一 節(jié)能形勢嚴峻，不能再掉以輕心 我國制定了國標GB17167(用能單位能源計量器具配備和管理通則)，要求耗能達一定水平的單位及設備都必須安裝儀表進行監(jiān)測，用科學的方法，以數(shù)字來評估節(jié)能降耗的效果。
二 流量儀表在能源監(jiān)測中的重要地位 在GB17167 標準中，有五條(4.3.2，4.3.3，4.3.4，4.3.5，4.3.8)為強制條款，它規(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，而且對監(jiān)測儀表種類及其準確度等級都做了明確規(guī)定。 在能源監(jiān)測儀表中，除電能用電表、固態(tài)能源煤用稱重儀表外，其他氣態(tài)、液態(tài)能源(如原油、成品油、重油、渣油、天然氣、煤氣、液化氣……)以及載能工質(zhì)(水、蒸汽)都必須采用流量儀表，在流程工業(yè)連續(xù)作業(yè)時，固態(tài)煤也可用沖板式流量計或氣固二相微波流量計。空氣與水和蒸汽一樣也是一種載能工質(zhì)，如火電廠鍋爐送風，用于風動工具的壓縮空氣；以空氣為載體用管道來輸送固體物質(zhì)等，也應監(jiān)測它的耗能。因此流量儀表是能源監(jiān)測儀表中比重最大的重要儀表。
三 能源監(jiān)測流量儀表的特點 1.永久壓損不能太高 GB17167 要求流量儀表監(jiān)測能源、評估節(jié)能降耗的效果。而對絕大多數(shù)的流量儀表而言，因其阻力件(如孔板、內(nèi)錐、漩渦發(fā)生體、檢測桿等)都會產(chǎn)生不可恢復的壓力損失，這種能耗如同機械運動中的摩擦一樣是不可逆的，其大小取決于阻力件的形式，因此用這些能源監(jiān)測流量儀表不僅不節(jié)能，而且還會消耗能量。有些耗能之大不可忽視(如孔板、漩進式等)。在此特定情況下，應力求選用那些能耗較小的流量儀表。 (1)永久壓損計算公式。(可參見R.W.Miller 流量測量工程手冊) (2)年運行費，流量儀表因其阻力件所造成的能耗，必需加大泵(或風機)的動力以維持正常的工藝流程，其年運行費應引起足夠的重視。 (3)舉例說明：計算孔板、內(nèi)錐、均速管3 種流量儀表在不同管徑下的年運行費，介質(zhì)為空氣，流量按平均流速為25m/s，孔板b 為0.62，內(nèi)錐b 為0.70，風機效率：0.85。電費若按每千瓦小時為0.8 元人民幣，計算結(jié)果列于表1。 2. 準確度不能太低 既然要求流量儀表對節(jié)能效果進行量化，用具體的數(shù)字來評估節(jié)能效果，就應具有必要的準確度。但也并非越準確越好，因為準確度高的儀表價格都十分昂貴。為此，GB17167 針對監(jiān)測對象做了合理、具體的規(guī)定；如測燃油量準確度應為0.5～1 級；測氣體燃料為2 級；測載能工質(zhì)可低至2～2.5 級。
四 能源監(jiān)測流量儀表的選用 1.節(jié)流裝置 以節(jié)流為原理的流量儀表，種類較多，可經(jīng)受較惡劣的工況，占流量儀表市場的50%以上。以下從節(jié)能角度提供幾種： (1)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，且具有國際國內(nèi)的標準，也是目前裝表率最大的一種儀表。但近二年公布實施了ISO516 7 新標準，進一步要求前直管段長度，應用面臨較大的困境，從表1 所列數(shù)據(jù)可看出，當管徑大于0.3m后，由壓損所引起的年運行費已十分可觀，在強調(diào)節(jié)能降耗的今天，難以選用，在國內(nèi)外的市場占用率均呈下降趨勢。 (2)內(nèi)錐(參閱本刊2006.9.P63～65)由美國McCrometer 公司1986 年推向市場，其特點為可測多相臟污流體(如焦爐煤氣)；且由于錐體形成了環(huán)形通道，具有整流作用，因而所要求的前直管段長度大大低于經(jīng)典的節(jié)流裝置，天津科特公司是研制、銷售內(nèi)錐的專業(yè)企業(yè)，其對內(nèi)錐有關壓損及準確度的研究、測試有如下結(jié)果。 (a)準確度 該公司對口徑100～800mm的內(nèi)錐，在水流量裝置上進行了標定，其流出系數(shù)C 的離散度為1.5～5.68%。該公司認為，當管徑大于0.2m時，由于加工、安裝的原因，將可能引入較大的誤差。這里要強調(diào)的是，儀表的誤差還應包括校驗裝置的不確定度。
因此，并非有些文章介紹的為5%。 (b)壓損 內(nèi)錐的永久壓損DPe 為： DPe=(1.3-1.25b)DP 式中，DP 為輸出差壓。 根據(jù)不同的b 值來計算孔板，內(nèi)錐等流量儀表永久壓損與輸出差壓的比值列于表2。數(shù)據(jù)表明：在b 值較小時，內(nèi)錐的壓損與孔板十分接近(見圖1)；如果選用較大的b 值，意味著環(huán)形通道加大，整流效果將降低，又引起準確度下降。從上述分析來看，內(nèi)錐壓損較大，僅次于孔板，特別是管徑較大時其壓損所引起的年運行費也是十分可觀的(見表1)，需要慎用。它并不是節(jié)能儀表，因此，“從節(jié)能降耗的要求來推廣內(nèi)錐流量計的必要性”(工業(yè)計量2005 年3 期P16-19)理由是不充分的。 (3)梭式(參見本刊2006 年第1 期P27～29)。2005 年公布的專利產(chǎn)品：它吸取了
內(nèi)錐流量計環(huán)行通道要求直管段較短的優(yōu)點，避開了內(nèi)錐后產(chǎn)生漩渦增大壓損的缺點，同時又吸取了羅洛斯(Lo-Loss)管壓損小的優(yōu)點，在內(nèi)錐后，增加了尾錐部分，形成了梭體。因此，它具有要求直管段短、壓損又小的雙重優(yōu)點。此外，專利還采取了一些在直管段較短時提高準確度的措施。 2.插入式 這類儀表以取樣方式僅測管道中一點(或幾點)流速來推算流量，具有安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、壓損小、價格較低等特點。
以下介紹市場上應用較多的幾種： (1)僅測一點流速推算流量的儀表，如雙文丘利管、插入式渦街、渦輪、皮托管等。目前國內(nèi)市場中，雙文丘利管在這類產(chǎn)品中比重較大，雙文丘利管早于上世紀60 年代由美國Taylar 公司推出，其特點結(jié)構(gòu)簡單，輸出差壓在相同流速下比皮托管大很多，適用于大管道低流速情況，如煙道排氣，但這種情況直管段長度都十分短，管內(nèi)流速分布十分復雜；雙文丘利管所處位置并非管內(nèi)平均流速點，準確度難以達到?3～5)%(見本刊2002 年10 期P43～46)。 (2)測管。(見本刊2006 年第9 期P61～62)。近兩年被國內(nèi)不少冶金行業(yè)廣泛用于監(jiān)測焦爐、轉(zhuǎn)爐煤氣的一種插入式流量計，其結(jié)構(gòu)類似于日本推出的異型皮托管。其獨特優(yōu)點在于其端部的縱向切口(圖2)，有利于氣體中的固相、液相物質(zhì)的排出，不似一般的皮托管類型插入式儀表易于堵塞。但正因為如此，它只能安裝在水平管道的上方約90°的范圍內(nèi)，否則污物難以排出。已見測管流量測量系統(tǒng)采用了三根測管伸進的長度有所不同，還需采用3 個差壓變送器及一個流量計算機。由于僅測管道中上方的3 點流速，并未按照ISO3966 的要求，測管道中20 點流速(方管為26 點)，特別是當管道口徑較大，而直管段長度不足的情況下，流速分布很復雜，僅測管道上方3 點流速，并不能充分反映管內(nèi)流速分布，認為采用這種方法流量準確度可達?2～3)%，理由欠充分。 (3)均速管。通過測量管道中多點流速來推算流量，一般準確度可達?%，可用于能源監(jiān)測中大管道而對準確度要求不太高的場合(如測水、空氣)。如果直管道不足，可在管道中相鄰截面同時插入兩支均速管互成90°，則測點的數(shù)目及位置基本可達到IS03966 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，測點較多，價格低廉而又不易堵塞的新型插入式儀表。
