一.引言
國家標準GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》已于2007年1月1日開始實施。該國家標準中的4.3.2，4.3.3，4.3.4，4.3.5及4.3.8均為強制性條款。其主要要**：對于用能量(包括產(chǎn)能量、輸出能量、能源消耗量)超過限定值的用能量(包括產(chǎn)能量、輸出能量、能源消耗量)單位或設(shè)備，如尚未配備能源計量器具，則都應(yīng)加裝能源計量器具。4.3.8條則對相應(yīng)的用能量(包括產(chǎn)能量、輸出能量、能源消耗量)單位或設(shè)備的能源計量器具(如衡器，電能表，油流量表和氣體流量表)的準確度等級分別提出了具體要求。對用于能源計量的流量計的準確度等級的要**：對于成品油,為0.5級;對于重油和渣油,為1.0級;對于煤氣和天然氣,為2.0級;對于蒸汽,為2.5級;對于水,為1.5級(D≥250毫米時)或2.5級(D<250毫米時)。
由于現(xiàn)場的安裝條件往往會直接影響流量計的準確度，因此人們更加關(guān)注在實際安裝條件下所選用的流量計的準確度。由于加裝這些流量計的根本目地是為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，因此人們也更加關(guān)注所選用的流量計在運行時的耗能費和泵送費(即流量計的**壓力損失)。
由于流量計的種類很多，而選型中又涉及許多技術(shù)與經(jīng)濟因素。必須要綜合考慮這些因素，才有可能同時作到技術(shù)上可行和經(jīng)濟上合理。為了使流量計的選型更為合理，本文將對流量計選型時需要考慮的重要事項予以闡述并給出耗能(泵送)費的計算方法。
二.流量計選型的一般性準則
對于一個特定的使用場合，流量計的選擇取決于該測量課題在不同方面的重要性(例如：流量計在現(xiàn)場安裝條件下的準確度，耗能費，安裝條件的局限或被測介質(zhì)的特殊性等)，因此，它必然是一個基于工程與專業(yè)知識單獨做出判斷的事。在一個具有相似工作條件的特定領(lǐng)域內(nèi)，某種流量計的技術(shù)優(yōu)勢，通常就是初選時的依據(jù)。
很明顯，在對具體的使用場合還沒做詳細的了解時，就試圖衡量各種限制條件，只能是自以為是的臆斷。以下是幫助我們對流量計做出正確、合理選型的五大類問題。對于其中的前三大類問題，只有有限的選擇，利用它們能確定某種流量計是否適用。*后的兩大類問題是*困難的，因為它涉及價格與性能的比較及*后的決定。下面就是這五大類問題：
(一)被測流體的類型是何種流體?
1.被測流體是液體?氣體?還是蒸汽?
2.被測流體是潔凈的?臟污的?還是含濕氣流或漿液?
3.被測流體是否有腐蝕性?是否有導電性?
(二)工藝過程的工作條件如何?溫度和壓力的界限值是多少?
(三)流量計的安裝條件如何?
1.計劃運行的流量測量是在明渠上?還是在封閉的管道內(nèi)?
2.管道的內(nèi)徑尺寸是多少?
3.工作狀態(tài)下流體的管道雷諾數(shù)是多少?
4.計劃安裝的流量計的上、下游都有多長的直管段?在其上游是何種擾流件?
5.是否需要/能否使用流動調(diào)整器?
6.工藝管道是否有過量的振動?
7.流體的流動是定常/穩(wěn)定的?還是脈動的?
8.環(huán)境的或室內(nèi)的溫度和濕度條件是多少?
(四)在流量計的性能和流量測量能力方面有哪些總的要求?
1.要求的總的準確度是多少?要求在多大的流量測量范圍內(nèi)保證上述的總的準確度?對于用于貿(mào)易輸送的流量計，其準確度等級優(yōu)于GB17167-2006所規(guī)定的指標，如對于成品油，準確度等級為0.2;對于天然氣，準確度等級為0.5或1.0。
2.通常，流量計是在一個特定的流量下使用?還是在一個流量范圍內(nèi)使用?
