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客观对待内锥流量计与节能降耗的关系
 

近两年,在多个期刊上都可看到一篇文章(以下简称该文),该文呼吁“从节能降耗要求看推广应用内锥流量计的必要性“。内锥流量计作为一种新型的节流装置,确有一些如要求直管段较短等优点,但是否如该文所说它是一种理想的节能仪表,因而是实现监测节能降耗唯一、最佳的选择而亟待大力推广?业内不少人士都难以苟同。我们也提出以下一些看法,供读者参考。
节能监测流量仪表的特点[2][3]
 
当前,节能减排已是我国经济建设的重中之重,用仪表进行科学评估是行之有效的方法,流量仪表在其中占有重要的地位,它应具有以下两个基本条件:
 
1.       准确度较高
 
用于监测节能降耗的流量仪表应具有一定的准确度,否则,就难以用数据明确地说明节能效果,也无法进一步采取节能措施。因此,国标GB17167对流量仪表的准确度都有明确规定,一般为1~2.5级。
 
2.永久压损不宜过大
 
流量仪表在此是监测节能降耗的,但它本身不仅不能节能,还须消耗能量,其压损大小与仪表的结构有关,在此特情况下,应首先选择那些压损不大的仪表。
 
二、内锥流量计是最理想的能源监测仪表吗?
 
1.       内锥流量计在我国过热的背景
 
内锥流量计(V-coneflowmeter)是美国MCCROMETER公司于上世纪八十年研制推向市场的。二十年来,在国外主要用于测湿气体、气固、气液二相脏污流体的流量,取得了较好的效果,尚未听说要推广到一切领域,要用它取代经典节流装置的说法。
 
2003年初,国际标准化组织公布并要求实施节能装置新标准—ISO5167:2003E。它对经典节流装置前直管段长度较旧标准提出了更为苛刻的要求,现场难以满足,用户普遍寻求一种对直管段长度要求较低的仪表,内锥流量计恰好具备了这个特点,再加上我国近两三年来举办了60~70次以宣讲新标准ISO5167为名、行推销内锥流量计为实研讨会、学习班,在这种“扬长避短“的热炒下,内锥流量计在全国遍地开花,形成了过热的现象。以十七届MICDNEX2006为例,国内外展出内锥流量计的厂商共33家,其中国外(含合资企业)仅3家,约占9%,而国内展出厂家占91%,其它产品国外大约占40%左右。不仅如此,国内展出的内锥流量计均为国外仿制品,没有创新,这种低水平的重复就造成了市场中激烈的压价竞争恶果。
 
2.内锥流量计的技术特点
 
①要求前直管段长度较短。由于存在内锥,流体在流量计中的流动形成了两个特点:
 
a.内锥所形成的环形通道逐渐减小,使流体流速加大、压力降低,这种流动在流体力学实验中证明是可以减小、甚至消除漩涡的。
 
b.内锥与管壁之间形成了环形通道,它在内锥直径最大的地方形成最窄的通道,其作用类似于流动调整器的管束,具有减少漩涡、改善流动方向的作用。内锥流量计的内锥不仅具有节流作用,还具有整流作用,相当于附加了一个流动调整器(Flow Conditioner)。因此,它可以在直管段不够长的情况下,较其它节能装置能获得较高的准确度。
 
②准确度在应用条件下达不到±0.5%。流量仪表的准确度不仅取决于本身,还取决于使用条件。只能说在直管段长度不足的条件下,内锥流量计由于环形通道的整流作用,准确度有可能优于经典式节流装置(孔板、喷嘴)。而由于生产加工、安装和现场条件等因素的影响,其准确度往往达不到该文所宣称的±0.5%。
 
天津科特公司是一个研制、销售内锥流量计的专业公司,其所公布的数据较为可信,该公司曾对口径从15mm至1600mm不同βν值 下的内锥流量计做了大量的检定工作,部分数据列于1[4].
 
表1 水标定内锥流量计流出系数离散性
 
管径(mm)
βV
流出系数C范围
离散性%
100
0.47
0.8633~0.8752
1.375
150
0.60
0.8275~0.8400
1.51
200
0.55
0.8165~0.8428
3.18
600
0.43
0.7867~0.8314
5.68
800
0.44
0.8209~0.8600
4.76
 
表1所示的数据表明,当口径较小时(小于150mm),由于内锥的加工、安装比较精确,流出系数的离散性约为1.5%;而当口径为600mm~800mm时,由于加工、安装较差,流出系数离散性将达到5%左右。这里还要强调:
 
该公司所标定的内锥流量计βν为0.43~0.6,有利于减小离散性,如大于0.85,离散性还将加大。流出系数的离散性还不是仪表的准确度,准确度还应包括校验装置的流量不确定度。
 
③内锥流量计的压损。
 
a.内锥与孔板的压损相差无几,内锥流量计永久压损的计算公式为:
式中:
Pe—永久压损;
△     P—输出压差;
βν—直径比。
 
根据不同的βν值,计算管、控板、内锥两种流量计的△Pe/△P比值,列于表2,绘于图1.
 
