流量计量在能源计量领域的应用研究

陆馗枢

遵义市产品质量检验检测院 贵州 遵义 563000

引言

现阶段，人们非常重视能源的节约控制，并重视生态文明建设，为此，人们也开始探索循环经济发展之路，建设环境友好型社会，发展低碳经济，同时，全球气候变暖问题仍是世界范围内普遍关注的重点话题，而全球气候变暖与能源的使用密切相关，因此，做好能源管理工作是能源合理使用的前提基础，能源计量一直是能源管理的核心工作，能源计量所采用的器具设备主要包括流量类设备、压力类设备、重量类设备以及温度类设备等[1]，在实际检测中需要综合使用各类器具，从而保证流量计量的准确性。流量计量是关键的一类计量内容，关系到节本降耗，所以在能源计量领域之中，需要对流量计量的应用高度重视，加强流量计量的应用管理，从而使其作用得到充分发挥。

1 能源计量领域中流量计量的重要性分析

流量表示单位时间之内，流经明渠或者是封闭式管道有效截面的流体量，通常又被称为瞬时流量，当流量使用体积进行表示的情况下则被称为体积流量，当流量用质量表示的情况下被称为质量流量。在对流体介质生产时，瞬时流量属于对其调控的一项参量，也是保证企业能够稳定生产，且保证产品质量的关键性要素，同时也是收费结算以及计数计价的重要基础条件，在能源计量中，需要对液体、固体、气体等能源进行计量，而这些能源在计量过程中均需要通过流量计量这一方式来实现数据统计，所以在整个能源计量领域之中，流量计量显得格外重要，在开展流量计量过程中，不仅需要使用流量计，而且还需要通过压力仪表、温度计等工具对流体的压力及温度进行检测，所以流量器具包括压力仪表、流量计以及温度计等计量器具[2]。需要综合采用各类器具提升流量计量的准确性，从而为能源计量工作的有效开展提供支持。

2 流量计量常用的器具

2.1 差压流量计

差压流量计遵循的原理为能量守恒定律，根据该原理来对介质流量产生的变化来进行检测，差压流量计主要是由引压管、节流装置以及差压变送器所形成，引压管会将差压信号向差压变送器引入，然后会将该信号转换，使之成为标准的信号，当流体在管道内部设置的节流装置处经过时，因节流装置可产生流束，并产生局部收缩，从而会使管道中心部位的流体在静压力以及流速方面均出现变化[3]。当流体从孔板经过时，在局部范围内会产生摩擦阻力以及涡流损耗，当流束得以恢复正常之后，静压力并未能够复原。所以需要对节流装置前面的流体压力与后面的流体压力之间的差值计算出来，便能够对流量进行确定。

差压流量计属于当前广泛应用的一种仪表，其生产工艺比较纯熟，并且其工作原理以及操作方面相对而言较为简单，不存在可动件，具有较长的使用寿命，所以在能源计量工作中得到普遍应用。

2.2 容积流量计

该流量计主要是以排出流体体积来统计流量的，容积流量计是由运动部件、现实部件、转动件以及测量室组成的，该流量计工作原理主要是当流体在流量计处经过时，在流量计的进口以及出口间会形成压力差，受其作用影响，转动件会因此旋转，同时会将流体从入口传送至出口，在此过程中，流量计内部空间会被流体所充满，还会持续向出口发送，流量计给定条件下，流量计的计量空间属于已知，所以要对转子转动次数进行测量，从而能够得出流体体积。

相比之下，容积流量计具备较高的精度，且不会对安装环境以及测量环境要求过高，比较适用于高黏度流体检测，可能有效得出流体累计容积，在操作方面也比较简单，但该流量计在整体体积方面比较大，内部结构相比之下也比较复杂，对被测介质的要求比较高，同时在低温或是高温的环境下并不适用，在计量时还会产生比较大的振动及噪声。

