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探讨用标准孔板蒸汽流量计量蒸汽的能耗详解

时间:2018/07/02来源:未知

摘要:蒸汽流量计量的现状仍是以标准孔板做贸易交接的居多, 而标准孔板最大的弱点是运行压损大、能耗高。 以燕化股份有限企业蒸汽计量为例 , 说明孔板计量的大能耗问题 。 应如何改进现状 , 早日 釆用更节能的计 量器具 , 当务之 急是加强科研 , 把气(汽)体实验装置建起来 , 得到用空气代替蒸汽进行蒸汽流量计标定的方法 。

0 、引言:蒸汽在石化系统是各生产企业的重要能源之一, 有的直接参与化学反应 , 但多数是用其热能 。企业在谈论节能降耗首先想到是“蒸汽计量” ! 从眼前本单位利益出发 ,降低生产成本需要降低蒸汽损耗 ;从大处想中国能源短缺 ,更需降低各种能耗 。只有有了准确计量 , 才有资格说节约了多少能源 。以下以燕化股份有限企业为例讨论蒸汽计量的现状 。

1 、计量仪表的配置:
  该企业是国家特大型企业 ,计量管理方面的任务相当繁重。曾经统计, 该企业一级(各厂际之间的)计量仪表共有 523 套 , 其中蒸汽系统的计量仪表 84 套, 占企业一级计量表的 16 %。该自备电站和部分产汽生产装置合计产汽量约 10 M t/a(其中本企业内消耗 9.85 Mt/a,对外供0 .15 Mt/a),出电站第一次计量中 95%以上是用标准孔板进行测量计量的。
  面对国营、集体和个体数百个耗汽用户 ,计量仪表的选用非常关键 。由于孔板测量技术发展成熟,有相应的国标和国际标准做支撑, 本身结构简单、造价低 ,耐高温性能和抗振性能好, 所以对于大中型管道 ,如 DG200 mm 以上管道, 多是采用孔板差压式流量计, 尤其是高 压过热蒸汽, 如 6 条D N 500 mm 蒸汽管线 , 全部是采用孔板差压式流量计(12 套)。对于中小管道 , 一般在 DG100 mm以下 ,除了孔板差压式以外 ,涡街流量计使用数量越来越多。而对于更小的用户 ,管径在 DG50 mm以下的,多为涡街流量计和分流旋翼式流量计 。具体数据见表 1 所列。
    各分厂生产装置内及车间级的蒸汽测量(生产控制用“及计量也多是采用孔板差压式流量计除上述流量计外,也有用阿丑巴等流量计的,总的数量有数百台。但根据计量法规等要求,除标准孔板是合法的外,其他各类蒸汽流量计,因无处送检,没经过检定就用于蒸汽计量是非法的。
表1蒸汽计量数据统计
表1蒸汽计量数据统计

