在热电企业蒸汽是一种重要的能源蒸汽计量的准确与否直接关系到.docx

无锡协联热电使用弯管流量计节能效益分析
无锡协联热电有限公司 谢明均

摘 要：本文介绍了无锡协联热电公司在锅炉主蒸汽、汽机出口以及外网的蒸汽计量中采用弯管流量计的具体应用情况，证明了弯管流量计在供热计量中的独特优点，并应用流体力学的理论对弯管流量计与孔板流量计的性能差异作一对比分析，阐述了弯管流量计在供热计量中的安全、节能效益。
关键词：弯管 弯管传感器 孔板 压损 计量 节能
1、前言
在热电企业蒸汽是一种重要的能源，蒸汽计量的准确与否直接关系到节能降耗、成本核算等技经指标。目前绝大多数企业还是采用常规的节流装置如：孔板、喷嘴等。我们都知道当被测介质经过这些常规的节流装置时有一个突出的问题就是会产生压降，而且有部分压降是不可恢复的，这样就会给企业造成很大的能源浪费。选择一种既能满足供热计量需要，又无能耗的理想流量计，就成为热电厂计量技术工作的重点之一。
2、无锡协联热电有限责任公司供热中存在的问题
无锡协联热电有限公司是一家以供热为主的中泰合资企业。公司现有供热管网190公里左右，1999年前整个热网每个分支均采用孔板流量计计量蒸汽流量。由于供热半径较大（一些大的热用户都在5公里以外），而孔板属于高差压流量计，压损相当大。不但降低了蒸汽品质，影响运行效率，而且严重制约了远方热用户的发展。
为降低成本、控制能耗、减少压降、扩大供热半径，无锡协联热电有限公司从1999年开始就逐步淘汰厂内供热管网的孔板节流装置，采用无任何附加压力损失的弯管流量计计量蒸汽流量，并在以后的厂内管网的扩建中均采用弯管流量计，取得了良好的效果。
3、弯管流量计性能及特点
弯管流量计传感器本身是一个几何结构尺寸精密的九十度标准金属弯头，安装在管道转弯处，取代原有弯头。传感器内没有任何插入件或节流件，利用管道的自然转弯，流体对内外侧产生的压力差测流量，在测量流量过程中不会对被测流体造成附加阻力损失，可节省流体输送的动力消耗，降低运行费用。与传统节流装置相比，流速越高，节能效果越明显。
弯管传感器适应性极强，它可在高温、高压、粉尘、振动、潮湿及其它环境恶劣、安装条件极差的场合中长期正常使用，重复性高达0.2％，目前蒸汽应用最高工况可达10MPa、550℃；弯管流量计测量范围宽，量程比达1：10，更能适应流量波动较大的供热外网使用；弯管流量计对直管段的要求只需保证前5D、后2D直管段即可（甚至更短），远远低于其它流量测量装置的要求；由于孔板流量计是由内孔一条锐角线来保证精度,不耐磨损,易变形,因此只能采用法兰连接，每年强检一次，如果到期不能检定带来的问题就是精度不易保证。而弯管传感器是由整个90°面来保证精度，90°面与孔板一条线相比是∞：1（无穷大比一）的关系。微量磨损对一条线来说影响很大，但对一个面相比微不足道。弯管传感器对微量磨损的不敏感，完全可以焊接安装，现场跑冒滴漏的问题得到了彻底解决。
4、采取的技改措施和节能效益分析
1999年，无锡协联热电有限公司热网南北两大分支中，南表首先采用弯管流量计。为检验弯管流量计测量精度，孔板暂时没有拆，还特意更换一台新的节流件，与弯管流量计进行测试比对。二台表的数据均输入同一计算机，绘制瞬时流量曲线。公司通过计量曲线检验任意时刻二台表的一致性。经过多次抽样对比，弯管流量计的精度完全满足当前生产需要。而且在低流量的情况下，比孔板流量计具有更稳定的特点。于是我公司把出厂总管的三块表都换成了弯管流量计。
原外网总管孔板流量计不可恢复的压损较大，采用弯管流量计后（孔板拆下）管网压降减少很多，再配合管道扩径等措施，供热半径达到了15公里。以2000年度统计资料来看，当年管损为5.1％，而1999年度管损为10.4％，同比供热损失降低5.3个百分点。拓展了用户并为我公司取得可观的经济效益。
我公司在2004年的三期工程项目中与河北理工大学紧密配合，在220T/H级循环流化床锅炉主汽管道上大胆尝试，取消了其中一台炉的长颈喷嘴这一常规节流装置，改用弯管流量计（主汽压力9.9MPa 、主汽温度545 ℃，管径325*25。见右图）。几年来运行稳定、精度高，常年免维护。由于没有压力损失，与另一台炉（仍用喷嘴流量计。我公司通过计算长颈喷嘴将产生52.7KPa 的压降）相比，相同流量时每年多发很多电，而且发电后对外供热抽气流量明显高于对方。节能计算如下——
汽轮机组的功率
（1）
其中，D 汽轮机组蒸汽流量；
h1： 进汽机蒸汽焓值
h2： 汽机出口蒸汽(抽汽)焓值
ηi： 汽轮机相对内效率（约为82％）；
ηm： 汽轮机机械效率（约为98％）；
ηg： 发电机效率（约为98％）；

