[资料] 客观对待内锥流量计与节能降耗的关系

—关于内锥流量计推广的一些商榷意见

毛新业 孙淮清

  摘要：本文从准确度、永久压损两个方面，对内锥流量计是否为节能降耗监测流量仪表，是否亟待大力推广应用提出一些看法。
  
  关键词：内锥流量计 节能降耗 准确度 永久压损
    近两年，在多个期刊上都可看到一篇文章（以下简称该文），该文呼吁“从节能降耗要求看推广应用内锥流量计的必要性“。内锥流量计作为一种新型的节流装置，确有一些如要求直管段较短等优点，但是否如该文所说它是一种理想的节能仪表，因而是实现监测节能降耗唯一、最佳的选择而亟待大力推广？业内不少人士都难以苟同。我们也提出以下一些看法，供读者参考。
    节能监测流量仪表的特点[2][3]
   
  当前，节能减排已是我国经济建设的重中之重，用仪表进行科学评估是行之有效的方法，流量仪表在其中占有重要的地位，它应具有以下两个基本条件：
  
  1. 准确度较高
  
  用于监测节能降耗的流量仪表应具有一定的准确度，否则，就难以用数据明确地说明节能效果，也无法进一步采取节能措施。因此，国标GB17167对流量仪表的准确度都有明确规定，一般为1～2.5级。
  
  2.永久压损不宜过大
  
  流量仪表在此是监测节能降耗的，但它本身不仅不能节能，还须消耗能量，其压损大小与仪表的结构有关，在此特情况下，应首先选择那些压损不大的仪表。
  
  二、内锥流量计是最理想的能源监测仪表吗？
  
  1. 内锥流量计在我国过热的背景
  
  内锥流量计（V-coneflowmeter）是美国MCCROMETER公司于上世纪八十年研制推向市场的。二十年来，在国外主要用于测湿气体、气固、气液二相脏污流体的流量，取得了较好的效果，尚未听说要推广到一切领域，要用它取代经典节流装置的说法。
  
  2003年初，国际标准化组织公布并要求实施节能装置新标准—ISO5167：2003E。它对经典节流装置前直管段长度较旧标准提出了更为苛刻的要求，现场难以满足，用户普遍寻求一种对直管段长度要求较低的仪表，内锥流量计恰好具备了这个特点，再加上我国近两三年来举办了60～70次以宣讲新标准ISO5167为名、行推销内锥流量计为实研讨会、学习班，在这种“扬长避短“的热炒下，内锥流量计在全国遍地开花，形成了过热的现象。以十七届MICDNEX2006为例，国内外展出内锥流量计的厂商共33家，其中国外（含合资企业）仅3家，约占9%，而国内展出厂家占91%，其它产品国外大约占40%左右。不仅如此，国内展出的内锥流量计均为国外仿制品，没有创新，这种低水平的重复就造成了市场中激烈的压价竞争恶果。
  
  2.内锥流量计的技术特点
  
  ①要求前直管段长度较短。由于存在内锥，流体在流量计中的流动形成了两个特点：
  
  a.内锥所形成的环形通道逐渐减小，使流体流速加大、压力降低，这种流动在流体力学实验中证明是可以减小、甚至消除漩涡的。
  
  b.内锥与管壁之间形成了环形通道，它在内锥直径最大的地方形成最窄的通道，其作用类似于流动调整器的管束，具有减少漩涡、改善流动方向的作用。内锥流量计的内锥不仅具有节流作用，还具有整流作用，相当于附加了一个流动调整器（Flow Conditioner）。因此，它可以在直管段不够长的情况下，较其它节能装置能获得较高的准确度。
  
  ②准确度在应用条件下达不到±0.5%。流量仪表的准确度不仅取决于本身，还取决于使用条件。只能说在直管段长度不足的条件下，内锥流量计由于环形通道的整流作用，准确度有可能优于经典式节流装置（孔板、喷嘴）。而由于生产加工、安装和现场条件等因素的影响，其准确度往往达不到该文所宣称的±0.5%。
  
  天津科特公司是一个研制、销售内锥流量计的专业公司，其所公布的数据较为可信，该公司曾对口径从15mm至1600mm不同βν值 下的内锥流量计做了大量的检定工作，部分数据列于1[4].
  表1 水标定内锥流量计流出系数离散性

管径（mm）	βV	流出系数C范围	离散性%
100	0.47	0.8633~0.8752	1.375
150	0.60	0.8275~0.8400	1.51
200	0.55	0.8165~0.8428	3.18
600	0.43	0.7867~0.8314	5.68
800	0.44	0.8209~0.8600	4.76

  
  表1所示的数据表明，当口径较小时（小于150mm），由于内锥的加工、安装比较精确，流出系数的离散性约为1.5%；而当口径为600mm~800mm时，由于加工、安装较差，流出系数离散性将达到5%左右。这里还要强调：
  
  该公司所标定的内锥流量计βν为0.43~0.6，有利于减小离散性，如大于0.85，离散性还将加大。流出系数的离散性还不是仪表的准确度，准确度还应包括校验装置的流量不确定度。
  
  ③内锥流量计的压损。
  
  a.内锥与孔板的压损相差无几，内锥流量计永久压损的计算公式为：
  
  式中：
  Pe—永久压损；
  △ P—输出压差；
  βν—直径比。
  
  根据不同的βν值，计算管、控板、内锥两种流量计的△Pe/△P比值，列于表2，绘于图1.
  
