[導(dǎo)讀] 近兩年，在不少專業(yè)期刊上都可看到呼吁“從節(jié)能降耗要求看推廣應(yīng)用內(nèi)錐流量計(jì)的必要性”的文章(以下簡稱該文)。內(nèi)錐流量計(jì)作為一種新型的節(jié)流裝置，確有一些如要求直管段較短、抗臟污等優(yōu)點(diǎn)，但它是否為一種理想的節(jié)能儀表，是否是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測節(jié)能降耗唯一、最佳的選擇而亟待大力推廣，業(yè)內(nèi)不少專業(yè)人士看法不一。
近兩年，在不少專業(yè)期刊上都可看到呼吁“從節(jié)能降耗要求看推廣應(yīng)用內(nèi)錐流量計(jì)的必要性”的文章(以下簡稱該文)。內(nèi)錐流量計(jì)作為一種新型的節(jié)流裝置，確有一些如要求直管段較短、抗臟污等優(yōu)點(diǎn)，但它是否為一種理想的節(jié)能儀表，是否是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測節(jié)能降耗唯一、最佳的選擇而亟待大力推廣，業(yè)內(nèi)不少專業(yè)人士看法不一。筆者認(rèn)為，從準(zhǔn)確度和永久壓損兩個(gè)方面來講內(nèi)錐流量計(jì)并非為理想的節(jié)能降耗監(jiān)測儀表。
節(jié)能監(jiān)測流量儀表的要求
當(dāng)前，節(jié)能減排已是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重中之重，用儀表進(jìn)行科學(xué)評(píng)估是行之有效的方法，流量儀表在其中占有重要的地位，它應(yīng)具有以下兩個(gè)基本條件：
■ 準(zhǔn)確度較高
用于監(jiān)測節(jié)能降耗的流量儀表應(yīng)具有一定的準(zhǔn)確度，否則就難以用數(shù)據(jù)明確地說明節(jié)能效果，也無法進(jìn)一步采取節(jié)能措施。因此，國標(biāo)GB17167對流量儀表的準(zhǔn)確度都有明確規(guī)定，一般為1～2.5級(jí)。
■ 永久壓損不宜過大
流量儀表在此是監(jiān)測節(jié)能降耗的，但它本身不僅不能節(jié)能，還須消耗能量，其壓損大小與儀表的結(jié)構(gòu)有關(guān)，在此特定情況下，應(yīng)首先選擇那些壓損不大的儀表。
內(nèi)錐流量計(jì)發(fā)展過熱
內(nèi)錐
表1所示的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)口徑較小時(shí)(小于150mm)，由于內(nèi)錐的加工、安裝比較精確，流出系數(shù)的離散性約為1.5%;而當(dāng)口徑為600mm～800mm時(shí)，由于加工、安裝較差，流出系數(shù)離散性將達(dá)到5%左右。
這里還要強(qiáng)調(diào)：該公司所標(biāo)定的內(nèi)錐流量計(jì)βv為0.43～0.6，有利于減小離散性，如大于0.85，離散性還將加大。流出系數(shù)的離散性還不是儀表的準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度還應(yīng)包括校驗(yàn)裝置的流量不確定度。
■ 內(nèi)錐流量計(jì)的壓損。
由于通道在內(nèi)錐后突然擴(kuò)大，流體將在內(nèi)錐后產(chǎn)生大量的漩渦，這是一個(gè)不可逆的非等熵過程，動(dòng)能不可能無損地轉(zhuǎn)變?yōu)槲荒?，壓損大是必然的。
a.內(nèi)錐與孔板的壓損相差無幾，內(nèi)錐流量計(jì)永久壓損的計(jì)算公式為：
△Pe /△P=(1.3-1.25 βv )
式中：
P e— 永久壓損;
△P — 輸出壓差;
βv — 直徑比。
根據(jù)不同的βv值，計(jì)算孔板、內(nèi)錐兩種流量計(jì)的DPe /DP比值，列于表2，繪于圖1。
圖1 各種節(jié)流裝置β值與永久壓損的關(guān)系
從表2及圖1可見，內(nèi)錐的壓損比孔板小，而大于噴嘴，特別是當(dāng)bv 值小于0.55時(shí)，相當(dāng)于孔板的90%，而不是如該文所說的1/4。
b.管徑較大時(shí)，壓損才應(yīng)引起足夠的重視。我們對不同口徑的三種差壓計(jì)量計(jì)(內(nèi)
錐、孔板、均速管)因永久壓損而帶來的年運(yùn)行費(fèi)進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明：在口徑較小時(shí)(小于150mm)年運(yùn)行費(fèi)相差并不大，當(dāng)管徑增加1倍，年運(yùn)行費(fèi)增加4倍，呈幾何級(jí)數(shù)增長，因此只有當(dāng)管徑較大時(shí)，壓損所造成的經(jīng)濟(jì)損失才應(yīng)引起足夠的重視，更不宜以此排斥其它壓損較大的流量儀表(如孔板、容積、科氏等)在口徑較小時(shí)選用。