注：汽机总效率包括锅炉效率（约94％）、管道效率（97％）、汽轮机相对内效率（82％）、汽轮机机械效率（98％）、发电机效率（98％）、朗肯循环热效率（40－45％），以上效率的乘积才为总效率。此处仅涉及3个效率。
初参数(入口蒸汽参数) P1、t1、h1和抽汽参数P2、t2、h2直接影响汽轮机的功率
电厂为了监测和计量需要，通常在锅炉出口和汽轮机入口的管道上加装节流孔板，造成初压P1降低；在汽轮机外供蒸汽总管加装节流孔板，造成供热总出口蒸汽压力P2的升高，这两个参数的变化均会造成汽轮机功率的降低，下面分别加以说明：
1、锅炉出口采用弯管流量计每年增加的发电量
图1、汽轮机主蒸汽节流
对汽轮机功率影响
蒸汽流经锅炉出口和汽轮机入口的节流孔板是一个绝热节流过程，蒸汽焓值不变。汽轮机功率的变化可以用莫里尔焓熵图进行计算（如图1，h为焓值s为熵）。已知节流前的状态P1、t1及节流后的压力P1’，根据节流前后焓值相等的特点，可在h-s图上确定节流后的各状态参数。如图1所示，点1的参数是P1、t1及h1，在图1上过点1按定焓画水平线与P1’相交得1'，即可得节流后的参数。汽轮机的做功为可逆绝热膨胀过程（即等熵过程），水蒸汽在节流前由点1经可逆绝热膨胀至抽汽压力P2时，可利用的焓降为h1-h2，而经节流后的水蒸汽，同样经可逆绝热膨胀至压力P2时，可利用的焓降为h1’-h2’,显然h1-h2 > h1’-h2’，节流以后蒸汽可作出功减少。

对于本电厂，已知锅炉出口喷嘴压力损失52.7KPa，使汽轮机初压降低0.0527MPa；常用流量220t/h。
① 无节流件时汽轮机初参数P1＝9.9MPa，T1＝545℃，由工程热力学计算得h1＝3486.58655KJ/Kg，s1=6.73838；
② 加节流后初参数P1’ ＝9.9-0.0527=9.8473MPa，由图1知h1’= h1＝3486.58655KJ/Kg，s1’=6.740779；
③ 节流前供热抽汽压力P2＝0.8MPa， s2=s1， 则h2 ＝2820.17KJ/Kg；
④ 节流后抽汽参数P2’=P2＝0.8MPa，s2’=s1’， h2’＝2821.30KJ/Kg；

由公式（1），计算出汽轮机功率下降值Px为

即锅炉出口一套节流装置每小时使汽轮机少发电54.4度，按每度电0.4元计算，为21.8元/小时。每小时节能的费用似乎很小，但滴水成渊，全年330天运行少发电合人民币21.8＊24*330＝172656元。如用弯管流量计取代喷嘴，则将浪费的能源完全节省下来。因此，弯管流量计使用几个月节能的钱就将整套流量计设备改造投资全部收回！每个电厂节流装置上百套，如果全面更换为无压力损失的弯管流量计，节能效果是非常显著的。
另外，能源的节省是一方面，而设备免维护带来的人力资源的节约比金钱更宝贵。

2、 图2、汽轮机抽汽节流
对汽轮机功率影响
汽轮机抽汽管道和外供蒸汽总管加装节流孔板的能量损失
外网总管道供汽压力是随外网末端压力波动的，本公司末端蒸汽用户要求压力0.55MPa。为满足需要，如果管道输送过程中压力损失较大，只有抬高出口压力来弥补。反之，去掉不必要的节流损失，出口压力低一些即可满足末端要求。
由图2可以看到，水蒸汽在由初参数点1经可逆绝热膨胀至抽汽压力P2时，可利用的焓降为h1-h2，而可逆绝热膨胀至抽汽压力P2’时，可利用的焓降为h1-h2’，显然h1-h2 > h1-h2’，抽汽压力升高时蒸汽可作出功减少。因此，抽汽孔板换成弯管可使抽汽压力降低，既满足供热要求又增加发电量，此处不再计算。
5、结论
综上所述，无锡协联热电有限公司采用弯管流量计改造锅炉主蒸汽、汽机出口以及厂内供热管网的孔板节流装置，减少压降、降低成本、控制能耗、扩大供热半径，取得了显著成效。弯管流量计与传统的孔板流量计相比，在无压损、免维护方面具有独特的优势， 是一种具有广阔发展前景的节能型流量计量仪表。
参考文献：
1. 何岳等, 弯管流量计在蒸汽计量中的应用, 工业计量, 1997 (2)
2. 赵武等, 弯管流量计节能效益分析, 河北理工学院学报, 2003 (4)