表2 内锥与孔板压损比较
 
βν
内锥压损△Pe/△P
孔板压损△Pe/△P
内锥压损/孔板压损
0.4
0.80
0.81
0.981
0.45
0.74
0.77
0.961
0.55
0.61
0.68
0.897
0.65
0.49
0.58
0.845
0.75
0.36
0.46
0.783
0.85
0.24
0.41
0.585
 
从表2及图1可见,内锥的压损比孔板小,而大于喷嘴,特别是当βν值小于0.55时,相当于孔板的90%,而不如该文所说1/4.
 
b.管径较大时,压损才应引起足够的重视。我们对不同口径的三种差压计量计(内锥、孔板、均速管)因永久压损而带来的年运行费进行了计算[2][3],结果表明,在口径较小(小于150mm)年运行费相差并不大,当管径增加1倍,年运行费增加4倍,呈几何级数增长,因此只有当管径较大时,压损所造成的经济损失才应引起足够的重视,更不宜以此排斥其它压损较大的流量仪表(如孔板、容积、科氏等)在口径较小的选用。
 
3.技术特点是相互制约的
 
内锥流量计的一些技术参数是相互关联、相互制约的,不可能同时都处于最佳状态,如:
 
①要求在直管段较短的情况下要取得较好高准确度,就应选用较小的βv值(0.45~0.6)而在此βv下,永久压损即相当于孔板的88%~96%,失去了压损小的特性。
 
②如该文所建议取βv值为0.8以上,内锥的压损可下降为孔板的58.5%,约一半;而这样选用的结果是降低了整流效果,失去了在直管段不长情况下仍能维持较高准确度的特点。
4.小结
 
综上所述,按照能源监测流量仪表的两个基本条件:较高的准确度;较低的压力损失。而内锥流量计顾此失彼,难以兼顾,这是不能随意忽视的客观规律。因此,它不是能源监测最理想的流量仪表,更谈不上“从节能降耗看亟待推广应用内锥式流量计的必要性”。
 
三、讨论
 
1.目前尚不存在十分完善的流量仪表。由于影响流量仪表的因素较多,现场条件也千变万化,因而流量仪表的原理有十余种,类型200多个,犹如各种不同的药品可治疗不同的疾病一样,目前还没有听说过哪一种流量仪表完善到足以取代其它流量仪表。虽然市场的发展趋势有利于新型流量仪表(超声、电磁、科氏),据知名网站(Flow Research)评估,这三种仪表五年(2002~2007年)世界市场的年均增长率达到了6.2%,但其总裁仍表示,由于传统流量仪表(经典节流装置、容积、转子等)安装基数很大,替代更新并非一朝一夕,而将是一个漫长的过程。这个论点当然也适用于内锥流量计。
 
2.评价应实事求是。内锥流量计的优点应肯定,不足之处也不能回避。在与其它仪表运行性能比较时应采取同一标准。如对比内锥与孔板永久压损时,为什么孔板的βv值取0.5~0.6,而内锥只取0.85,即使这样,也得不到内锥压损仅为孔板的1/4的结论。
 
内锥流量计实际应用的βv值,一般推荐为0.45~0.7,很少采用0.85,这样才具有一定的整流效果,现就以该文所举的两个成功应用范例来说明:
 
①国外用于瑞典SSAB的内锥流量计βv为0.44;
 
②用于国内云南曲靖的βv为0.504,都不是0.85。
 
3.内锥流量计的优点不仅是由于有整流作用,适用于现场直管段长度不足的地方;还在于它的环形通,使污手无法滞留而适用于测脏污流体。如高炉煤气、焦炉煤气,性能优于偏心孔板、楔形流量计,近二十年来国外主要也是将其用在这个领域,并未全面推广使用,如不看对象,全面推广将会造成不少隐患,例如,我国已有不少听信片面宣传的将其用于测高压蒸汽。由于高压蒸汽的密度及流速较高,会在内锥后产生强烈的漩涡而引起振动,而内锥又是悬臂地安装在仪表中,易造成安全隐患,在这种情况下,倒不如采用某些人呼吁要求被取代的经典节流喷嘴,因为后者安装可靠,不易振动。此外,据用户反映,由于内锥流量计的低压取于内锥后中央,用细管传至仪表外,故粉尘较多时有堵塞现象;再其次,在结构的牢靠及压力恢复上性能都不及新推出的梭式、槽道。
 
因此,对内锥流量计宣传要适度,其存在的问题还不少,有待改进,不宜急于在力推广、全面应用。
 
4.推广应用的前提是标准化[5]
 
目前,内锥流量计由于过热的宣传,生产厂家不少于百家,都是照搬国外技术,更未积累在各种应用条件下的实验数据。反观呼吁要被取代的经典节流装置,不仅经过近百年的应用、考验,各种条件下积累了数以万计的实验数据。在此基础上制定相应的国际标准ISO5167(国标GB/T 2624与其等同),在应用中,特别是在产生贸易纠纷时有法可依、有章可循。
 
在软实力上内锥流量计与经典节流装置存在较大的差距。内锥流量计虽有一些无可争议的优点,但要取代一种应用近百年、唯一可以干标、在市场仍占有较大份额的孔板,不能只靠宣传,而是要做大量脚踏实地的技术工作,完成标准化才有可能。
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