能源監(jiān)測的必要性 　　 過去10年，我國GDP年增長率都達到10%以上，受世人矚目。但這種高增長卻是以高耗能為代價的。我國單位產(chǎn)值耗能水平為國際平均水平的2.5倍，分別為美國、歐盟、日本的2.5、4.9、8.7倍，每年耗煤達14.2億噸。如“十一五”GDP要翻一番，按目前的耗能水平，年產(chǎn)煤將近30億噸，無論從資源、生產(chǎn)還是從安全、運輸、環(huán)保的角度考慮，都是難以為繼，無法承受的。“十五”期間，中央曾下達了節(jié)能指標，要求在保證GDP增長前提下，單位耗能水平應下降15～17%，而執(zhí)行的結(jié)果卻是上升了7%。再不狠抓節(jié)能，高耗能必將成為我國經(jīng)濟進一步增長的瓶頸。因此，中央在“十一五”期間將狠抓節(jié)能降耗，列為經(jīng)濟建設的重中之重，要求在確保GDP翻番的同時，單位產(chǎn)值耗能應下降20%。為確保貫徹實施制定了國際GB17167，要求耗能達一定水平的單位及設備都必需安裝儀表進行監(jiān)測，用科學的方法，用數(shù)字來評估節(jié)能降耗的效果。 流量儀表在節(jié)能監(jiān)測中的地位 　　 事實說明，節(jié)能降耗僅宣傳無濟于事，必須立法，用具體的數(shù)字、指標進行監(jiān)督，并落實到各級地方和企業(yè)領導。為此，制定了國標GB17167－2006，其中 五條（4.3.2，4.3.3，4.3.4，4.3.5，4.3.8）為強制條款，不僅規(guī)定了用能達到一定水平的單位與設備必須安裝監(jiān)測儀表，而且對用能的大小，監(jiān)測儀表的種類以及準確度的等級都做了明確的規(guī)定。 在能源監(jiān)測儀表中，除電能用電表、固態(tài)煤用稱重儀表外，其他氣態(tài)、液態(tài)能源（如原油、成品油、重油、渣油、天然氣、液化氣、煤氣…），以及載能工質(zhì)（水蒸汽）都必須采用流量儀表，即使對于固態(tài)煤，在流程工業(yè)連續(xù)作業(yè)時，也可采用沖板式流量計，或氣固二相微波流量計。因此，流量儀表在節(jié)能降耗監(jiān)測中具有舉足輕重、無法替代的重要地位。 能源監(jiān)測流量儀表的特點 　　 流量儀表的原理多達十余種，類型近200多，合理選用并非舉手之勞，限于篇幅本文略去一般的選型規(guī)則，著重談一下在能源監(jiān)測中選擇流量儀表應注意的兩個問題： 準確度 　　 能源監(jiān)測中，流量儀表的準確度應放在重要的位置上，GB17167為此也做了合理、明確的規(guī)定。既然要求流量儀表對節(jié)能降耗的效果進行準確的量化，它就應具有必要的準確度。否則，知之渺渺，如何評估節(jié)能效果，又如何“對癥下藥”，進一步采取節(jié)能措施呢？當然，也并非越準確越好，因為準確度高的儀表價格都十分昂貴，還應考慮企業(yè)的承受能力。因此GB17167實事求是地根據(jù)監(jiān)測對象做了不同的要求：如測燃油流量，準確度應為0.5～1級；測天然氣、煤氣流量可為2級；而測水、水蒸汽流量可低至2～2.5級。這里要強調(diào)的是準確度，不是流量系數(shù)的分散度，還應包括校驗裝置的流量不確定度。 因此，有些儀表，如測點速來推算流量的儀表（如雙文丘利、皮托管…）就不宜選為能源監(jiān)測儀表，特別是在管徑較大、直管段長度無法保證，管內(nèi)流速分布不理想的情況，更應避免。 永久壓損　 　　 用于監(jiān)測降耗的流量儀表，不僅本身不節(jié)能，而且還將以壓力損失的形式消耗能源，耗能的大小取決于儀表的結(jié)構(gòu)。 