3.采用的流量計是否僅為了進行流量控制?如僅為了進行流量控制，必要的響應(yīng)頻率是多少?(對于小口徑管道的流量控制，通常要求0.1秒)
4.被測流量的范圍是多少?偶然可能會遇到的*大與*小流量值是多少?
(五) 流量計安裝和運行的經(jīng)濟性如何?在經(jīng)濟方面應(yīng)綜合考慮的有以下費用：
1.一次檢測裝置，二次儀表和附屬設(shè)備的購置費;
2.安裝費：包括勞務(wù)費和配管費;
3.為使流量計運行的耗能費和補償總的**壓力損失的泵送費;
4.維護費與儀表可靠性的比較;
5.是否有備件?是否有售后服務(wù)的方便條件?
6.在未來的使用場合，可能的用途;
7.試用一種新型流量計的風險。
以上各項都是決定選用某種流量計的因素。在相關(guān)手冊和儀表樣本中可找到與這些決定因素有關(guān)的信息。在比較各種流量計的費用時，除了實際的購置費外，還有一系列的因素應(yīng)加以考慮，在做出決定前，應(yīng)權(quán)衡以下幾個重要因素：
(1)由于流量計的準確度和測量范圍的改善，可減少未被計量的能源，由此對經(jīng)濟效益，企業(yè)的效率及產(chǎn)品質(zhì)量的影響;
(2)同時還要估算安裝費，長期的維護費和流量計運行時的耗能費以及為補償總的**壓力損失的泵送費。
只有綜合考慮并權(quán)衡了以上這些重要因素，才能作到流量計的合理選型。
三.**壓力損失
除一些無阻擋的流量計(如不帶流動調(diào)整器的電磁和超聲流量計)外，每一種流量計都有大于相同長度直管道的**壓力損失。
1. 流動調(diào)整器**壓損的計算方法
國際上一般常用的非**的流動調(diào)整器有：19束管束式流動調(diào)整器和贊克(Zanker)板式流動調(diào)整器;**的流動調(diào)整器有：加拉格爾(Gallagher)流動調(diào)整器和K-Lab NOVA多孔板式流動調(diào)整器。一般可以用壓損系數(shù)KPL來計算它們的**壓力損失Δω。這些流動調(diào)整器**壓力損失的統(tǒng)一計算公式，如下式所示：
Δω= (KPLⅹρⅹV2)/2
式中，Δω------流動調(diào)整器的**壓力損失，Pa;
ρ------工況下流體的密度，Kg/m3;
V-------管道中流體的平均流速，m/s
KPL-------各種流動調(diào)整器的壓損系數(shù)，(無量綱)。
各種流動調(diào)整器的壓損系數(shù)KPL各不相同，它們數(shù)值分別為：
對于19束管束式流動調(diào)整器(1998)：KPL=0.75
對于贊克(Zanker)板式流動調(diào)整器：KPL=3
對于加拉格爾(Gallagher)流動調(diào)整器： KPL=2
對于K-Lab NOVA多孔板式流動調(diào)整器流動調(diào)整器： KPL= 2
2. 常用節(jié)流裝置**壓損的計算方法
常用節(jié)流裝置**壓損的計算公式如下：
孔板的壓損公式：
Δω=(1-β1。9)ΔP
V錐節(jié)流裝置的壓損公式: Δω= (1.3-1.25βv) ΔP
流量噴嘴(包括ISA 1932噴嘴和長徑噴嘴)的壓損公式：
Δω= (1 +
0.014β – 2.06β2 + 1.18β3)ΔP
出口錐度為15°的文丘里管的壓損公式：
Δω= (0.436 – 0.86β + 0.59β2)ΔP
出口錐度為7°的文丘里管的壓損公式：
Δω= (0.218 – 0.42β + 0.38β2)ΔP
以上各式中，Δω-**壓力損失，Pa, β-直徑比，βv-等效直徑比，
ΔP-差壓值，Pa
四.泵送(耗能)費