3.無阻力件流量儀表 其特點是儀表內(nèi)無任何阻力件，壓損小，機械結(jié)構(gòu)簡單，儀表功能日益完善，準確度高，是近5 年發(fā)展最快，市場年增長率最高的一類流量儀表。 (1)電磁。據(jù)估計5 年內(nèi)平均市場年增長率達2%，從產(chǎn)值衡量占流量儀表的銷售價格首位。但不能測油品及氣體能源的流量。 (2)科氏。管道內(nèi)雖無阻力件，而為測科氏力，必須強制流體轉(zhuǎn)180°，因而壓損較大，體積與管徑相比，顯得很笨重。目前國內(nèi)外產(chǎn)品口徑未超過0.25m，準確度可達?0.2～0.5)%，歐美各國多用于測能源及貴重的流體，以減少貿(mào)易核算中的爭議，因價格昂貴在我國尚未廣泛被采用。 (3)超聲波?？蓽y各種氣液能源，壓損小，技術性能優(yōu)異，準確度可達?.5%，量程比可達幾十比一，是當前發(fā)展最快，也是最適用于能源監(jiān)測的儀表。國外產(chǎn)品已趨于成熟，且制定了相應的標準，可惜價格較貴。國內(nèi)，上海、北京已相繼有產(chǎn)品問世進入市場，只是尚存在抗噪聲干擾能力較低的缺點，已用于測高爐焦爐煤氣，尚未完全進入天然氣貿(mào)易核算領域。
4. 其他 (1)渦街。常用于測蒸汽流量，據(jù)生產(chǎn)廠家稱最高溫度可達400℃。管徑一般小于0.25m，準確度可達?%，但不適用于管道有振動，被測流體黏度大、流速小的場合。 (2)容積式。較為經(jīng)典的產(chǎn)品。準確度高達?.5%、量程比大于幾十比一。但結(jié)構(gòu)十分笨重，因而口徑一般小于0.15m，壓損較大，適用于黏度較大的能源計量。我國多用于油品的貿(mào)易核算，如加油站。 (3)渦輪。渦輪為轉(zhuǎn)動件、易于磨損，準確度可達?.5%～?%，量程比達10∶ 1，口徑一般小于0.3m，多用于黏度較小的能量計量，技術較成熟，性價比較高。 5. 小結(jié) 在討論如何選擇能源監(jiān)測流量儀表時，本文強調(diào)了準確度、壓損小等特點，而針對某些具體情況，儀表的特點也是可以靈活掌握的。每一種儀表的優(yōu)點與不足都是相對的，視具體應用情況而定。過分地褒與貶都欠理性，不可取的。 為促銷，生產(chǎn)廠商在其說明書中都宣傳其生產(chǎn)的儀表技術指標十分先進，這是可以理解的。其中，不少生產(chǎn)廠商確實是將其生產(chǎn)的產(chǎn)品在一定資質(zhì)的試驗室中，通過嚴格的標定得到的，技術指標是負責任的。但是在應用狀態(tài)下不可能得到試驗室的那樣的理想條件，所以儀表也不可能具有那么先進的技術指標。用戶在選用中應理性地注意到這種差異。遺憾的是還有另一種情況，有少數(shù)廠商用轉(zhuǎn)移概念的手法，有意(或無意)地誤導用戶，這種傾向十分有害，應引用業(yè)界的注意。 ISO5167 新標準公布后，進一步要求加長前直管段長度，經(jīng)典節(jié)流裝置(孔板、噴嘴)難以滿足。由于內(nèi)錐式是環(huán)形通道節(jié)流裝置，在直管段不長而能維持較高準確度仍是無可爭議的優(yōu)點，是在現(xiàn)場無法滿足直管段長度情況可以替代孔板等經(jīng)典儀表的可行方法，應當肯定，并促進它的推廣應用。