當流體流過儀表內(nèi)阻力件時，（如孔板、噴咀、內(nèi)錐、漩渦發(fā)生體、檢測桿、靶…），都將會在阻力件后產(chǎn)生漩渦，如同機械運動中的摩擦，這是一個不可逆等熵過程，將消耗流體的能量，使流體的壓力不可能恢復到原來的數(shù)值。噴咀、內(nèi)錐等流量儀表都會有這樣的損失。丘利管雖有擴張段可使流體的動能轉(zhuǎn)換為位能，也存在流體與管壁摩擦產(chǎn)生的壓損，只是較漩渦產(chǎn)生的壓損要小得多。 　　 永久壓損計算公式：本文略，參見R、W、Miller 流量測量工程手冊。 　　 由于儀表內(nèi)部的阻力件所造成的流體能量損失，將使流動減緩，流量降低。為維持正常的工藝過程，必需加大泵（或風機）的動力；增加的這部分動力是由于流量儀表的壓損引起的。對有些儀表來說，這是一個不菲的數(shù)字。 　　 以下計算了三種常用儀表（孔板、內(nèi)錐、均速管），在不同口徑下的年運行費，列于表１。 　　 以上計算流體為空氣，流量按管內(nèi)平均流速的25m/s計算，溫度20℃，壓力102kpa。風機效率為0.85，孔板為0.62；內(nèi)錐為0.7；全年工作8760小時（365×24），電費每千瓦小時為0.8元人民幣。如假設參數(shù)變化，結(jié)果會有不同。因此，上述計算結(jié)果只能做為不同儀表耗能的定性評估。 　　 表1所列的數(shù)據(jù)表明：當孔板口徑大于0.3米；內(nèi)錐口徑大于0.5米時，年運行費過于巨大，難以令人接受。但當管徑較小時，仍可應用。均速管這類插入式儀表壓損小，特別適用于大口徑管道。 幾種類型流量儀表的選用 　　 節(jié)流裝置 　　 這類儀表可經(jīng)受惡劣的工況，占流量儀表市場50%以上的份額，歷史悠久，根據(jù)應用中的問題，仍不斷涌現(xiàn)新型的儀表。 ■ 孔板 　　 孔板積累了數(shù)十年的使用經(jīng)驗，建立了數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)庫，同時具有國際、國內(nèi)標準，目前的安裝率也是最大的。但近兩年公布了ISO5167新標準，進一步要求加長前直管段后，應用面臨較大困境。從節(jié)能角度來看，它是壓損最大的一類流量儀表。當管徑較大時，壓損所引起的年運行費令人難以接受，且還因無法滿足直管段長度，準確度也無法保證，它在國內(nèi)外市場中均已呈下降的趨勢。 ■ 內(nèi)錐 　　 由美國MCCROMETER公司1986年推出，由于流體的沖刷，可用于多相臟污流體（如焦爐煤氣）；且因錐體有整流作用，要求直管段長度僅幾倍管徑，在ISO5167新標準公布后，倍受業(yè)內(nèi)關注。但有些宣傳，如壓損小、準確度高等言過其實。天津科特公司是研制、銷售內(nèi)錐的專業(yè)企業(yè)，對內(nèi)錐的準確度及壓損進行了系統(tǒng)的研究、測試，結(jié)果如下： 準確度：對口徑100至800mm的內(nèi)錐進行了標定，結(jié)果列于表2。數(shù)據(jù)表明，當管徑較大時，由于加工、安裝的原因，所引起流出系數(shù)離散性（也反映了準確度），可達到5%。 壓損：內(nèi)錐的永久壓損芇e計算公式為：芇e＝（1.3－1.25b）芇，芇為輸出差壓。 根據(jù)不同b值，來計算孔板和內(nèi)錐的永久壓損占輸出差壓的比值列于表3。數(shù)據(jù)表明，內(nèi)錐的壓損，特別是在b值較小，在0.4～0.45范圍，與孔板十分接近；而如果選用較大的b值，意味著環(huán)形通道加大，整流效果將會降低，又會影響準確度，因此b值多選為0.55～0.65。