节能降耗理念下煤化工能源计量仪表的应用及改造策略研究

李 平

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

煤化工作为煤炭洁净利用的重要方式，一直以来被广泛发展与应用。目前，在低碳经济的可持续化发展模式背景下，煤化工是否能通过抑制碳排放的清洁发展技术和管理机制，以实现降低碳排放的目标，是关系煤化工企业生存与发展的关键。对于企业管理而言，能源计量及管理是能源管理工作的重要组成部分。因此，对于煤化工企业而言，维护和更新计量仪表，加强对煤化工企业能源计量仪表的改造，对于增强煤化工企业节能降耗工作的有效性具有重要意义。

1 煤化工企业能源计量常用仪表及其原理

1.1 煤化工企业能源计量常用仪表

计量与数据是企业管理的前提和基础，是现代企业管理中必备的量化管理。尤其通过能源计量仪表科学的计量，是企业节能降耗、降本增效的基础保障。对于煤化工企业能源计量而言，目前我国应用最广泛的流量计为孔板式差压流量计[1]，其应用量约占市场的80%。

1.2 孔板式差压流量计原理

孔板流量计是一种差压式流量计，是目前应用最广泛的流量计。广泛应用于化工、冶金、电力等领域的过程控制和测量。孔板流量计原理是充满管道的流体流经管道内的由一次检测件和二次装置组成的节流装置，造成局部收缩，流速增加，并产生静压力差，从而根据流动连续性原理和伯努利方程的推导而求得流量。其中，一次检测件指节流件，二次装置指差压变送器和流量显示仪。

2 煤化工孔板式差压流量计现状及存在问题分析

2.1 孔板式差压流量计目前的技术水平

孔板式差压流量计左右了近一个世纪的流量测量市场，目前其性能设计及安装结构技术水平如下。

1) 性能设计。近年来，与孔板式差压流量计配套的差压变送器发展迅速，国际知名的大公司还相继推出了性能优异的智能差压变送器，使其灵活、多用。具体智能型技术指标及特点，如第187页表1所示。

2) 安装结构。在现场安装结构上，也逐步走向“无三阀组、无配管”化。这种安装结构不仅可以节省安装空间与费用，减少漏点和维护量，还可以省去伴热保温，减少蒸汽消耗。“无三阀组、无配管”化安装示意图，如第187页图1所示。

2.2 孔板式差压流量计用于煤化工能源计量存在的问题分析

孔板流量计可测量气体、蒸汽、液体的流量，具有结构简单，维修方便，性能稳定等特点。为此，在相当一段时期内，广泛用于各种能源量测量的传统的孔板式差压流量计是煤化工企业信任的测量仪器。然而一直以来的应用经验及研究发现，孔板式差压流量计也存在一些问题。

表1 板式差压流量计智能型技术指标及特点

图1 孔板式差压流量计“无三阀组、无配管”化安装示意图

1) 孔板流量计依然没有完全取消引压管，仍有流动死区存在，如该设备在某些情况下容易导致气体不流通，进而在使用中一些分子没有被彻底过滤，仪表的使用价值会打折扣；

2) 孔板流量计的耐磨性较差，很难保证测量的稳定性与准确性，如孔板的直角边缘在长期运行后可能会磨损，这些会改变孔板的特性，并且影响精度；

3) 长期使用引压管中，容易出现漏点、增耗及污染环境问题；

4) 在高凝固点介质环境中，易出现冻结，进而影响测量的准确性；

5) 孔板流量计的安装要求非常严格，稍有不慎便会产生问题，如夹紧式安装在测量蒸汽流量时容易产生泄露问题；

6) 传统煤气流量计量仪表在后期维修环节中的清理难度较大，不能达到节能降耗的要求；

7) 在粉末颗粒状及脏介质使用环境中，易出现引压管堵塞等问题。

8) 流量计量仪表设计的缺陷使煤气流通与节能降耗效率降低，不能体现节能环保理念等。

总之，这些固有缺点导致传统孔板式差压流量计不能满足现代煤化工企业的需求。因此，需通过不断地加强能源计量管理，加快计量仪表更新的步伐，积极采用涡街流量计等新型仪表设备等手段来弥补。

