
 [导读] 本文从生产实际出发,提出生产中出现的问题,结合流量计选型时需要注意的事项,确定合理的选型方案,通过计算比较进一步验证合理选型对节能降耗的的重要性。
 
    1 前言
 
    山东石横特钢集团有限公司是集焦化、炼铁、炼钢、轧钢、机械制造及动力为一体的大型钢铁企业。近几年,随着企业生产规模的扩大和生产装备的不断提高,始终坚持以经济效益为中心,大力开展技术创新工作,不断转变计量工作的管理思路,加大计量器具资金的投入力度,计量管理工作取得了明显的进步。
 
    在企业的流体计量中,现场的安装条件和运行工况往往会影响流量计的准确度,势必造成上、下游工序之间的计量偏差,因此在流量计的选型上更加关注在实际安装条件下所选用的流量计的准确度。加装这些流量计除了贸易结算使用外,主要目的是为了实现节能降耗。由于流量计的种类很多,各种流量计的性价比不同,而选型中又涉及许多技术与经济因素,因此也更加关注流量计在运行时的耗能费和泵送费(即流量计的永久压力损失)。从长期的现场经验来看必须要综合考虑这些因素,才有可能同时作到技术上可行和经济上合理。
 
    2 问题的提出
 
    目前集团公司拥有东、西压风站各1座,满负荷月生产能力可达2760多万m3,每年运行电费总共33120万元。2007年以前由于无独立的主管路,上游计量系统一直得不到完善,空压机的生产能力一直通过台时计算得出,给下游工序的成本核算带来影响。2007年以来通过技术创新的深入开展,对管网进行了改造形成了东、西压风站的动力互补。改造后的东、西压风站具备安装流量计的条件,因此如何对流量计进行合理的选型成为实现节能降耗的关键。
 
    3 流量计的选型
 
    (1)从技术和经济角度来看,对于一个特定的使用场合,流量计的选型取决于该测量课题在不同方面的重要性。对流量计正确、合理的选型可总结出4大类原则。其中,利用前两大类原则可确定某种流量计是否适用,初步建立流量计的数学模型;后两大类原则则涉及性价比的判定。这4大类原则分别为:
 
    1)工艺过程的工作条件(被测流体的类型、最大流量、常用流量、工作温度、工作压力、公称通径等);
    2)流量计的安装条件(室外、室内、环境温度等);
    3)流量计的性能和流量测量原理(标准孔板、涡街、弯管等);
    4)流量计的购置、安装费用和运行维护的评价。以上4方面都是决定选用某种流量计的因素。在比较各种流量计的费用时,除了实际的购置费外,还应权衡流量计运行时的耗能费以及为补偿总的永久压力损失的泵送费。因此只有综合考虑并权衡了以上这些重要因素,才能作到流量计的合理选型。
 
    (2)应用上述4条原则对东、西压风站进行流量计选型,按1个站的生产能力,供选择的流量计有标准孔板、V锥。工艺过程的工作条件(压缩空气、Qmax=15000Nm3/h,Qmin=1500Nm3/h,DN=200mm,PN=0.7MPa,t=40℃),流量计的安装条件(室内,直管段长度有2m,管道有振动),流量计的性能和流量测量原理(压损较小,精度0.5%,量程比10:1),从上述3点看选择V锥流量计使用较为合理,另外流量计的购置、安装费用较标准孔板稍贵。
 
    4 压力损失与耗能费的计算
 
    (1)进一步判定选择V锥流量计取代孔板只能通过耗能费的计算。在液压传动中,能量损失主要表现为压力损失,压力损失分为2类:沿程压力损失和局部压力损失。沿程压力损失:油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失,这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。局部压力损失:是油液流经局部障碍(如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩)时,由于液流的方向和速度的突然变化,在局部形成旋涡引起油液质点间,以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。常用节流装置永久压损的计算公式如下:
 
    孔板的压损公式:
 
      (1)
 
    V锥节流装置的压损公式:
 
      (2)
 
    式(1)、(2)中:
 
    Δω为永久压力损失;
 
    β为直径比;
 
    βv为等效直径比;
 