在許多請況下，由總的**壓力損失所造成的額外的耗能費，是在流量計選型時必須要考慮的一個重要因素。特別是對于較大口徑、較大流量的管道，由泵或壓縮機輸送流體所需的泵送費是很大的。在此情況下，應(yīng)選用一個**壓損小或無阻擋(不帶整流器)的流量計。這個流量計雖然可能貴些，但可以證明選用它是合算的。
1.泵送能耗值的計算
對于不同的介質(zhì)，采用不同的流量單位時，可采用以下不同的能耗值的計算公式：
(1). 對于液體：
W=(ΔωⅹQ)/(60ⅹη)
式中：W—能耗值，W(瓦);
Δω--**壓損值，KPa;
Q—工況下的體積流量值，L/min; η--泵和電動機的效率(常取η=0.8);
(2).對于氣體(蒸氣)：
W=(Zf1ⅹTk1 ⅹΔωⅹQscmh)/(10.415ⅹηⅹPfl)
式中：W--能耗值，W(瓦);
Δω--**壓損值，KPa;
Zf1--上游流動工況下氣體的壓縮因子; Tk1--上游取壓孔處氣體的**溫度，K;
Qscmh--標準狀況(293.15K,101325Pa)下，氣體的標況體積流量值，Nm3/h;
Pfl --工況下，上游取壓孔處，流動氣體的**壓力，KPa;
η--泵和電動機的效率(常取η=0.8)
(3).當被測量是液體或氣體(蒸汽)的質(zhì)量流量時：
W=(ΔωⅹQkph)/(3.6ⅹηⅹρfl)
式中：W---能耗值，W(瓦);
Δω--**壓損值，KPa;
Qkph --液體或氣體(蒸氣)的質(zhì)量流量, Kg/h;
η--泵和電動機的效率(常取η=0.8);
ρfl----在工況下,在上游取壓孔處，流動液體或氣體(蒸汽)的密度, Kg/m3;
2.年耗能費的計算：
可按下式計算每年的耗能費，元/年
年耗能費(元/年)=(W/1000) (運行時數(shù)/年)(?元/ 千瓦小時)
3. 耗能費計算例題
例題一, 流動調(diào)整器耗能費的計算例題
[1].已知條件：
被測介質(zhì)：天然氣;
所采用流動調(diào)整器的型式：贊克(Zanker)板式流動調(diào)整器;
被測介質(zhì)的相對密度，Gr = 0.6640;
工況下，被測介質(zhì)的平均流速，V = 30 m/s;
被測介質(zhì)的工作溫度，t = 15 ℃;
被測介質(zhì)的工作壓力，P = 5.5 MPa，表壓;
工況下，被測介質(zhì)的壓縮系數(shù)，Z1 = 0.87
管道內(nèi)徑，D = 500 mm
[2].要求計算得出該流動調(diào)整器，在上述流動條件下的年耗能費
[3]. 輔助計算：
(1)天然氣在標況下的密度，ρ20 = Gr ⅹ1.2046 =0.6640ⅹ1.2046= 0.7999 Kg /m3;
(2)天然氣在工況下的密度，
ρ=ρ20P1ⅹT20ⅹZn/{PnⅹT1ⅹZ1}
=0.7999 (5.5+0.1)ⅹ293.15ⅹ1/{0.1ⅹ(273.15+15)ⅹ0.87}
= 52.38 Kg /m3
(2)工況下，天然氣的體積流量，
Q =πD2 V/4=πⅹ0.52ⅹ 30ⅹ 3600/4= 21205.8 m3/h
(3)標況下，天然氣的體積流量，
Qscmh = Q ⅹP1ⅹT20ⅹZn/ {PnⅹT1ⅹZ1}
=21205.8ⅹ(5.5+0.1)ⅹ293.15ⅹ1/{0.1ⅹ(273.15+15)ⅹ0.87}
=1388656.112 N m3/h
[4].按下式計算贊克(Zanker)板式流動調(diào)整器的壓損值，Δω
Δω = (KPLⅹρⅹV2)/2 = [3ⅹ52.38ⅹ302]/2 = 70713Pa
= 70.713Kpa
[5]. 按下式計算贊克(Zanker)板式流動調(diào)整器的能耗值
W=(Zf1ⅹTk1 ⅹΔωⅹQscmh)/(10.415ⅹηⅹpfl)
