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关于流量计选型及节能分析    2020-10-23 

关于流量计选型及节能分析

唐山天辰电器有限公司  2020.10.23
    关于管道流量测量仪表的选择,电磁、涡街、差压式等流量计种类繁多,在综合分析测量各种介质,相对还是传统的差压类型的流量计应用较多。在此就涡街流量计、孔板流量计及弯管流量计,以蒸汽为例在选型应注意的问题、现场应用情况及节能分析等方面,综合分析比较,供大家参考。

蒸汽是比较特殊的介质,随着工况(如温度、压力)的变化,过热蒸汽经常会转变成为饱和蒸汽,形成汽液两相流介质。对于相流的经常变化的蒸汽,使用目前流量仪表测量气流量,肯定会存在测不准的问题。这个问题的解决方法是保持蒸汽的过热度,尽量减少蒸汽的含水量,例如加强蒸汽管道的保温措施,减少蒸汽的压力损失等,以提高测量的准确度。然而这些方法并不能彻底解决蒸汽流量测不准的问题,然而解决问题的根本办法是开发一种可测两相流动介质的流量仪表。

流量仪表的选型
  在选择流量仪表时应考虑5个主要因素:被测流体特性、生产工艺情况、安装条件、维护需求以及流量仪表的特性。对蒸汽计量而言,同样要考虑以上5个因素。这里,着重讨论流量仪表的特性、安装条件、维护需求以及选用流量仪表应注意的几个问题。
  目前,测量蒸汽流量的仪表主要有涡街流量计、差压式流量计、分流旋翼式流量计、阿牛巴流量计,浮子式流量计等,这里主要讨论涡街流量计、孔板流量计和弯管流量计。

涡街流量计
  涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种新型流量计,70年代以来得到了迅速发展。是孔板流量计的替代产品之一。

具有以下特点:
1
、结构简单牢固,无可动部件;
2
、维护十分方便,安装费用低;
3
、测量范围宽,量程比可达110
4
、压力损失较小,运行费用低;
5
、应用范围广,气体、液体的流量均可测量;
但涡街流量计存在一定的局限性:
1
涡街流量计是一种速度式流量计,旋涡分离的稳定性受流速影响,故它对直管段有一定的要求,一般是前10D、后5D
2
测量液体时,上限流速受压损和气蚀现象限制,一般是0.5-8m/s
3
、测量气体是,上限流速受介质可压缩性变化的限制,下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制,蒸汽是8-25m/s
4
应力式涡街流量计对振动较为敏感,故在振动较大的管道安装流量计时,管道要有一定的减震措施;
5
、应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器,故其受温度的限制,一般为-40-+300℃

孔板流量计
  孔板流量计应用历史悠久,应用十分普遍,但经过几十年的应用,发现孔板流量计有以下不足:
1
应用中许多因素(设计参数与工况参数不符,上游直管段不足,孔板和管道不同心,孔板A面受污,锐角磨损等)对其测量精度有非常大的影响,使其测量误差增大;
2
安装较为麻烦,维护及拆洗的工作量较大;
3
流量量程比为13,局限性大;
4
若安装不正确,容易发生蒸汽泄漏;
5
压力损失较大,运行费用高。

 弯管流量计
1
结构简单,价格低。弯管传感器实际上是一个90度标准弯头,没有比它结构更简单的流量传感器了。随着机械加工工业的发展和行业标准化及规范化管理的不断完善,用作弯管传感器的标准机制弯头其质量越来越好,价格也越来越低;

2 弯管流量计传感器耐磨损,对微量磨损不敏感;
3
可采用直接焊接法进行安装,使现场跑冒滴漏的麻烦得到彻底的解决;
4
适应性强,量程范围宽,直管段要求不严。只要是可以用孔板、涡街、均速管流量计来测量的管道内流体流量都可以用弯管流量计进行测量,而且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐振动、耐潮湿、耐粉尘等方面,弯管流量计远优于其它流量计。
  如高温、高压、冲击、振动,对于涡街流量计来说其使用性是十分有限的,这与其测量原理有关,实测测量结果产生较大的附加误差影响了测量准确度,造成测量不准。所有这些问题对弯管流量计来说都不存在。
  弯管流量计的量程比可达110,对于蒸汽,它的适用范围为0-70m/s,可以较好地满足蒸汽流量测量的要求。弯管流量计由于其特殊的测量原理,使其在实际应用时对直管段的要求不严格,一般只要求前5D、后2D即可,远远低于其他流量测量装置的要求;
5
、弯管流量计准确度高,重现性好,测量准确度可达1.%,重现性可达0.02%,一次安装后,不再需要重复拆装,因此,其安装准确度也能得到很好的保证。
6
弯管流量计与其他流量计相比无任何附加节流件或插入件,可大大降低流体在管道内输送的动力消耗,节约能源,尤其对那些大系统、大管径、低压头的测量对象好处更加明显。