3 节能降耗理念下煤化工能源计量仪表的改造策略

3.1 加强对孔板式差压流量计结构改造

为了提高孔板式差压流量计计量的有效性，增强煤化工企业节能降耗工作，可以考虑从以下两个方面对其结构进行改造。

1) 对孔板上下游所要求的最小直管段长度提出全新及更长的要求。一般而言，差压流量计仪表前、后应具有较长的直管段，以满足通过仪表的管内流速分布应具有一定形式。根据ISO 5167：2003(E)新标准，可对孔板与上游阻流件所要求的直管段长度增长4 D～17 D，以保证必要的准确度，从而提高煤化工企煤化工能源计量仪表的节能降耗实效性。

2) 为孔板式差压流量计短管段设计调整型孔板。近年来，一种以改善流速分布为特点的节流装置应运而生，特别是在化工行业中，这种新型的调整型孔板405C/1595被重点关注与研究。调整型孔板对流场具有整流作用，可以将管道内流体的搅动降到最低，从而实现精确测量。不仅如此，调整型孔板还有传统节流装置适应性强、无活动部件等特点。405C及1595调整型孔板的结构形式，如图2所示。

图2 孔板式差压流量计405C及1595调整型孔板的结构形式

由图2可知，调整型孔板是一个四孔的圆盘节流装置，是一种定值节流件应用方式。其中，405C为紧凑型调节(调整型)孔板，角接取压方式；1595调整型孔板需要和取压法兰配合使用，法兰取压方式。调整型孔板巧妙地将四孔流动调整器和测量孔板合二为一，将流体被强迫整流，使流场状况得到改善，并通过常规的取压装置，获得稳定的差压信号，从而推算出体积流量、质量流量。除了具备传统孔板的优点外，较短的前后直管段长度及较高的测量精度，是调整型具有的两个特点。可以说，调整型孔板是节流式差压流量计发展生命力强盛的表现，有着宽广的应用价值。

3.2 强化对新型检测仪表的引进与使用

为了提高节能降耗理念下煤化工能源计量仪表应用的有效性，近年来研究了多种具有高技术含量并可以响应国家节能降耗号召的能源计量仪表。

1) 采用超声波流量计，提高测量的准确度。在现实中，由于管线直径较大，煤化工企业长期使用孔板流量计来测量，容易造成测量不稳定、耗时耗力等问题。在调查中发现，用超声波流量计代替孔板流量计，可以解决长周期稳定准确测量大管径循环水等的流量问题，从而降低能耗；同时，超声波流量计不需要进行接触式测量，既便捷又稳定，能够增强测量工作的实效性，很好地满足各种测量需求[2]。

2) 采用涡街流量计，有效降低装置能耗。在现实中，煤化工企业会产生大量的蒸汽消耗。在长期的安装、运行、维修实践中发现，在煤气管道的内部增加一个区域，使其与检测部位相分离，即运用涡街流量计进行能源计量，非常适宜于煤化工企业的节能减耗[3]。同时，此方法还具有能适应高气压、低温度等多种多样的环境，具有安装维护方便、准确性高，量程比高、运行成本低等优点。因此，在煤化工企业中，加强涡街流量计的应用非常必要。

3) 采用弯管流量计，实现装置降本增效。煤化工企业空气与N2测量点多面广，对管径的要求较高。长期以来，煤化工企业无法有效地计量空气与氮气。而在调查中发现，弯管流量计具有稳定性高、耐磨性强、测量准确等优点，对于煤化工企业来说，要想有效地计量空气与氮气，实现装置的降本增效，可以加大弯管流量计的应用广度和深度。

4 结语

综上所述，要做好节能工作，计量是基础，计量仪表是重要实现手段。对于煤化工企业能源计量工作来说，要重视能源计量仪表改造在促进企业节能降耗方面的重要性，并从加强对原有计量仪表的优化改造、强化对新型检测仪表的引进与使用等方面，不断地加强能源计量管理，使企业获得更好的经济效益和社会效益，从而真正实现煤化工企业持续、健康、稳定的发展。