=(0.87ⅹ288.15ⅹ70.713ⅹ1388656.112)/(10.415ⅹ0.8ⅹ5.6ⅹ1000)
= 527587.5771 W
[6].按下式計算贊克(Zanker)板式流動調(diào)整器的年耗能費
(假定當?shù)仉妰r為每千瓦小時1元)
年耗能費(元/年)=(W/1000) (運行時數(shù)/年)(?元/ 千瓦小時)
= (527587.5771/1000)(24ⅹ365)(1)= 4621677.18元
答案：在上述流動條件下，該贊克(Zanker)板式流動調(diào)整器的年耗能費
為462萬1677.18元
例題二(以中壓過熱蒸汽為例，計算用V錐取代孔板后，可節(jié)約的年耗能費)
命題：目前在ⅹⅹ石化公司，由第三熱電站向化工一廠輸送中壓蒸汽的管道上正在使用孔板流量計，它的有關(guān)參數(shù)如下：*大流量qmmax =150t/h，常用流量qmcom =105t/h，孔板的直徑比，β=0.6208，*大差壓ΔPmax = 111.57Kpa，在工況下,在上游取壓孔處，中壓過熱蒸汽的密度ρl = 7.24638 Kg/m3
要求計算：如用所設(shè)計的V形內(nèi)錐流量計取代目前正在使用的孔板流量計，在常用流量qmcom =105 t/h 下，每年可節(jié)約的耗能費。
計算：
(1)計算在常用流量 qmcom下，孔板流量計的常用差壓ΔPcom
ΔPcom =( qmcom / qmmax)2ΧΔPmax =(105/150)2 111.57Kpa =54.67Kpa
(2) 計算在常用流量qmcom下，孔板流量計的壓損δP1
δP1=(1 –β2)ΔPcom = (1 – 0.62082)54.67Kpa=33.6Kpa
(3)計算在常用流量qmcom下，V錐流量計的常用差壓ΔPcomV
ΔPcomV =( qmcom / qmmax)2ΔPmaxv =(105/150)2 25.241Kpa =12.37Kpa
(4) 計算在常用流量qmcom下，V錐流量計的壓損δP2
δP2 =(1.3 –1.25β)ΔPcomV =(1.3-1.25ⅹ0.75)12.37Kpa=4.484Kpa
(5)計算在常用流量qmcom下，孔板流量計與V錐流量計的**壓力損失的差值Δω
Δω=δP1 -δP2 =33.6–4.484 = 29.116Kpa
(6)按下式計算在常用流量qmcom下，由孔板所多消耗的能量值，W：
W =(Δωⅹqmcom) / (3.6ⅹηⅹρ1)
式中：W--所多消耗的能量值，W;
Δω--**壓損值的差值，KPa;
qmcom—過熱蒸汽的常用質(zhì)量流量,Kg/h;
η--泵和電動機的效率(常取η=0.8);
ρl:在工況下,在上游取壓孔處，過熱蒸汽的密度,Kg/m3;
∴W =(29.116ⅹ105000) / (3.6ⅹ0.8ⅹ7.24638)=146489.81W
(7)計算可節(jié)約的年耗能費
可按下式計算每年可節(jié)約的耗能費，元/年(如當?shù)仉妰r為：1元/ 千瓦小時)
年耗能費(元/年)=(W/1000) (運行???數(shù)/年)(1元/ 千瓦小時)
年耗能費=(146489.81/1000) (24ⅹ365))(1元/ 千瓦小時)=1283250.74元
答案：如用所設(shè)計的V錐流量計取代目前正在使用的孔板流量計，在常用流量qmcom =105 t/h 下，每年可節(jié)約的耗能費為128萬3250.74元
例題三(在大口徑管道中，采用科式力質(zhì)量流量計(CMF)計量油品時，年耗能費計算實例)
命題：目前在ⅹⅹ石化公司，在口徑為300毫米管道中，采用科式力質(zhì)量流量計(CMF)作為貿(mào)易輸送計量汽油的流量計。
有關(guān)工藝參數(shù)如下：
