1 前言

    精确的测量技术是能源管理的基础。能源计量是以流量仪表为核心的。现在工业上经常使用的流量仪表有下列几种：

    ○差压式流量计：标准孔板，标准喷咀，文丘里管，均速管，弯管等流量计。

    ○叶轮式流量计：涡轮流量计，叶轮式水表。

    ○涡街流量计

    ○电磁流量计

    ○超声波流量计

    上述五种类型流量计在工业上获得广泛应用，尤其是差压式流量计在电站、化工、钢铁等高温高压的场合非其莫属。本文所讨论的内容，主要是差压式流量计中标准孔板和标准喷嘴，因其资料齐全，可以从量的方面进行分析和讨论。其他型式的流量计只是和差压式流量计作些比较，以便选用。

    所谓从量的方面进行分析和讨论，也就是说：装一只流量仪表，流过多少流量，产生多少阻力损失，损失多少能量，通过换算，折合多少度电，乘以电价，就能得出一只流量仪表一年化掉多少钱。通过经济核算，重新审视流量计在工业上的实际应用。

    2 流量计能耗计算

    管道上如果装置一台差压式流量计，例标准孔板、喷嘴，必然有压力损失，其压力损失为：

    其中ξ为阻力系数

    ρ为流体密度kg/m³

    u为管道平均速度m/s

    δ_p为压力损失Pa；

    对公式（1）作一些变换：

    式中D为管道内径mm，

    q_v为容积流量m³/h

    将公式（2）代入公式（1）得到：

    其中ξ对于标准孔板和标准喷嘴为：

    推导从略。其中

    d为孔板或喷嘴开孔直径mm

    D为管道内径mm

    C为流出系数

    这样就可计算孔板和喷嘴的阻力系数。

    能量损失公式为：

    其中δ_p为压力损失Pa

    q_v为容积流量m³/h

    △wh为每小时能量损失kj/h。

    将公式（3）代入公式（5），并换算成kWh，1kWh=3600kj，得：

    △wh"为每小时能量损失kWh/h。

    如果流量计年运行7500小时，则

    △wy为年能量损失kWh/y。

    如果考虑到电机和水泵的效率

    电机η_电=0.90水泵η_泵=0.70，则实际年能量损失为：

    如果电价1kWh为X元，则年损失“费用”总数为：

    由上述公式（8）看到，能量损失与容积流量qv的立方成正比，与管道直径D的四次方成反比。一般来说，气体和蒸汽容积流量很大，而液体（水）容积流量很小，因此气体和蒸汽的能量损失此液体（水）要大许多。

    3 标准孔板，标准喷嘴的阻力系数ξ计算

    标准孔板：雷诺数Re=7×10⁴，由表1看出，设计孔板时，β值尽量取大，最好大于0.60。

    标准喷嘴：雷诺数Re=7×10⁴，由表2看出，设计喷嘴时，β值尽量取大，最好大于0.50。

    这样阻力系数均小于10。

    在其他Re时，C、ξ相差很小。

    4 其他流量计阻力系数的计算

    1）涡轮流量计：

    根据制造厂资料计算，得出表3。

    2）涡街流量计：

    当d/D=0.281时，阻力系数ξ=2.4

    3）弯管流量计

    当D由小变大时，阻力系数ξ=1.5～0.5

    5 能耗计算举例

    能耗计算共10例，列于表4，具体计算从略。

    表能4编制：

    1）编号1、2、10为一组，介质为水，在相仝参数，管径，流量的情况下，用孔板，喷嘴，涡轮作能耗比较，喷嘴优于孔板，涡轮优拾喷嘴。

    2）编号3、4为一组，介质为空气，在相仝的参数，管径，流量的情况下，用孔板喷嘴作能耗比较喷嘴优于孔板。

    3）编号5、6、7为一组，介质为过热蒸气，在相仝参数，管径，流量的情况下，用喷嘴，孔板，文丘里喷嘴作能耗比较，喷嘴优于孔板，文丘里喷嘴优于喷咀。

    4）编号8、9为一组，介质为饱和蒸汽，在相仝参数，管径，流量的情况下，用弯管和涡街作能耗比较，弯管优于涡街。

    6 讨论

    1）由表4，流量计能耗计算表中看到，各种流量计对不同介质有不同的能耗，气体和蒸汽的能耗比液体（水）的能耗要大得多。特别对蒸汽流量的测量更要予以关注。例如表4中编号5、6、7为喷嘴、孔板、文丘里喷嘴对高温高压过热蒸汽量的测量是一个很典型的例子，孔板、喷嘴、文丘里喷嘴的阻力系数去分别为4.72、1.34、0.1747，其能耗分别为441×10⁴、125.2×10⁴、16.3×10⁴kWh/y。对目前300MW、600MW大型发电机组而言，根据测算，如果测量装置用喷嘴，年耗能在250×10⁴～450×10⁴kWh。如果测量装置用文丘里喷嘴，年耗能在32×10⁴～54×10⁴kWh。两者比较差距非常明显。

    2）从设计角度看，在需用孔板或喷嘴的场合，则用喷嘴为宜，而其β值尽量取大，差压△P尽量取小。在孔板、喷嘴可用可不用的场合，使用其他流量计。可选用无压损或小压损流量计，例电磁流量计，超声波流量计，涡街流量计，涡轮流量计，弯管流量计等。

    3）在选用流量计时，要增加一个考核指标，即自身能耗，以便用户一次性投资和日常消耗作比较，确定更为合理的应用方案。

    4）对仪表制造厂而言，要为用户提供阻力系数表或者能耗指标，以便用户选用。

    7 结论

    上述计算与分析表明，流量仪表本身的能耗是可观的。经济的发展对节能有更高的要求，流量仪表该如何改进和选型是值得思考的问题。对用户来讲，流量仪表日常能耗和一次性投资需要加以分析和权衡。对制造厂而言，制造什么样的流量仪表，更能符合用户的要求，需郑重考量。这也是仪表研究单位面临的重要课题。