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浅谈能源计量与涡街流量计

浅谈能源计量与涡街流量计
 
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[摘要] 能源计量工作具有十分重要的意义,它是企业抓好能源管理、节能挖潜的基础,也是企业提高经济效益的重要保证。而在众多的能源计量器具中,涡街流量计又以其自身的特点越来越被广泛地应用,是其它流量计不可兼得的新型流量计,是流体流量计量的理想选择。
[关键字] 能源计量 涡街流量计 理想选择
 
在全社会都在关注能源,大力节约能源的今天,能源计量工作具有十分重要的意义,尤其是企业。而在众多的能源计量器具中,涡街流量计又以其自身的特点被越来越广泛地应用,是流体计量的理想选择。
一、能源计量的意义
能源是企业生产经营的重要资源和动力。在市场竞争激烈的经济时代,企业求生存,求发展,必然要在提高经济效益上下功夫,不断挖掘企业内部的潜力,挖掘节能降耗的潜力。这就要求企业依据国家相关标准,建立和完善科学的能源管理系统,确定、实施从购入、转换、分配到使用、节能等一系列实实在在的管理。这其中一个重要的前提条件就是计量手段,即配备满足要求的能源计量器具。通过计量手段,用数据说话,用量化进行能源管理,实现企业各单位能源消耗的分级计量,全自动实时监控、蕞佳分配和调度,进而应用企业资源计划(ERP)系统、生产制造执行(MES)系统等,实现能源数据的资源共享,为各管理层和用户提供便捷的能源信息。通过能源的计量检测,找出高能耗的原因,杜绝“跑、冒、滴、漏”等浪费现象,真正依靠能源计量指导生产,降低成本,改善环境,增加效益,提高企业竞争力。可以说,有能源消耗就必须有能源计量,没有能源计量,企业相关用能指标和评价体系就无法构建,统计的真实性、节能的效果就难以确定,现代科学的管理手段就无法实现,能源消耗也就是一蹋糊涂。所以,没有能源计量,能源管理就没有保证,也就无从谈起。
我厂抓能源计量工作已经20多年,通过配齐能源计量器具,加强能源计量器具的科学管理及煤、水、电、汽、气能源计量的监督管理,不仅为我厂内部经营核算提供了准确可靠的数据,而且将过去原煤以卖方提供的数据结算,改为以我厂检斤数据结算,监督了水、电量缴费的结算数据,为及时追缴不合理的收费提供了依据。截止目前,我厂追回多缴的电费70多万元,水费10万多元,产品综合能耗在同行业位居中上水平。
事实证明,能源计量工作是企业抓好能源管理、节能挖潜的基础,也是企业提高经济效益的重要保证。
二、涡街流量计的选用缘由
1.企业状况决定
一般企业消耗的能源主要有原煤、电、水、蒸汽、压缩空气、油等,其中原煤可用汽车衡、皮带秤等计量,电量用电量变送器或电表计量,而水、蒸汽、压缩空气、油均属液体、汽(气)体的流量测量范畴,也是各级核算的主要能源。因此流体的流量测量是我们选择流量计的基本点。
企业讲效益,就要计较点滴,在计量器具的配备上,既要充分考虑尽可能选用同种或少种类的计量器具,还要考虑维护量小或尽可能免维护,计量性能稳定可靠,性能价格比合理等问题,以减少配备投资费用,运行后的备件费用,降低运行成本。
而涡街流量计既可以测量水、油这样的液体介质,又可以测量蒸汽、压缩空气这样的气体介质,满足企业的需求。
2.它属于新型流量计
50年代,工业上使用的流量计主要有孔板、皮托管、浮子流量计三种。被测介质的范围较窄,测量准确度也只满足低水平的生产需要。随着国际经济和科学技术的迅速发展,流量仪表随之迅速发展起来。为满足不同种类流体特性,不同流动状态下的检测需要,近30年来,先后出现了速度式、容积式、动量式,电磁、超声波等几十种新型流量计,为流量计量开拓了新的领域。而涡街流量计正是这个时期的产物,尤其80年代起得到迅猛的发展。它以其自身的许多优点,在现代流量测量中得到广泛应用,是其它流量计不可兼得的新型流量计。替代传统的节流装置与差压变送器组成的流量测量仪表已成为发展的一种趋势。
3.“卡门涡街”原理的应用
涡街流量计是测量管道中介质的平均流速的一种流体振荡式流量测量仪表。其测量原理是根据“卡门涡街”原理,在流动的流体中插入一个断面为非流线型的柱状物体时,从柱状物体两侧会交替产生两列有规则的涡街。这种涡列被称为卡门涡街。旋涡释放的频率f(Hz)与流体的平均流动速度及柱状物的宽度有关,可用下式表示:
f = St×v/d
式中    f —旋涡分离的频率
St—系数(斯特劳哈尔数)
v — 流体流速
d—柱体迎流面宽度
                
“卡门涡街”原理图
 
 由上式可见,涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响,即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。
                           