2.3 速度流量计

速度流量计是以流体转速为依据来确定流量的一种仪表，该流量计的原理是在管道中安装叶轮，该叶轮能够实现自由转动，当流体经叶轮处时，流体产生的动能会将叶轮推动，并且流体黏度和范围一定的情况下，流体流速与叶轮转速成正比。通过叶轮的转数和转速便能够将管道之中的流体流量予以确定。

该流量计具有较高的精度，且重复性比较好，体积小，耐高压，结构也比较简单，维修比较方便，其具备的优点比较多，可将其应用于封闭管道流体测量，并且适用于黏度较低的气体和流体测量，基于该流量计的优势，在冶金行业、石油化工业、燃气管道等多领域之中，该流量计得以广泛应用。

2.4 质量流量计

质量流量计是以流体流动于旋转管之中对管壁造成作用力为依据来进行测量的，对通过流量计的介质密度、质量以及温度进行直接测量。该流量计的工作原理是根据分体分子带走的分子质量来对流量进行确定的，因感热装置并不会出现气体压力以及温度等方面的变化，所以不会对测量结果产生影响。所以此类流量计具有高效、快速、准确、稳定的优势，可以在石油化工领域推广应用。

3 能源计量领域中流量计量的具体应用

3.1 在供水企业中的应用

流量计量既能够对自来水用量进行统计，又能够对供水企业的损失率、耗电量以及人均年供水量等指标方面的计算予以支持，所以流量计量所获数据是否具备准确性关系着供水指标数据是否真实可靠。现阶段，供水企业对自来水流量进行计量时，主要采用的流量计包括超声波流量计以及涡轮流量计等。超声波流量计主要是在流动介质中利用超声波的传播速度来进行测量的，其传播速度实质上就是流体平均流速和静止流体中声波流速的矢量，通过这一矢量可对流量进行确定。超声波流量计是由发送装置、传感器探头、接收装置构成，在水管外侧将传感器探头进行安装，有发送装置将超声波信号发送，声波会在静止流体之中进行传播，两个探头之间相互传递声波信号的时间是相同的。若流体处于流动状态，则，上部传感器会向下部传感器发送信号，下部传感器也会向上部传感器发送信号，因流体流速会作用于声波信号，从而会导致从上部传感器至下部传感器的声波传播速度加快，并造成下部流速减慢，而下部传感器将声波传递到上部传感器的传播速度将会减慢，从而造成两个传感器之间形成时间差，进而能够将流体速度计算出来，然后通过管道流通横截面积便可将流量算出。

涡轮流量计则是通过涡轮来实施测量，主要是转换流量计流速，使之成为涡轮转速，然后再将涡轮转速转换为电信号，此类流量计能够对瞬时流量综合予以准确检测，还可使输出信号转为频率，从而使数字化运行得以实现，该流量计精确度能够达到±0.2%，具有较高的精度和较好的重复性，抗干扰能力也比较强，在安装维护方面也较为方便，所以在供水企业中得以推广应用。

3.2 在工业生产中的应用

在工业生产过程中，锅炉属于常用的能量转换设备，可使燃料之中的电能及化学能转换为热能，所以在工矿、火电厂以及船舶等工业生产企业之中得以广泛应用，因锅炉是一种特种设备，在生产中锅炉系统的压力、流量以及温度变化均会对工业生产的质量和安全性产生一定的影响，所以应将锅炉蒸汽实施检测，而蒸汽通常是从燃料燃烧时形成，经检测蒸汽流量，能实现企业生产成本的控制。现阶段，在工业生产中通常要对锅炉蒸汽流量计进行安装，从而对蒸汽、气体等诸多介质进行检测。相比于其他流量计而言，该流量计的精度较高，且压力损失方面也比较小，在对锅炉系统工作情况进行检测时，不会受到流体压力、黏度、密度等方面影响，具有较高的可靠性，能够在-20℃～250℃的环境之中使用。该流量计附带电子装置以及自动化装置，可与计算机连接，所以该流量计比较先进。在安装方面，应避免将该流量计安装在振动管道上，若不能对此避免，则需要在适当位置上安装固定支架。同时，也不可将该流量计安装在辐射强、电磁干扰强、腐蚀性强的区域，还要保证安装位置的空间足够，若被检测介质之中含有较为复杂的成分，则应该于流量计适当位置安装过滤器，从而过滤蒸汽中的不良成分，以免实际检测值受到影响。