    ΔP为差压值。
 
    (2)在许多请况下,由总的永久压力损失所造成的额外耗能费,是在流量计选型时必须要考虑的一个重要因素。特别是对于较大口径、较大流量的管道,由泵或压缩机输送流体所需的泵送费是很大的,下面对流量计选型进行泵送能耗值的分析计算。
 
    对于不同的介质,采用不同的流量单位时,可采用以下不同的能耗值计算公式:
 
    1)对于液体:
 
      (3)
 
    式中:
 
    W为能耗值,单位:W;
 
    Δω为永久压损值,单位:kPa;
 
    Q为工况下的体积流量值,单位:L/min;
 
    η为泵和电动机的效率(常取η=0.8)。
 
    2)对于气体(蒸气):
 
      (4)
 
    式中:
 
    Zf1为上游流动工况下气体的压缩因子;
 
    Tk1为上游取压孔处气体的绝对温度,单位:K;
 
    Qscmh为标准状况(293.15K,101325Pa)下,气体的标况体积流量值,Nm3/h;
 
    Pfl为工况下,上游取压孔处,流动气体的绝对压力,kPa。
 
    3)当被测量是液体或气体(蒸汽)的质量流量时:
 
    
 
    式中:
 
    Qkph为液体或气体(蒸气)的质量流量,单位:kg/h;
 
    ρfl为在工况下,在上游取压孔处流动液体或气体(蒸汽)的密度,单位kg/m3。
 
    (3)耗能费计算。以上述压缩空气流量计选型为例,采用公式(2)计算V锥取代孔板后可节约的年耗能费,有关参数如下:最大流量Qmmax=15000Nm3/h,常用流量Qmcom=12000Nm3/h,孔板的直径比β=0.5,最大差压ΔPmax=10kPa,在工况下,压缩空气的密度ρ工=9.57kg/m3。
 
    如用所设计的V锥流量计取代孔板流量计,在常用流量Qmcom=12000Nm3/h下,最大差压ΔPmaxv=1kPa,每年可节约的耗能费。计算如下:
 
    1)计算在常用流量Qmcom下,孔板流量计的常用差压ΔPcom
 
    
 
    2)在常用流量Qmcom下,孔板流量计的压损δP1:
 
    
 
    3)在常用流量Qmcom下,V锥流量计的常用差压ΔPcomV:
 
    
 
    4)在常用流量Qmcom下,V锥流量计的压损δP2:
 
    
 
    5)在常用流量Qmcom下,孔板流量计与V锥流量计的永久压力损失的差值Δω:
 
    
 
    6)按式(6)计算在常用流量Qmcom下,由孔板所多消耗的能量值:
 
    
 
    式中:W为所多消耗的能量值,单位:W;
 
    Δω为永久压损值的差值,单位:kPa;
 
    Qmcom为压缩空气的常用体积流量,单位:kg/h;
 
    η为泵和电动机的效率(常取η=0.8);
 
    ρ工为在工况下,压缩空气的密度,单位:kg/m3。
 
    
 
    7)通过采用V锥流量计替代孔板,每年可节约能耗费计算如下:
 
    年耗能费(元/年)=(W/1000)×(运行时数/年)×(工业电价/kWh)(工业电价为:1元/kWh)
    年耗能费=(19033/1000)×(24×365)×(1元/kWh)=166729元,因而东、西压风站每年可节约的耗能费为166729×2=333458元。
 
    流量计投入使用以来,运行稳定,不仅完善了压缩空气的计量,消除了上、下游工序之间的计量矛盾,而且节省了大量的运行成本。可见选用合适的流量计对生产运行的提质降耗起到了关键的作用。
 
    5 结束语
 
    在金融危机形势严峻的当前,能源计量工作更显得尤为重要,从事能源计量、检测仪表的工作者应当不断的学习新科技、新技术,不断深入开展技术创新工作,采取最优的计量方案,走可持续性和节约性发展的道路,为企业的发展提供有力的技术支持。
 
    参考文献
 
    1 蔡武昌,孙淮清等.流量测量方法和仪表的选用.化学工业出版社,2001,4.
    2 JJG640-1994差压式流量计的检定规程.1994,7.
    3 用能单位能源计量器具配备和管理通则.中国计量出版,2007,1.
    4 米勒美国),流量测量工程手册.机械工业出版,1990,5.
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