技術(shù)特點(diǎn)相互制約
內(nèi)錐流量計(jì)的一些技術(shù)參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)、相互制約的，不可能同時(shí)都處于最佳狀態(tài)，如：
■ 要在直管段較短的情況下取得較高準(zhǔn)確度，就應(yīng)選用較小的βv 值(0.45～0.6)，而在此βv下，永久壓損即相當(dāng)于孔板的88%～96%，失去了壓損小的特性。
■ 如該文所建議取βv 值為0.8以上，內(nèi)錐的壓損可下降為孔板的58.5%，約一半;而這樣選用的結(jié)果是降低了整流效果，失去了在直管段不長情況下仍能維持較高準(zhǔn)確度的特點(diǎn)。
綜上所述，對于能源監(jiān)測流量儀表的兩個(gè)基本條件：較高的準(zhǔn)確度和較低的壓力損失，內(nèi)錐流量計(jì)顧此失彼，難以兼顧，這是不能隨意忽視的客觀事實(shí)。因此，它不是能源監(jiān)測最理想的流量儀表，更談不上“從節(jié)能降耗看亟待推廣應(yīng)用內(nèi)錐式流量計(jì)的必
圖2 兩種環(huán)形通道流量計(jì)原理圖
改進(jìn)產(chǎn)品
根據(jù)上述內(nèi)錐流量計(jì)存在的不足，已提出相應(yīng)的改進(jìn)，如梭式流量計(jì)(圖2)。該產(chǎn)品在內(nèi)錐后附加了后錐體，使動(dòng)能得以順暢地轉(zhuǎn)換為位能，減小了壓損;其次，梭體通過三個(gè)中空、流線型支桿固定在管內(nèi)壁上，力學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。當(dāng)直管段不足時(shí)，支桿還可起均速管的作用，迎流體有幾個(gè)總壓孔，用以測環(huán)形通道中的流速分布，以彌補(bǔ)因流速分布不均所引起的誤差。梭式流量計(jì)已于2005年10月由我國專利局授權(quán)，是我國具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。
該儀表近期已進(jìn)行初步測試，樣機(jī)內(nèi)徑100mm，βv=0.64。測試表明：流出系數(shù)誤差小于±0.5%，量程比10:1，重復(fù)性約0.1%，壓力損失△Pe/△P=0.205，僅相當(dāng)于內(nèi)錐在相同情況下的1/3。
無法完全取代傳統(tǒng)流量儀表
1. 目前尚不存在十分完善的流量儀表。由于影響流量儀表的因素較多，現(xiàn)場條件也千變?nèi)f化，因而流量儀表原理有十余種，類型有200多個(gè)。猶如各種不同的藥品可治療不同的疾病一樣，目前還沒有哪一種流量儀表完善到足以取代其它流量儀表。雖然市場的發(fā)展趨勢有利于新型流量儀表(超聲、電磁、科氏)的發(fā)展，但由于傳統(tǒng)流量儀表(經(jīng)典節(jié)流裝置、容積、轉(zhuǎn)子等)安裝基數(shù)很大，替代更新并非一朝一夕，而將是一個(gè)漫長的過程，內(nèi)錐流量計(jì)亦然。
2. 評(píng)價(jià)應(yīng)實(shí)事求是。內(nèi)錐流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)肯定，不足之處也不能回避。在與其它儀表進(jìn)行性能比較時(shí)應(yīng)采取同一標(biāo)準(zhǔn)。如對比內(nèi)錐與孔板永久壓損時(shí)，為什么孔板的βv值取0.5～0.6，而內(nèi)錐只取0.85，即使這樣，也得不到內(nèi)錐壓損僅為孔板的1/4的結(jié)論。
內(nèi)錐流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用的βv值，一般推薦為0.45～0.7，很少采用0.85，這樣才具有一定的整流效果，現(xiàn)就以該文所舉的兩個(gè)成功應(yīng)用范例來說明：
① 國外用于瑞典SSAB的內(nèi)錐流量計(jì)βv為0.44;
② 用于國內(nèi)云南曲靖的bv為0.504，都不是0.85。
推廣應(yīng)用的前提是標(biāo)準(zhǔn)化
目前，內(nèi)錐流量計(jì)由于過熱的宣傳，生產(chǎn)廠家不少于百家，都是照搬國外技術(shù)，更未積累在各種應(yīng)用條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。反觀呼吁要被取代的經(jīng)典節(jié)流裝置，不僅經(jīng)過近百年的應(yīng)用、考驗(yàn)，積累了各種條件下數(shù)以萬計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上制定了相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167(國標(biāo)GB/T 2624與其等同)，在應(yīng)用中，特別是在產(chǎn)生貿(mào)易糾紛時(shí)也有法可依、有章可循。
