從節能角度看流量計的選擇
摘 要： 為了分析常用流量計的能耗，理論推導了常用流量計能耗的計算公式，并結合實際工程數據進行了計算。計 算結果表明，標準孔板和標準噴嘴流量計的能耗最大，且能耗隨著直徑比的增大而降低；渦街流量計和電磁流量計的能 耗次之；超聲波流量計的能耗最低。因此在保證精度的前提下，采用無節流、阻流元件的流量計具有較好的經濟效益。
引 言：流量計量是工業和市政系統中比較重要的系統， 是貿易結算和效益分析的重要依據。對于DN400mm及以上管徑來說，常用的流量計有差壓式流量計 （例 如孔板流量計、噴嘴流量計等）、渦街流量計、電磁流量計以及超聲波流量計等。 通常，設計單位和建設單位在選擇流量計時主要 考慮計量的精度，精度標定的方便程度、表計的初期投資和表計的可靠性等因素，一般對表計的能耗不會做太多的分析。本文就常用流量計的能耗進行了分析 論證。流量計量儀表的能耗主要體現在以下兩個方面， 即因儀表的節流導致的機械損失和儀表的電損失。兩 者之和可以作為流量儀表的總能耗。
一、常用流量計介紹
1、差壓式流量計
差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。差壓式流量計由一次裝置 （檢測件）和二次裝置（差壓轉換和流量顯示儀表）組成。 差壓式流量計是一類應用最廣泛的流量計，在各類流 量儀表中其使用量居首位。
檢測件又可按其標準化程度分為兩大類，即標準檢測件和非標準檢測件。其中，標準孔板一般在工程中采用得最多。
2、渦街流量計
渦街流量計是根據卡門（Karman）渦街原理研究 生產的。它的特點是壓力損失小、量程大、精度高，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、 黏度等參數的影響。
3、電磁流量計
電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一 種測量導電性液體的儀表。它的特點為測量通道是一 段光滑的直管，不會阻塞、不產生壓力損失，節能效果好；流量大，口徑寬。
4、超聲波流量計
超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用以測量流量的儀表。超聲流量計屬無阻礙流量計，是解決流量測量困難問題的一類流量計，特別是在大口徑流量測量方面，有較突出的優點。近年來， 超聲流量計是發展迅速的流量計之一。
二、常用流量計的壓力損失
1、差壓式流量計的壓力損失
根據 GB/T 2624.2—2006 用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量第2部分：孔板和GB/T 2624.2—2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量第3部分：噴嘴和文丘里噴嘴標準孔板及噴嘴的壓損公式為：
Δω= 1 2 Kρ1v2 ，（1）
K= 1- β4 (1- C2 姨 ) Cβ2 β β - 1 2 ， (2)
C=0.596 1+0.0261 β2 - 0.216β8 +0.000 521 106 β β β ReD 0.7 +(0.018 8+0.006 3A)β3.5 106 β β ReD 0.3 +(0.043+0.08e- 10L1 - 0.123e- 7L1 )(1- 0.11A) β4 1-β4 - 0.031(M2'- 0.8M2' 1.1)β1.3， (3)
L1=l1/D， (4)
M2'= 2L2' 1-β ， (5)
A= 19 000β β β ReD 0.8 ， (6)
式(1)～(6)中，Δω為孔板及噴嘴的壓力損失，Pa；K為孔板及噴嘴的壓力損失系數；ρ1為流體的密度，kg/m3 ； v為流體的流速，m/s；β為直徑比；C為流出系數； ReD為根據管道直徑D計算出的雷諾數；A為由管道雷諾數和直徑比確定的管道系數；L1為孔板上游端面到上游取壓口的距離l1除以管道直徑D得出的商；M2' 為位置系數；L2'為孔板下游端面到下游取壓口的距離l2' 除以管道直徑D得出的商。
對于不同的取壓方式，L1與L2'的取值如下：對于角接取壓口，L1=L2'=0；對于D和 D/2取壓口，L1=1， L2'=0.47；對于法蘭取壓口，L1=L2'=25.4D 。
2、渦街流量計的壓力損失
根據JB/T9249—2015渦街流量傳感器，可推導出渦街流量計壓力損失公式為：δp= 12CDρU2 ， (7)
式(7)中，δp為永久壓力損失，Pa；CD為流體阻力系數，一般取2.4；ρ為流體密度，kg/m3 ；U為平均流速，m/s。
3、其他流量計的壓力損失
電磁流量計和超聲波流量計均無節流元件，其壓力損失約為0Pa。
三、常用流量計的直接電耗
通過查各類流量計的樣本，可得各種流量計的用電功率如表1所示。
表 1 常用流量計的用電功率統計表
四、標準孔板能耗的定量計算
下面以山東省城鄉規劃設計研究院2018年市政施工圖設計項目中的一個設計實例來分析各種流量計的能耗。該項目為山東省濰坊市一供水公司供水管道項目，工程條件為：供回水壓力1.6MPa、1.1MPa，設 計流量1200t/h，常用流量1000t/h。流量計主要設 計參數如表2所示。
表 2 流量計主要設計參數表
將以上參數代入本文的公式中并按照規范規定的直徑比優選值 0.44、0.52、0.57、0.62，可計算得出不同直徑比下孔板和噴嘴的機械能耗一致。表3為含有節流元件的流量計機械功率損失表。
3 含有節流元件的流量計機械功率損失表
以1a計算，電價 0.6909元/(kW·h)，每年表計產生的能耗及費用如表4所示。
表 4 能耗與費用計算表
五、結語
上述計算和分析表明，標準孔板和標準噴嘴流量計的能耗最大，且能耗隨著直徑比的增大而降低；渦街流量計和電磁流量計的能耗次之；超聲波流量計的能耗最低。含有節流元件的流量計由于存在壓力損失， 所導致的用電量和用電費用的增加是相當可觀的。
流量計的節能對供水企業降低運營成本，提高生產效益具有重要的意義。建設資源節約型社會對節能有更高的需求。如何實現流量測量儀表節能和降耗是 值得業內人士思考的問題。為盡量減少能耗及由此產 生的費用，應當在保證精度的前提下采用無節流、阻 流元件的流量計，同時在工程中應將節能作為選擇流量計的重要依據。
