平衡孔板流量計是一種多孔圓盤平衡節流的新一代節流裝置。同其他傳統節流裝置相比, 其具有精確、節能等各種*性。因 此, 從航天迅速被推廣到石化、化工、冶金、電力、醫藥、造紙和各種工業應用中。
平衡流量計除具有標準節流裝置簡單、可靠、安全、適用面廣等優點外還具有精度高、直管段短、量程比寬、壓力損失小等優點, 在現代工業生產測量中具有廣泛的發展前景。
1 傳統節流裝置的局限性
流量是過程控制四大參量( 流量、壓力、溫度、液位) 中的重要參數之一, 由于工況的復雜性使得流量測量裝置種類繁多。流 量儀表選擇和應用始終是一個技術難點。傳統節流裝置經過標準化已70 多年, 但在設計和應用上不斷暴露出不足之處, 下面以孔板為例進行說明:
(1) 精度和重復性屬于中下等水平, 節流件精度為1% ～ 2%,受安裝條件和使用條件的影響精度更低。
(2) 量程比窄, 一般量程比僅3∶1。(3) 有較長的直管段要求, 根據不同的
流通孔徑和不同的阻流件位置會有所不同, 通常最小要求D后5D 的直管段長度來整定流場。
(4) 壓力損失很大, 為差壓值的60%～99%。
(5) 孔板以內孔銳角線來保證精度, 因此對腐蝕、磨損、結垢敏感, 長期使用精度難以保證, 需每年拆下強檢一次。
2 流量儀表優化配置的
差壓式流量計是適用性的流量計, 平衡流量計是目前的差壓式流量計。平衡流量計源自美國航天飛機主發動機測液氧流量計。它采用的等雷諾數、動量平衡原理, 將孔板的單孔改為等雷諾數多孔結構, 增加節流件厚度和加工精度, 構造簡潔, 性能*。平衡流量計精度等級為±0.3%、± 0.5%、± 1.0%, 重復性為
±0.1%,壓損為同等條件下孔板的1/2～ 1/3, 直管段要求為0.5D ～ 2D, 量程比為
10∶1 ～30∶1, 使用壽命是孔板的5 倍, 是目前的流量計。
3 平衡流量計在實際應用中的優勢
(1) 平衡流量計的精度高, 平衡流量計的精度高可以做到± 0.3% 和±0.5%, 精密的加工管段和取壓裝置使安裝使用精度大大的提高。若普遍采用平衡流量計, 將顯著降低浪費和污染排放。精度間接增效= 成品產量×統積時間×計量儀表綜合精度提高產品單價。
示例:DN200 的蒸汽管道, 壓力p=1 MPa (表壓),蒸汽流速v=31.6 m/s, 蒸汽單價為0.15元/kg 。原采用標準孔板, 現改用平衡流量計。
根據流速v=31.6 m/s, 管道內徑和蒸汽在1 MPa(表壓) 下的密度,可計算得到蒸汽質量流量為19767 kg/h 。由于平衡流量計儀表精度比標準孔板的精度提高0.7%, 以300天/年計算,可減少錯計費用為:19767×0.007×24×300×0.15=149439元/年。
這表明, 由于采用高精度的平衡流量計, 該系統每年可精度增效近15 萬元。
(2) 直管段要求低, 節省用戶的一次投資, 平衡流量計的傳感器能將流場平衡調整為穩定的流場, 大大縮短了對直管段的要求。
直管道的節省直接的節省了占地費用, 安裝費用, 施工費用, 維護和運行費用, 在鋼材日益的今天, 給用戶節省了長的直管段也就為用戶節省了大量的投資。
(3) 壓力損失降低,為用戶降低運行成本, 流量計作為一個測量元件, 本身也是一個耗能元件。流量計的運行成本包括測量精度成本和介質輸送成本。介質輸送成本是介質輸送過程消耗的能量, 主要由測量元件造成的壓力損失為標志, 運行輸送成本是一筆很大的開支, 但容易被忽略, 因為它不在一次投資里體現, 但在動態投資里面遠遠超過儀表的一次投資！
平衡流量計的壓損約為孔板的1/3 ～ 1/4 。例如: 一臺DN200 的孔板測蒸汽,若差壓值為50 kPa,壓損為30 kPa, 單表運行能耗約為2 萬元/ 年; 平衡流量計
壓力損失約為10 kPa, 運行能耗約為7000 元/ 年,相對節能60% ～70%。
(4) 寬的量程比和長期的穩定性是精確計量的基礎。量程的范圍決定了精確測量流量的范圍, 量程比過窄, 當運行在量程比之外的小流量的時候, 不能精確的測量就意味著貿易計量中物料的損失和物料配比的不平衡, 平衡流量計突破了傳統節流裝置的局限, 常規測量的量程比能做到10∶1, 選擇合適的參數可以做更高的量程比; 平衡流量計無活動部件, 不易被磨損, β 可以長期保持不變, 大大的延長了檢定周期和節省了檢定費用, 并其壽命是傳統節流裝置的5～10倍。