在軟實(shí)力上，內(nèi)錐流量計(jì)與經(jīng)典節(jié)流裝置存在較大的差距。內(nèi)錐流量計(jì)雖有一些無可爭議的優(yōu)點(diǎn)，但要取代一種應(yīng)用近百年、唯一可以干標(biāo)、在市場仍占有較大份額的孔板，不能只靠宣傳，而是要做大量腳踏實(shí)地的技術(shù)工作，完成標(biāo)準(zhǔn)化才有可能。
用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估
內(nèi)錐流量計(jì)近年來已呈現(xiàn)過熱的現(xiàn)象，也引起不少爭議，孰是孰非，各執(zhí)一詞。最公正的辦法就是用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。既要肯定優(yōu)點(diǎn)，也要看的不足。欣悉某行業(yè)協(xié)會(huì)已將此列入今年計(jì)劃，雖然不可能期望做點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)就可制訂標(biāo)準(zhǔn)，立即大力推廣。但至少對一些爭議會(huì)有一個(gè)公正的評(píng)定，如：用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證本文提出的內(nèi)錐壓損計(jì)算公式;是否在任何情況下前直管段僅需0～3D仍可保證±0.5%的精確度。它將有助我國工程界正確、合理地選用內(nèi)錐流量計(jì)。
近幾年國內(nèi)不少單位對內(nèi)錐流量計(jì)進(jìn)行了實(shí)流測試，測試表明：如需維持±0.5%的精確度，在阻力件為90°彎頭情況下，而內(nèi)錐的bv=0.5～0.6，前直管段L長度應(yīng)為3～5D(D管內(nèi)徑);如bv=0.85，L應(yīng)大于10D。如阻力件為閥門，在開度為25%時(shí)，L應(yīng)大于10D。這些測試數(shù)據(jù)都不認(rèn)同L僅需0～3D的說法。
流量計(jì)(V-Cone flowmeter)是美國MCCROMETER公司于上世紀(jì)八十年代研制并推向市場的。二十年來，在國外主要用于測量氣體、氣固、氣液二相臟污流體的流量，取得了較好的效果。
2003年初，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布并要求實(shí)施節(jié)能裝置新標(biāo)準(zhǔn)——ISO5167：2003E。與舊標(biāo)準(zhǔn)相比，它對經(jīng)典節(jié)流裝置前直管段長度提出了更為苛刻的要求，應(yīng)用現(xiàn)場難以滿足，用戶普遍尋求一種對直管段長度要求較低的儀表，內(nèi)錐流量計(jì)恰好具備了這個(gè)特點(diǎn)，再加上我國近兩、三年來舉辦了幾十次研討會(huì)、學(xué)習(xí)班，在“揚(yáng)長避短”的熱炒下，內(nèi)錐流量計(jì)在全國遍地開花，形成了過熱的現(xiàn)象。以十七屆MICONEX2006為例，國內(nèi)外展出內(nèi)錐流量計(jì)的廠商共33家，其中國外(含合資企業(yè))僅3家，約占9%，國內(nèi)展出廠家占91%，而其它產(chǎn)品國外展商大約占40%左右。不僅如此，國內(nèi)展出的內(nèi)錐流量計(jì)均為國外仿制品，沒有創(chuàng)新，這種低水平的重復(fù)就造成了市場中激烈的壓價(jià)競爭惡果。
內(nèi)錐流量計(jì)技術(shù)特點(diǎn)
■ 要求前直管段長度較短。由于存在內(nèi)錐，流體在流量計(jì)中的流動(dòng)形成了兩個(gè)特點(diǎn)：
a.內(nèi)錐所形成的環(huán)形通道逐漸減小，使流體流速加大、壓力降低，這種流動(dòng)在流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)中證明是可以減小、甚至消除漩渦的。
b.內(nèi)錐與管壁之間形成了環(huán)形通道，它在內(nèi)錐直徑最大的地方形成最窄的通道，其作用類似于流動(dòng)調(diào)整器的管束，具有減少漩渦、改善流動(dòng)方向的作用。內(nèi)錐流量計(jì)的內(nèi)錐不僅具有節(jié)流作用，還具有整流作用，相當(dāng)于附加了一個(gè)流動(dòng)調(diào)整器