2 、能耗计算:
  标准孔板的压损大 ,长期运行耗能也相当大 ,现以其中一套标准孔板差压式流量计为例 ,计算其能耗 。输汽管径尺寸 : 529 mm ×6 mm 即管道内径D20 =517 mm ;标准孔板孔径 :d20 =276 .23 mm ;流量量程范围 :25 ~ 120 t/h ;正常流量 :84 t/h差压范围:hmax =58 .78 k Pa(原设计为 0 ~6 000 mm H2 O);
操作压力(表压):0 .901 M Pa ;操作温度:300 ℃。
  辅助计算:查表知密度 ρ=3 .483 5 kg/m3;管道材质膨胀系数 λD =13 .45 ×10-6 ;;孔板材质膨胀系数 λd =17 .2 ×10-6。则 :Dt =D20×〔1 +λD(t -20)〕=517 ×〔1 +13 .45×10-6(300 -20)〕=518 .947(m m)dt =d20×〔1 +λd(t -20)〕=276.23 ×〔1 +17 .2 ×10-6(300 -20)〕=277 .56(m m)β= dt/ Dt=277 .56/518 .947 =0.534 85常用流量下的差压值 :hc =(84/ 120)2×58.78 =28 .8 (k Pa)管道输送蒸汽能耗计算公式:P =(ZTKΔpqV)/(10.415ηp) (1)或  P =(Δpqm)/(3.6ηρ) (2)式中 P ———功率值 ,W ;Δp ———永久压力损失值 ,k P a ;Z ———孔板上游工况条件下蒸汽压缩系数 ;TK ———孔板 上游取 压孔处 蒸汽绝 对温变 , K ;p ———孔板 上游取压孔 处蒸汽 绝对压 力 , k Pa ;q V ———体积流量值 , L/ min , (此时应用式 (1)计算);η———机泵效率值, 通常 η=0 .8 ;qm ———质量流量值, kg/h ,(此时应用式(2)计算);ρ———孔板上游工况下的密度, kg/m3。
  又据“ISO5167 :2003(E)”提供的标准孔板永久压力损失计算公式 :Δp =(1 -β1 .9)hc=(1 -0.534 851.9)×28 .8 =21.08(k Pa)按正常流量值计算功率, 则P =(Δpqm)/(3 .6ηρ)=21.08 ×84 000/(3.6×0 .8 ×3.483 5)=176 498 .7(W)按一年运行 8 000 h(其余时间为停车检修不能供汽)计算,则能耗W =176 498 .7 ×8 000 =1 411 989 .6(k W · h)
  目前工业用电价格是 0 .8 元/(k W ·h),该套标准孔板产生的阻力降,一年耗能费约为 113 万元。
  计算结果可知 ,DN 500 mm 的输汽管道上多安装一套标准孔板差压式流量计, 一年多耗能1 411 989 .6 k W · h ;不包括仪表购置费 、安装费 、运行维护保养等费用 ,由标准孔板产生的阻力降就多浪费 113 万元。仅这 6 条D N500 mm 的输汽管道上多安装 6 套标准孔板差压式流量计,一年多耗能约为 847 .2 k W ·h ,约合 677 .8 万元 。该企业 7个生产分厂间重复安装的大小不等的标准孔板等节流装置 ,多耗多少能呢 ?
  选用压损较小的节能型蒸汽流量计,如耐高温涡街流量计 , 它产生的阻力降可大大降低运行费用, 约为孔板流量计压损的 0 .25 ~ 0 .5 倍(因孔板选用的 β 值和涡街旋涡发生体尺寸不同所造成的压损不同),若按涡街流量计能耗是孔板的 35 %计算,它将降低 65 %的运行能耗, 对节能降耗 、降低产品成本是非常有利的。且标准孔板还有一个缺点, 就是它的锐角容易磨钝, 流量计系数 α值会改变, 造成测量准确度下降, 在计量准确性能上远低于涡街流量计 。涡街等节能型流量计 ,计量蒸汽对节能降耗是非常有利的, 但是它们都属于非标准件, 强制检定目前还做不到, 用到蒸汽计量中是不合法的 。为此 ,在检定方法合法之前, 建议采取如下措施:
  a)在类似该企业范围内 , 因属于同一个经济实体 、一个经济核算单位 ,在同一条蒸汽管线上(蒸汽管道口径没有变化,没有分支),供需双方仅保留一套蒸汽计量装置, 多余全部拆除 ,以降低蒸汽运行能耗。当然这就要求对这一套计量器具加强管理, 确保计量准确。
  b)目前节能型蒸汽流量计 , 如耐高温涡街流量计等 , 因无处送检 , 应用不合法 。建议主管计量部门加强其管理职责 , 在所属范围内, 一方面强调, 同一管道不允许重复安装标准节流装置(监视方可安装节能型监视手段);强调与企业外单位发生蒸汽输送关系时, 计量器具一定要选用国标支撑的标准节流装置 , 如首选标准喷嘴 、文丘里喷嘴 , 其次选标准孔板(前者一次性投资虽高 , 但压损较小 , 约是孔板的 80 %左右 , 长期运行耗能低);同时强调企业内部各分厂之间 , 可以采用在气体标准装置上检定合格的耐高温涡街流量计 , 在企业内不算违法 。待以空气代替蒸汽进行蒸汽流量计检定的方法实验成功合法后 , 所有的蒸汽输送管线上均可采用节能型蒸汽流量计 。
  这里可能会与 GB/ T20901-2007《石油石化行业能源计量器具配备和管理要求》中配备率相悖 。作为该国标的编写者之一,笔者不这样认为 。过去各分厂有独立的财务,是经济独立的实体;现在, 整个企业都变成“次级用能单位”性质,除了与外单位发生物料互供必须加装计量手段之外 ,企业内各分厂之间,可在计量主管部门主持下, 供需双方协商安装一套计量器具 , 它既是属于供方的, 也可认为是需方的 , 只要计 量主管部门认可 , 配备率就是 100 %。

3 、结束语:
  提高蒸汽的计量准确度 , 达到节能降耗的目的, 尽快实现以空气代替蒸汽进行蒸汽流量计的检定 , 应是首当其冲的难题 。为此 , 建议国家有关部门投资搞好此项研究开发和建标工作 , 真正实现以空气代替蒸汽进行蒸汽流量计的检定 , 不但会实现节能降耗 , 还会使流量计量出现一次大的革命 !

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