1 前言

      精確的測量技術是能源管理的基礎。能源計量是以流量儀表為核心的。現在工業上經常使用的流量儀表有下列幾種：

      ○差壓式流量計：標準孔板，標準噴咀，文丘里管，均速管，彎管等流量計。

      ○葉輪式流量計：渦輪流量計，葉輪式水表。

      ○渦街流量計

      ○電磁流量計

      ○超聲波流量計

      上述五種類型流量計在工業上獲得廣泛應用，尤其是差壓式流量計在電站、化工、鋼鐵等高溫高壓的場合非其莫屬。本文所討論的內容，主要是差壓式流量計中標準孔板和標準噴嘴，因其資料齊全，可以從量的方面進行分析和討論。其他型式的流量計只是和差壓式流量計作些比較，以便選用。

      所謂從量的方面進行分析和討論，也就是說：裝一只流量儀表，流過多少流量，產生多少阻力損失，損失多少能量，通過換算，折合多少度電，乘以電價，就能得出一只流量儀表一年化掉多少錢。通過經濟核算，重新審視流量計在工業上的實際應用。

      2 流量計能耗計算

      管道上如果裝置一臺差壓式流量計，例標準孔板、噴嘴，必然有壓力損失，其壓力損失為：

    其中ξ為阻力系數

    ρ為流體密度kg/m³

    u為管道平均速度m/s

    δ_p為壓力損失Pa；

    對公式（1）作一些變換：

    式中D為管道內徑mm，

    q_v為容積流量m³/h

    將公式（2）代入公式（1）得到：

    其中ξ對于標準孔板和標準噴嘴為：

    推導從略。其中

    d為孔板或噴嘴開孔直徑mm

    D為管道內徑mm

    C為流出系數

    這樣就可計算孔板和噴嘴的阻力系數。

    能量損失公式為：

    其中δ_p為壓力損失Pa

    q_v為容積流量m³/h

    △wh為每小時能量損失kj/h。

    將公式（3）代入公式（5），并換算成kWh，1kWh=3600kj，得：

    △wh"為每小時能量損失kWh/h。

    如果流量計年運行7500小時，則

    △wy為年能量損失kWh/y。

    如果考慮到電機和水泵的效率

    電機η_電=0.90水泵η_泵=0.70，則實際年能量損失為：

    如果電價1kWh為X元，則年損失“費用”總數為：

      由上述公式（8）看到，能量損失與容積流量qv的立方成正比，與管道直徑D的四次方成反比。一般來說，氣體和蒸汽容積流量很大，而液體（水）容積流量很小，因此氣體和蒸汽的能量損失此液體（水）要大許多。

      3 標準孔板，標準噴嘴的阻力系數ξ計算

      標準孔板：雷諾數Re=7×10⁴，由表1看出，設計孔板時，β值盡量取大，最好大于0.60。

      標準噴嘴：雷諾數Re=7×10⁴，由表2看出，設計噴嘴時，β值盡量取大，最好大于0.50。

      這樣阻力系數均小于10。

      在其他Re時，C、ξ相差很小。

      4 其他流量計阻力系數的計算

      1）渦輪流量計：

      根據制造廠資料計算，得出表3。

      2）渦街流量計：

      當d/D=0.281時，阻力系數ξ=2.4

      3）彎管流量計

      當D由小變大時，阻力系數ξ=1.5～0.5

      5 能耗計算舉例

      能耗計算共10例，列于表4，具體計算從略。

      表能4編制：

      1）編號1、2、10為一組，介質為水，在相仝參數，管徑，流量的情況下，用孔板，噴嘴，渦輪作能耗比較，噴嘴優于孔板，渦輪優拾噴嘴。

      2）編號3、4為一組，介質為空氣，在相仝的參數，管徑，流量的情況下，用孔板噴嘴作能耗比較噴嘴優于孔板。

      3）編號5、6、7為一組，介質為過熱蒸氣，在相仝參數，管徑，流量的情況下，用噴嘴，孔板，文丘里噴嘴作能耗比較，噴嘴優于孔板，文丘里噴嘴優于噴咀。

      4）編號8、9為一組，介質為飽和蒸汽，在相仝參數，管徑，流量的情況下，用彎管和渦街作能耗比較，彎管優于渦街。

      6 討論

      1）由表4，流量計能耗計算表中看到，各種流量計對不同介質有不同的能耗，氣體和蒸汽的能耗比液體（水）的能耗要大得多。特別對蒸汽流量的測量更要予以關注。例如表4中編號5、6、7為噴嘴、孔板、文丘里噴嘴對高溫高壓過熱蒸汽量的測量是一個很典型的例子，孔板、噴嘴、文丘里噴嘴的阻力系數去分別為4.72、1.34、0.1747，其能耗分別為441×10⁴、125.2×10⁴、16.3×10⁴kWh/y。對目前300MW、600MW大型發電機組而言，根據測算，如果測量裝置用噴嘴，年耗能在250×10⁴～450×10⁴kWh。如果測量裝置用文丘里噴嘴，年耗能在32×10⁴～54×10⁴kWh。兩者比較差距非常明顯。

      2）從設計角度看，在需用孔板或噴嘴的場合，則用噴嘴為宜，而其β值盡量取大，差壓△P盡量取小。在孔板、噴嘴可用可不用的場合，使用其他流量計。可選用無壓損或小壓損流量計，例電磁流量計，超聲波流量計，渦街流量計，渦輪流量計，彎管流量計等。

      3）在選用流量計時，要增加一個考核指標，即自身能耗，以便用戶一次性投資和日常消耗作比較，確定更為合理的應用方案。

      4）對儀表制造廠而言，要為用戶提供阻力系數表或者能耗指標，以便用戶選用。

      7 結論

      上述計算與分析表明，流量儀表本身的能耗是可觀的。經濟的發展對節能有更高的要求，流量儀表該如何改進和選型是值得思考的問題。對用戶來講，流量儀表日常能耗和一次性投資需要加以分析和權衡。對制造廠而言，制造什么樣的流量儀表，更能符合用戶的要求，需鄭重考量。這也是儀表研究單位面臨的重要課題。