此外，因饱和蒸汽管路相对较长，蒸汽运输时会频繁出现压力波动，且各位置蒸汽压力存在差异，所以应实施压力补偿，保证管道压力平衡。管道饱和蒸汽压力通常为0.3～0.7MPa，而压力变送器可测量的量程为1MPa。当前锅炉系统的流量计量已实现自动化、智能化，压力补偿、流量计算等操作已实现了自动化，锅炉流量计通常采用的安装方式为竖直安装，主要是为了保证流体能够均匀贯穿全部管道，若流量计传感器附近配置了阀门，可能会导致传感器灵敏程度受到一定影响，所以在对传感器进行安装时，应该尽可能不要安装在长管道之上，以免造成传感器至法兰之间的管道出现蒸汽泄漏问题。

3.3 在油气工程中的应用

我国油气资源丰富，天然气属于清洁能源，近年来国家对其开发比较重视，当前天然气已经广泛应用于人们生产生活之中，在天然气采运以及储配过程中，天然气流量计的作用极为重要，该类流量计通常垂直安装在管道内部，属于一种柱形阻挡物，当流体流经流量计位置时，受其阻挡作用会在两侧形成漩涡，一般情况下漩涡分离频率同流体流速之间存在线性关系，所以对漩涡分离频率测出便可对流体流量及流速测出。

天然气流量计的原理为卡门漩涡，在测量过程中有较高的精度，并且压力损失比较小，在安装方面也比较便捷，能耗方面也比较低，可对体积流量进行有效测量。当前天然气测量常用流量计包含孔板式、气体涡轮式以及旋进式三种流量计，因天然气流量计容易受锅炉压力、介质温度等方面因素所影响，所以在测量天然气流量时，所用仪器仅可对某一工况的流量进行检测，若现场温度、气体成分以及管道压力等方面出现变化，将会存在误差，导致测量不准确。所以在实际测量时，一定要保证设计工况与实际相符，但因实际情况可能存在变动，会产生一定的波动性，也需要及时对其自动补偿。

3.4 在电力领域中的应用

电力企业开展能源计量主要是对电能进行计量，电能计量准确性事关企业效益及用户利益，因传统人工抄表的方式容易出现错抄、漏抄等问题，造成电能计量存在出入，伴随科技发展，智能电能表得以应用于电力企业的电能计量工作中，智能电能表具备电能计量的功能，还具备双向传输以及远程控制等多种功能，通过对用户信息进行采集，能够使电力企业对用户用电量、用电规律等多项内容进行全面了解，从而对电力企业营销提供帮助。

智能电能表的设计结构为三相三线以及三相四线结构，当前比较先进的技术工艺极为IC卡以及SMT技术，用户可以将购买的电向电能表之中输入，在有存值的情况下电能表会对用户供电，同时还会依据各时间段，通过各种计量模式来对用户多种需求予以满足，还可对用户用电流量进行远程监控，有效避免了用户私自偷电的违法行为。

4 结束语

综合上述内容，在当前各领域中，能源计量已经成为能源管理的重要工作内容，而流量计量作为能源计量的重要手段，能够为能源计量工作的开展提供有力支持，流量计量仪表作为能源计量的重要设备，要求工作人员必须对各类仪表进行了解。本文通过研究全面地了解了流量计量仪表的种类、功能、原理及适用范围，并对各类流量计量仪表在实际中的应用进行研究分析，可为相关计量人员开展能源计量工作提供一定的支持。