下面举一个简单的例子予以说明。为维持一台安装在每小时数千吨流量供热管道的孔板流量计正常运行,一个采暖季节约需多耗电数万度,折合人民币数万元。这里仅考虑孔板流量计压力损失为几千帕,实际运行时远远超过这个值。即便是这几千帕的压力损失,它所造成的附加运行费用也是不可忽视的。表1给出的数据为目前热力管网用主管道流量范围在不同的压力损失时,孔板流量计引起的循环泵额外耗电量、电耗费用、折合标准煤量、购煤费用的单台孔板流量计在一个取暖季节运行费用的数据,其中运行天数按120天、电价按0.8元/度、标准煤价按400/t计算

                             image.png

                                            表1

由表1可见,一个流量为4000m3/h的中型热网,当孔板压力损失为30千帕时,仅一台孔板流量计就多耗9.6万度电,运行费用为7.2万元,对于流量为10000m3/h的大型热网,额外耗电量达24万度,运行费用18万元。

而弯管传感器安装于原管道的90度转弯处,即取代了原90度弯头。不增加任何压力损失,可将节流孔板流量计装置产生的压力损失完全节省下来。就可大大地减少运行费用,获得可观的经济效益;

再比如:

 某电厂现有三台65/锅炉,三台1.2万千瓦机组。2008年的主要指标如下:

 1)、2006年总耗原煤量19.2万吨,总发电量2.05亿千瓦时。
     
2)、锅炉效率,2006年平均85%~86%;原设计锅炉效率为88%
     
3)、供发电能耗高,2006年平均供电煤耗586g/kWh,发电煤耗522g/kWh,与国内先进的热电企业差距大。

热电厂产生和排放污染物的主要工序是:锅炉系统。

image.png

      由图可知,锅炉主蒸汽(3.82MPa450)计量原采用孔板流量计。由于孔板流量计采用截流产生压差的原理计算蒸汽流量,因此,蒸汽在流过孔板时造成压力损失。经测定,蒸汽流过孔板流量计造成压力损失约0.05MPa,蒸汽由锅炉进入汽轮机需经过两个孔板流量计,在孔板流量计上造成的压力损失约0.1MPa,加上蒸汽管道及阀门造成的压力损失,使锅炉过热器集汽联箱出口至汽轮机进汽口之间管道损失达到0.4MPa。即使锅炉压红线运行(3.82MPa)、汽轮机进汽压力只能达3.4MPa(设计进汽压力为3.47MPa),致使发电汽耗上升,发电煤耗上升,一年造成420kWh电能的损失,折合原煤达到4200/年,增加二氧化硫排放量21.5吨。

用弯管流量计代替孔板流量计,弯管传感器安装于原管道的90度转弯处,即取代了原90度弯头。不增加任何压力损失,可将节流孔板流量计装置产生的压力损失完全节省下来。据测算,将减少蒸汽管道上的压力损失0.1Mpa。从而在锅炉工况不变的情况下提高汽轮机进汽压力0.1MPa,使汽轮机进汽压力提升至3.5MPa,根据12MKW汽轮机负荷特性曲线,满负荷的情况下进汽压力由3.4MPa提升至3.5MPa,负荷增加200kWh,发电汽耗下降0.1kg/kWh。从而达到节能降耗目的。

      现有三台65/时锅炉,每台锅炉主蒸汽管道原安装两个孔板流量计,共六台。在原址利用蒸汽管道上现有的弯头安装弯管流量计,共六台,代替原有孔板式流量计。改进工艺见图3

image.png

      改进后经济效益分析

 1. 节能效益

      根据12MW汽轮机负荷特性曲线,由于现有节流孔板阻力的影响,满负荷的情况下进汽压力由3.5MPa降低至3.4MPa,发电量将减少200kWh。本项目投入运行后,将避免该蒸汽压降能耗损失,汽轮机汽耗率降低0.1kg/kWh,本项目的节能经济效益是明显的。仅从减少蒸汽热能损失、在相同蒸汽量条件下增加发电量或在相同发电量的条件下节约蒸汽耗量这一点来计算,以及从20073月投入调试的实测数据复算表明,节约原煤4200/年,减少生产成本达到210万元,投资回收期仅3个月。本项目是个有效节能、节约资源的清洁生产项目。

(2). 环保效益

      本项目是一个从源头削减和控制污染物产生的工程项目。投入生产运行后,节约原煤4200/年。则能减少二氧化硫产生量达到54/年,减少二氧化硫排放量21.5/年,减少3570m3/年的烟气排放量。因此,环境效益显著。

3)、结论

      、孔板流量计压力损失不可小视,由此带来的能源消耗很大(一般为孔板差压值的60%左右),应引起企业的高度重视。
     
、弯管流量计无附加阻力损失、维护简便、耐高温、耐高压,满足现场需要。
     
、通过技改采用新技术,节能降耗,为企业创造可观的经济效益和社会效益。

综上所述,蒸汽流量仪表的选用是非常重要的,准确测量蒸汽流量是生产部门都需要和普遍关心的问题。随着经济的发展,提高测量水平的呼声越来越高。因此,应针对生产实际情况,做一些细致的技术工作,切实探索出一条蒸汽流量测量的成功之路。天辰蒸汽流量计凭借自己独特的优势逐渐替代其他流量计被广大用户所接受,愿天辰仪表成为您合作伙伴。

                                            



 

 

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