  

表2 内锥与孔板压损比较

βν	内锥压损△Pe/△P	孔板压损△Pe/△P	内锥压损/孔板压损
0.4	0.80	0.81	0.981
0.45	0.74	0.77	0.961
0.55	0.61	0.68	0.897
0.65	0.49	0.58	0.845
0.75	0.36	0.46	0.783
0.85	0.24	0.41	0.585

  
  从表2及图1可见，内锥的压损比孔板小，而大于喷嘴，特别是当βν值小于0.55时，相当于孔板的90%，而不如该文所说1/4.
  
  b.管径较大时，压损才应引起足够的重视。我们对不同口径的三种差压计量计（内锥、孔板、均速管）因永久压损而带来的年运行费进行了计算[2][3]，结果表明，在口径较小（小于150mm）年运行费相差并不大，当管径增加1倍，年运行费增加4倍，呈几何级数增长，因此只有当管径较大时，压损所造成的经济损失才应引起足够的重视，更不宜以此排斥其它压损较大的流量仪表（如孔板、容积、科氏等）在口径较小的选用。
  
  3.技术特点是相互制约的
  
  内锥流量计的一些技术参数是相互关联、相互制约的，不可能同时都处于最佳状态，如：
  
  ①要求在直管段较短的情况下要取得较好高准确度，就应选用较小的βv值（0.45～0.6）而在此βv下，永久压损即相当于孔板的88%～96%，失去了压损小的特性。
  
  ②如该文所建议取βv值为0.8以上，内锥的压损可下降为孔板的58.5%，约一半；而这样选用的结果是降低了整流效果，失去了在直管段不长情况下仍能维持较高准确度的特点。
  

  4.小结
  
  综上所述，按照能源监测流量仪表的两个基本条件：较高的准确度；较低的压力损失。而内锥流量计顾此失彼，难以兼顾，这是不能随意忽视的客观规律。因此，它不是能源监测最理想的流量仪表，更谈不上“从节能降耗看亟待推广应用内锥式流量计的必要性”。
  
  三、讨论
  
  1.目前尚不存在十分完善的流量仪表。由于影响流量仪表的因素较多，现场条件也千变万化，因而流量仪表的原理有十余种，类型200多个，犹如各种不同的药品可治疗不同的疾病一样，目前还没有听说过哪一种流量仪表完善到足以取代其它流量仪表。虽然市场的发展趋势有利于新型流量仪表（超声、电磁、科氏），据知名网站（Flow Research）评估，这三种仪表五年（2002～2007年）世界市场的年均增长率达到了6.2%，但其总裁仍表示，由于传统流量仪表（经典节流装置、容积、转子等）安装基数很大，替代更新并非一朝一夕，而将是一个漫长的过程。这个论点当然也适用于内锥流量计。
  
  2.评价应实事求是。内锥流量计的优点应肯定，不足之处也不能回避。在与其它仪表运行性能比较时应采取同一标准。如对比内锥与孔板永久压损时，为什么孔板的βv值取0.5～0.6，而内锥只取0.85，即使这样，也得不到内锥压损仅为孔板的1/4的结论。
  
  内锥流量计实际应用的βv值，一般推荐为0.45～0.7，很少采用0.85，这样才具有一定的整流效果，现就以该文所举的两个成功应用范例来说明：
  
  ①国外用于瑞典SSAB的内锥流量计βv为0.44；
  
  ②用于国内云南曲靖的βv为0.504，都不是0.85。
  
  3.内锥流量计的优点不仅是由于有整流作用，适用于现场直管段长度不足的地方；还在于它的环形通，使污手无法滞留而适用于测脏污流体。如高炉煤气、焦炉煤气，性能优于偏心孔板、楔形流量计，近二十年来国外主要也是将其用在这个领域，并未全面推广使用，如不看对象，全面推广将会造成不少隐患，例如，我国已有不少听信片面宣传的将其用于测高压蒸汽。由于高压蒸汽的密度及流速较高，会在内锥后产生强烈的漩涡而引起振动，而内锥又是悬臂地安装在仪表中，易造成安全隐患，在这种情况下，倒不如采用某些人呼吁要求被取代的经典节流喷嘴，因为后者安装可靠，不易振动。此外，据用户反映，由于内锥流量计的低压取于内锥后中央，用细管传至仪表外，故粉尘较多时有堵塞现象；再其次，在结构的牢靠及压力恢复上性能都不及新推出的梭式、槽道。
  
  因此，对内锥流量计宣传要适度，其存在的问题还不少，有待改进，不宜急于在力推广、全面应用。
  
  4.推广应用的前提是标准化[5]
  
  目前，内锥流量计由于过热的宣传，生产厂家不少于百家，都是照搬国外技术，更未积累在各种应用条件下的实验数据。反观呼吁要被取代的经典节流装置，不仅经过近百年的应用、考验，各种条件下积累了数以万计的实验数据。在此基础上制定相应的国际标准ISO5167（国标GB/T 2624与其等同），在应用中，特别是在产生贸易纠纷时有法可依、有章可循。
  
  在软实力上内锥流量计与经典节流装置存在较大的差距。内锥流量计虽有一些无可争议的优点，但要取代一种应用近百年、唯一可以干标、在市场仍占有较大份额的孔板，不能只靠宣传，而是要做大量脚踏实地的技术工作，完成标准化才有可能。

  

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