汽油流量Q = 800 m3/h ; 汽油密度ρ= 760 Kg/ m3 ; **壓力損失δω= 0.35 MPa ;
要求計算：年耗能費
計算：
(1)
流量換算：
Q = 800x1000/60 =13333.33 L/min;
(2)**壓力損失換算：
δω= 0.35ⅹ1000 = 350 Kpa;
(3)耗能量計算：
W=(ΔωⅹQ)/(60ⅹη) =(350 ⅹ13333.33)/(60ⅹ0.8)=97222.2W;
(4)年耗能費計算
可按下式計算每年的耗能費，元/年(如當?shù)仉妰r為：1元/ 千瓦小時)
年耗能費(元/年)=(W/1000) (運行時數(shù)/年)(1元/ 千瓦小時)
年耗能費=(97222.2/1000) (12ⅹ365))(1元/ 千瓦小時)= 42萬5833.33元
(在以上例題三中，按每日1.5個班[12小時]計算流量計的運行時間)
(5)分析：如何理解CMF有如此巨大的永揪壓力損失值?
原工藝管道的內(nèi)徑D為300 mm，而在CMF中則變成兩根細長的U型管，每一根U型管的內(nèi)徑d僅為80 mm。每根U型管的總長度約為4m。
在CMF的兩根細長的U型管中，流體的流通橫截面面積a僅為原工藝管道中流體流通橫截面面積A的14.2%。
證明如下：
a/A = [(πd2/4)ⅹ2] / (πD2/4)=[(802) ⅹ2] /3002=0.142 =14.2%
盡管在文獻1中，早有提示：“CMF不能用于較大管徑，目前尚局限于150(200)mm 以下”，此例應(yīng)屬于流量計的選型不當，它直接違背了米勒先生在其專著“流量測量工程手冊”中所提示的流量計選型原則。在使用中，CMF 的零點漂移嚴重，則是它的另一嚴重缺點。
五.流量計選型的基本要求
為了貫徹和實施國家標準GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》，流量儀表的合理選型是關(guān)鍵的一環(huán)?；诋斀窳髁坑嬃考夹g(shù)的發(fā)展水平，在進行流量計選型時，筆者認為：應(yīng)盡可能**滿足以下十條基本要求：
1.流量儀表的重復性要好(小于0.1%);
2.流量測量系統(tǒng)的總準確度要較高(優(yōu)于±0.5%);
(對于非貿(mào)易輸送的計量系統(tǒng)，可適當降低1和2的指標)
3.流量計本身有相當強的流動調(diào)整能力，要求較短的直管段，無需流動調(diào)整器;
4.總的**壓力損失要小、耗能費要少;
(對于大口徑、大流量的流量計，尤其要求總的**壓力損失要小);
5.流量測量的量程比要較寬(至少10：1);
6.流量計本身有自清掃能力，可測量臟污流體，無需過濾器;
7.流量計本身耐受流體磨蝕能力要強，性能要長期穩(wěn)定，可靠耐用;
8.流量計本身無可動部件，檢定周期較長，使用壽命較長;
9.流量計本身故障率要小，維護與修理費用要少
10.流量計的購置費與校準費要適中，安裝與運行花費要少。
國內(nèi)外大量的實驗和測試結(jié)果及使用經(jīng)驗都已證明：V錐流量計能較好地**滿足以上流量計選型的這十條基本要求。
六.參考文獻
1.“流量測量方法和儀表的選用”，蔡武昌等編著，化工版，2001年4月，第1版，188頁
2. ”Flow Measurement Engineering Handbook”，R.W. Miller, McGRAW HILL, Third Edition, 1996
3. International Standard ISO 5167 –1 , Second Edition, 2003 –03-01
Part 1: General principles and requirements
公安機關(guān)備案號：