因此，內(nèi)錐流量計并不是節(jié)能儀表，從“節(jié)能降耗的要求來推廣內(nèi)錐流量計的必要性”理由并不充分。 羅洛斯管（lo-loss） 　　 入口錐角約40°，在節(jié)流后有一個錐角約5～7°的擴張段，流體可在不產(chǎn)生漩渦狀態(tài)下使動能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)化為位能，壓損小，是一種節(jié)能儀表，但如要求較高的準確度，仍要求較長的直管段長度。 ■ 梭式 　　 2005年公布的專利產(chǎn)品，它取內(nèi)錐環(huán)形通道要求直管道較短的優(yōu)點，而避其壓損較大的缺點；又取羅洛斯管無漩渦，動能有序恢復為位能的優(yōu)點，在內(nèi)錐加了一個尾錐形成梭體，因而壓損較低。此外，專利還為適應現(xiàn)場直管段較短，采取了一些措施以提高準確度。 ■ 插入式 　　 以測管道內(nèi)一點（或幾點）流速來推算流量的儀表。特點是結(jié)構(gòu)簡單、價廉、安裝拆卸方便、壓損?。坏珳蚀_度往往只能達到±2～5%，僅測一點流速的流量計，在直管段長度不足時，準確度可能低于±3%，制約了它被選為能源監(jiān)測儀表的空間，常用有以下幾種： ■ 雙文丘利管 　　 突出優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，輸出差壓較大，但準確度根據(jù)ISO7145的評估，最好情況下也能達到±3%，基本上無法滿足能源監(jiān)測儀表對于準確度的要求。 ■ 熱式　 　　 低速性能較好，僅限于測潔凈、干燥的氣體，不僅直管段長度而且氣體組分對準確度的影響都較大，準確度較低，不適用于能源監(jiān)測。 異型皮托管（亦稱測管） 　　 近一、二年被國內(nèi)冶金行業(yè)廣泛采用，用于測量廢氣（轉(zhuǎn)爐、焦爐煤氣…）的一種插入式流量計，其結(jié)構(gòu)類似于日本的異型皮托管（見日本工業(yè)標準28808），優(yōu)點在于垂直于管道軸線的切口，有利于廢氣中的固體粉塵及液滴排出，不似一般均速管易于堵塞；此外，它是單支標定，不存在均速管所測差壓未必是管道平均流速差壓的問題。由于其結(jié)構(gòu)的特殊，其流速系數(shù)約為0.85，使用前必需標定。從能源監(jiān)測的角度來評價這種儀表，壓損小，可用于測臟污廢氣都是突出優(yōu)點，而準確度是否能達到相關文章所介紹的為±2～3%，則令人質(zhì)疑。它僅有的三個測點部位于管道上方，測點的位置及數(shù)量均未按ISO3966的要求，沒有充分反映管道中的流速分布，文章在分析誤差中“忽略”了由于流速分布不理想而引入的干擾系數(shù)。在直管段不足時，它將是最大的誤差源。 ■ 均速管 　　 均速管通過測管內(nèi)多點流速來推算流量，一般準確度可達到±1.5～2%，可用于能源監(jiān)測中大管徑且對準確度要求不太高的場合（如測水），如果直管段不足，可在管道中相近截面同時插入二支均速管，互成90°，測點的數(shù)量及位置基本可達到ISO3966的要求，至于易堵塞問題，可采取反吹法，也可吸取測管的優(yōu)點，設計一種既有均速管易于安裝、價格低廉又不易堵塞的新型儀表。 ■ 無阻力件流量儀表　　 　　 這是近五年發(fā)展最快的一類流量儀表，據(jù)權(quán)威網(wǎng)站評估，以下三種儀表世界市場的年增長率分別為2%、6.9%、10.4%，其特點是管內(nèi)無任何阻力件，壓損小，機械結(jié)構(gòu)簡單，而功能日趨完善，準確度高。 ■ 電磁　　 　　 電磁是目前流量儀表市場銷售額最大的產(chǎn)品，但不能測油品、氣體能源的流量。 ■ 科氏 　　 管道中雖無阻力件，但為產(chǎn)生科氏力，必需強制被測流體轉(zhuǎn)180°，因而壓損較大但準確度可高達±0.2～0.5%，口徑一般小于0.2米，無直管段要求，價格較貴。歐美各國多用它測能源及貴重的流體，以減少貿(mào)易核算中的爭議，在中國目前尚未廣泛采用。 ■ 超聲波 　　 由于它可測氣、液各種流體，不僅壓損小，準確度也可高達±0.5%，量程比寬，是當前發(fā)展最快、最適用于能源監(jiān)測的流量儀表。超聲波液體流量儀表的技術(shù)已經(jīng)較成熟，而聲波在氣體中的傳播阻力較通過液體大得多，據(jù)美國GE公司介紹，接受反射回來的信息僅為發(fā)射的萬分之一，時差僅10－9－10－12ｓ。國外近七、八年基本解決了信息微弱的難題，已有產(chǎn)品問世，且已制定了相應的標準，成為國內(nèi)外天然氣貿(mào)易結(jié)算的主要計量儀表，只是價格還較貴。國內(nèi)上海、北京相繼也有產(chǎn)品進入市場，但尚存在準確度不夠高、抗噪聲干擾能力較低的缺點，雖已有用于測高爐焦爐煤氣，還未完全進入貿(mào)易計量領域。 　　 近二年，國外已推出外夾式氣體超聲波流量計，有的廠家甚至宣稱精確度已達到±0.5%，而據(jù)國外資深專家指出，由于受管道材質(zhì)、涂層、厚度…及安裝位置多因素的影響，客觀地說準確度達±2%，已很不易。目前來看，氣體超聲波流量計以其結(jié)構(gòu)簡單，功能完善，準確度高，安裝簡便，可適用于各種管道，是能源監(jiān)測中最具有發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績x表。 討論 　　 本文強調(diào)用于能源監(jiān)測流量儀表的兩大特點：必要的準確度及較小的壓力損失。 目前還沒有十全十美的儀表，每一種儀表都只能在某一特定條件下發(fā)揮作用，如內(nèi)錐，當直管段短時，它較經(jīng)典式節(jié)流裝置優(yōu)越，仍可維持較高的準確度，但壓損并不是宣傳的那么?。挥秩绮迦胧絻x表，壓損倒是不高，價格也不貴，但準確度往往滿足不了監(jiān)測的要求。超聲波流量計壓損小，準確高，但價格太貴，只能用于重要的貿(mào)易計量，而非一般用戶，處處可以選用。因此，選用時要反復比較，切勿聽信一面之詞。 　　 在儀表的說明書中，廠商都會將儀表的性能介紹得十分優(yōu)越，如準確度。這里姑且不考慮有些是無中生有，有忌誤導，不少負責任的廠家確實是在不同的實驗室中，在相對比較理想的條件下，通過標定得到了這些技術(shù)指標，問題在于工業(yè)現(xiàn)場一般是無法滿足提供實驗室的理想條件。在選擇儀表時請勿忽略這個因素。 　　 近百年來，有些流量儀表如孔板、噴咀…在應用中不斷完善、且積累了數(shù)以萬計的試驗數(shù)據(jù)，建立了標準。但有些問題，如壓損大，要求直管段太長，現(xiàn)場無法滿足，以及長期的穩(wěn)定性較差等缺點難以克服，特別是ISO5167新標準公布后，進一步制約了它的應用。在此背景下，涌現(xiàn)了一批新的儀表，如內(nèi)錐、插入式、超聲波…，這些儀表在開始問世時，會有些缺點，有待在實踐中不斷改進、完善、面對這個問題，業(yè)內(nèi)專家們究竟采取什么態(tài)度，是橫加指責，還是盲目支持？都不可取。只有肯定優(yōu)點，指出不足，并提出改進意見才有助于新產(chǎn)品的不斷完善，逐步取代無法適應工程技術(shù)不斷發(fā)展的舊產(chǎn)品?！俺林坌迸锨Х^”，這是不以人主觀意愿為轉(zhuǎn)移的客觀規(guī)律。