能源監(jiān)測(cè)的必要性 　　 過(guò)去10年，我國(guó)GDP年增長(zhǎng)率都達(dá)到10%以上，受世人矚目。但這種高增長(zhǎng)卻是以高耗能為代價(jià)的。我國(guó)單位產(chǎn)值耗能水平為國(guó)際平均水平的2.5倍，分別為美國(guó)、歐盟、日本的2.5、4.9、8.7倍，每年耗煤達(dá)14.2億噸。如“十一五”GDP要翻一番，按目前的耗能水平，年產(chǎn)煤將近30億噸，無(wú)論從資源、生產(chǎn)還是從安全、運(yùn)輸、環(huán)保的角度考慮，都是難以為繼，無(wú)法承受的?！笆濉逼陂g，中央曾下達(dá)了節(jié)能指標(biāo)，要求在保證GDP增長(zhǎng)前提下，單位耗能水平應(yīng)下降15～17%，而執(zhí)行的結(jié)果卻是上升了7%。再不狠抓節(jié)能，高耗能必將成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步增長(zhǎng)的瓶頸。因此，中央在“十一五”期間將狠抓節(jié)能降耗，列為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重中之重，要求在確保GDP翻番的同時(shí)，單位產(chǎn)值耗能應(yīng)下降20%。為確保貫徹實(shí)施制定了國(guó)際GB17167，要求耗能達(dá)一定水平的單位及設(shè)備都必需安裝儀表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用科學(xué)的方法，用數(shù)字來(lái)評(píng)估節(jié)能降耗的效果。 流量?jī)x表在節(jié)能監(jiān)測(cè)中的地位 　　 事實(shí)說(shuō)明，節(jié)能降耗僅宣傳無(wú)濟(jì)于事，必須立法，用具體的數(shù)字、指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)督，并落實(shí)到各級(jí)地方和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)。為此，制定了國(guó)標(biāo)GB17167－2006，其中 五條（4.3.2，4.3.3，4.3.4，4.3.5，4.3.8）為強(qiáng)制條款，不僅規(guī)定了用能達(dá)到一定水平的單位與設(shè)備必須安裝監(jiān)測(cè)儀表，而且對(duì)用能的大小，監(jiān)測(cè)儀表的種類以及準(zhǔn)確度的等級(jí)都做了明確的規(guī)定。 在能源監(jiān)測(cè)儀表中，除電能用電表、固態(tài)煤用稱重儀表外，其他氣態(tài)、液態(tài)能源（如原油、成品油、重油、渣油、天然氣、液化氣、煤氣…），以及載能工質(zhì)（水蒸汽）都必須采用流量?jī)x表，即使對(duì)于固態(tài)煤，在流程工業(yè)連續(xù)作業(yè)時(shí)，也可采用沖板式流量計(jì)，或氣固二相微波流量計(jì)。因此，流量?jī)x表在節(jié)能降耗監(jiān)測(cè)中具有舉足輕重、無(wú)法替代的重要地位。 能源監(jiān)測(cè)流量?jī)x表的特點(diǎn) 　　 流量?jī)x表的原理多達(dá)十余種，類型近200多，合理選用并非舉手之勞，限于篇幅本文略去一般的選型規(guī)則，著重談一下在能源監(jiān)測(cè)中選擇流量?jī)x表應(yīng)注意的兩個(gè)問(wèn)題： 準(zhǔn)確度 　　 能源監(jiān)測(cè)中，流量?jī)x表的準(zhǔn)確度應(yīng)放在重要的位置上，GB17167為此也做了合理、明確的規(guī)定。既然要求流量?jī)x表對(duì)節(jié)能降耗的效果進(jìn)行準(zhǔn)確的量化，它就應(yīng)具有必要的準(zhǔn)確度。否則，知之渺渺，如何評(píng)估節(jié)能效果，又如何“對(duì)癥下藥”，進(jìn)一步采取節(jié)能措施呢？