 
斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线
斯特劳哈尔数是涡街流量计的重要系数,由斯特劳哈尔数和雷诺数的关系曲线可以看出,低雷诺数时斯特劳哈尔数随着雷诺数的变化而变化。在曲线的St≈0.17的平直部分,旋涡的释放频率与流速成正比,所以检出频率f就可求得平均流速,进而求出体积流量。
            K= N/Q
式中K—仪表系数(脉冲/m3),厂家出厂时给出标定值。
     N —脉冲个数
     Q —体积总量(m3
由于旋涡在柱体后部两侧产生压力脉动,安装在柱体后部外尾流中的探头体将感受到一个交变力,埋设在探头内部的压电晶体检测元件受到这一交变力的作用而产生交变的电荷,交变电荷信号经检测放大器处理后输出电压频率信号,并按不同的需要转换成相应的输出,满足用户的要求。
4.涡街流量计的特点
涡街流量计“卡门涡街”原理的应用,决定其具有以下特点:
①适用范围广。可用于工业管道中流体介质的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质的测量;
②结构简单而牢固,检测传感器不直接接触被测介质,无可动机械部件,因此性能稳定,可靠性高,使用寿命长,运行、维护费较低;
③法兰、夹持式连接,安装简单、方便,维护量小;
④输出是与流量成正比的电压脉冲信号,无零点漂移;
⑤测量范围宽,量程比可达1:10—1:20; 
⑥压力损失小(约为孔板流量计的1/4~1/2),具有节能意义; 
⑦在一定的雷诺数(ReD≥2×104)范围内,因输出信号频率不受流体密度、压力、温度、粘度等物理性质和组份变化的影响,仪表系数仅与旋涡发生体的形状和尺寸有关,测量流体体积流量时无需补偿,调换配件后一般无需重新标定仪表系数。因此测量精度高,仪表常数能长期稳定;
⑧输出信号既有模拟标准信号,也有数字脉冲信号,因此容易与计算机等数字系统配套使用,通用性强。
三、选用涡街流量计需注意的几个要点
任何流量计的选用,都必须以合适的选择为前提,才能保证其计量性能满足用户的要求。因此,选用涡街流量计时,必须注意以下几个要点:
1.确定被测介质的流动状态。包括液体、气体、饱和蒸汽、过热蒸汽。对不同流动状态、的流体要采用不同型号的涡街流量计。
测量饱和蒸汽或过热蒸汽的质量流量时应考虑温度或压力补偿的问题。因为质量流量的大小与蒸汽的密度有关,而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度影响,随着蒸汽压力及温度的变化而变化。如果不能跟踪这种变化,势必造成计量误差。因此,在蒸汽计量过程中,一般都是通过压力及温度传感器跟踪蒸汽压力及温度变化来达到密度补偿目的。
饱和蒸汽的密度变化与其压力或温度成正比关系,因而通过单独测量压力或测量温度就可以对饱和蒸汽进行密度补偿;过热蒸汽的密度与其压力、温度成函数关系,而不是正比关系,因此其密度的补偿必须同时测量其压力和温度。
   2.确定被测流体的流量的范围(蕞大、蕞小及常用瞬时流量)、测量精度要求等。所选流量计的正常流量蕞好在正常测量范围的1/2~2/3处,准确度应高于被测量准确度的三分之一。
3.确定被测介质的工作压力(蕞高、常用、蕞低)。工作压力一般为:0.25、0.6、1.0、1.6、2.5MPa。
4.确定被测介质的温度(蕞高、常用、蕞低)。针对不同温度选择不同型号的涡街流量计。对于高温高压的蒸汽计量必须考虑所选仪表耐高温、高压及稳定性、可靠性、密封性等要求。一般情况,普通型的-20—150℃,中温型的-40—250℃,高温型的100—350℃。
5.确定信号输出形式。一般有脉冲信号、标准4—20mA电流信号、三线制、二线制,接口要求。
6.确定工作电源。12V(DC)、24V(DC)。                
7.确定使用环境条件。一般流量计的使用环境温度为-25—55℃,湿度≤85%RH。除此之外,应考虑现场是否存在振动和干扰,是否易燃易爆,是否受高温辐射,是否有水侵泡,是否有腐蚀性介质侵入等状况。
   8.确定流量计公称通径。在弄清介质管道通径的基础上,特别注意测量时的流速问题,一般液体平均流速下限为0.5m/s,气体为4~5m/s。要保证管道内的流体蕞小流量满足雷诺数ReD≥2×104的要求,即避免流量低于流量计可精确计量的蕞小流量。一般,在满足工艺流量的条件下,应考虑管道变径的问题,选择尽可能小的口径,以提高测量精度。
涡街流量计的公称通径一般为15、20、25、40、50、65、80、100、125、150、200、250、300(mm)以上。
9. 安装的直管段。保证流量计安装管道上有足够的前后直管段长度。一般其前后安装直管段要求分别约为20D和5D。
涡街流量计虽可以安装在各种方位的管道上,但考虑到安装、检修和仪表支架方便等情况,一般应尽可能安装在水平管道上。
四、结束语
现在,我厂水、蒸汽、压缩空气的计量采用的就是涡街流量计,它与计算机构成系统,通过数据采集卡将数据采集至计算机,实现瞬时和累积量的显示、报表等,为企业的能源核算提供了准确的数据。涡街流量计运行十多年来其故障率低,计量稳定,量值可靠,安装、运行、维护费用低,易于管理,一直受到企业的青睐。而且,在我企业正在进行的易地搬迁工程中,涡街流量计仍是首选。
因此,我认为涡街流量计是一种性价比合理的理想流体测量流量计,值得选用。