(5) 耐臟污,適用范圍廣,多孔對稱的平衡設計, 減少了紊流剪切力和渦流的形成也減少了死區的形成, 減少了流通孔被堵的機會, 這樣就可以減少檢查、更換流量計的費用。
綜上所述, 采用平衡流量計來優化流量儀表配置, 將有效提高過程控制系統精度; 降低壓損節約運行能耗; 減少安裝直管段節約一次投資; 延長使用壽命; 降低維護量節約二次投資。給項目帶來綜合經濟效益和顯著節能減排效果。平衡流量計在今后的流量測量中將占有重要位置。
差壓式流量計是適用性的流量計, 平衡流量計是目前的差壓式流量計。平衡流量計源自美國航天飛機主發動機測液氧流量計。它采用的等雷諾數、動量平衡原理, 將孔板的單孔改為等雷諾數多孔結構, 增加節流件厚度和加工精度, 構造簡潔, 性能*。平衡流量計精度等級為±0.3%、± 0.5%、± 1.0%, 重復性為
±0.1%,壓損為同等條件下孔板的1/2～ 1/3, 直管段要求為0.5D ～ 2D, 量程比為
10∶1 ～30∶1, 使用壽命是孔板的5 倍, 是目前的流量計。
3 平衡流量計在實際應用中的優勢
(1) 平衡流量計的精度高, 平衡流量計的精度高可以做到± 0.3% 和±0.5%, 精密的加工管段和取壓裝置使安裝使用精度大大的提高。若普遍采用平衡流量計, 將顯著降低浪費和污染排放。精度間接增效= 成品產量×統積時間×計量儀表綜合精度提高產品單價。
示例:DN200 的蒸汽管道, 壓力p=1 MPa (表壓),蒸汽流速v=31.6 m/s, 蒸汽單價為0.15元/kg 。原采用標準孔板, 現改用平衡流量計。
根據流速v=31.6 m/s, 管道內徑和蒸汽在1 MPa(表壓) 下的密度,可計算得到蒸汽質量流量為19767 kg/h 。由于平衡流量計儀表精度比標準孔板的精度提高0.7%, 以300天/年計算,可減少錯計費用為:19767×0.007×24×300×0.15=149439元/年。
這表明, 由于采用高精度的平衡流量計, 該系統每年可精度增效近15 萬元。
(2) 直管段要求低, 節省用戶的一次投資, 平衡流量計的傳感器能將流場平衡調整為穩定的流場, 大大縮短了對直管段的要求。
直管道的節省直接的節省了占地費用, 安裝費用, 施工費用, 維護和運行費用, 在鋼材日益的今天, 給用戶節省了長的直管段也就為用戶節省了大量的投資。
(3) 壓力損失降低,為用戶降低運行成本, 流量計作為一個測量元件, 本身也是一個耗能元件。流量計的運行成本包括測量精度成本和介質輸送成本。介質輸送成本是介質輸送過程消耗的能量, 主要由測量元件造成的壓力損失為標志, 運行輸送成本是一筆很大的開支, 但容易被忽略, 因為它不在一次投資里體現, 但在動態投資里面遠遠超過儀表的一次投資！
平衡流量計的壓損約為孔板的1/3 ～ 1/4 。例如: 一臺DN200 的孔板測蒸汽,若差壓值為50 kPa,壓損為30 kPa, 單表運行能耗約為2 萬元/ 年; 平衡流量計
壓力損失約為10 kPa, 運行能耗約為7000 元/ 年,相對節能60% ～70%。
(4) 寬的量程比和長期的穩定性是精確計量的基礎。量程的范圍決定了精確測量流量的范圍, 量程比過窄, 當運行在量程比之外的小流量的時候, 不能精確的測量就意味著貿易計量中物料的損失和物料配比的不平衡, 平衡流量計突破了傳統節流裝置的局限, 常規測量的量程比能做到10∶1, 選擇合適的參數可以做更高的量程比; 平衡流量計無活動部件, 不易被磨損, β 可以長期保持不變, 大大的延長了檢定周期和節省了檢定費用, 并其壽命是傳統節流裝置的5～10倍。
(5) 耐臟污,適用范圍廣,多孔對稱的平衡設計, 減少了紊流剪切力和渦流的形成也減少了死區的形成, 減少了流通孔被堵的機會, 這樣就可以減少檢查、更換流量計的費用。
綜上所述, 采用平衡流量計來優化流量儀表配置, 將有效提高過程控制系統精度; 降低壓損節約運行能耗; 減少安裝直管段節約一次投資; 延長使用壽命; 降低維護量節約二次投資。給項目帶來綜合經濟效益和顯著節能減排效果。平衡流量計在今后的流量測量中將占有重要位置。
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