當(dāng)然，也并非越準(zhǔn)確越好，因?yàn)闇?zhǔn)確度高的儀表價(jià)格都十分昂貴，還應(yīng)考慮企業(yè)的承受能力。因此GB17167實(shí)事求是地根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象做了不同的要求：如測(cè)燃油流量，準(zhǔn)確度應(yīng)為0.5～1級(jí)；測(cè)天然氣、煤氣流量可為2級(jí)；而測(cè)水、水蒸汽流量可低至2～2.5級(jí)。這里要強(qiáng)調(diào)的是準(zhǔn)確度，不是流量系數(shù)的分散度，還應(yīng)包括校驗(yàn)裝置的流量不確定度。 因此，有些儀表，如測(cè)點(diǎn)速來(lái)推算流量的儀表（如雙文丘利、皮托管…）就不宜選為能源監(jiān)測(cè)儀表，特別是在管徑較大、直管段長(zhǎng)度無(wú)法保證，管內(nèi)流速分布不理想的情況，更應(yīng)避免。 永久壓損　 　　 用于監(jiān)測(cè)降耗的流量?jī)x表，不僅本身不節(jié)能，而且還將以壓力損失的形式消耗能源，耗能的大小取決于儀表的結(jié)構(gòu)。 當(dāng)流體流過(guò)儀表內(nèi)阻力件時(shí)，（如孔板、噴咀、內(nèi)錐、漩渦發(fā)生體、檢測(cè)桿、靶…），都將會(huì)在阻力件后產(chǎn)生漩渦，如同機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的摩擦，這是一個(gè)不可逆等熵過(guò)程，將消耗流體的能量，使流體的壓力不可能恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值。噴咀、內(nèi)錐等流量?jī)x表都會(huì)有這樣的損失。丘利管雖有擴(kuò)張段可使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為位能，也存在流體與管壁摩擦產(chǎn)生的壓損，只是較漩渦產(chǎn)生的壓損要小得多。 　　 永久壓損計(jì)算公式：本文略，參見(jiàn)R、W、Miller 流量測(cè)量工程手冊(cè)。 　　 由于儀表內(nèi)部的阻力件所造成的流體能量損失，將使流動(dòng)減緩，流量降低。為維持正常的工藝過(guò)程，必需加大泵（或風(fēng)機(jī)）的動(dòng)力；增加的這部分動(dòng)力是由于流量?jī)x表的壓損引起的。對(duì)有些儀表來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)不菲的數(shù)字。 　　 以下計(jì)算了三種常用儀表（孔板、內(nèi)錐、均速管），在不同口徑下的年運(yùn)行費(fèi)，列于表１。 　　 以上計(jì)算流體為空氣，流量按管內(nèi)平均流速的25m/s計(jì)算，溫度20℃，壓力102kpa。風(fēng)機(jī)效率為0.85，孔板為0.62；內(nèi)錐為0.7；全年工作8760小時(shí)（365×24），電費(fèi)每千瓦小時(shí)為0.8元人民幣。如假設(shè)參數(shù)變化，結(jié)果會(huì)有不同。因此，上述計(jì)算結(jié)果只能做為不同儀表耗能的定性評(píng)估。 　　 表1所列的數(shù)據(jù)表明：當(dāng)孔板口徑大于0.3米；內(nèi)錐口徑大于0.5米時(shí)，年運(yùn)行費(fèi)過(guò)于巨大，難以令人接受。但當(dāng)管徑較小時(shí)，仍可應(yīng)用。均速管這類插入式儀表壓損小，特別適用于大口徑管道。 幾種類型流量?jī)x表的選用 　　 節(jié)流裝置 　　 這類儀表可經(jīng)受惡劣的工況，占流量?jī)x表市場(chǎng)50%以上的份額，歷史悠久，根據(jù)應(yīng)用中的問(wèn)題，仍不斷涌現(xiàn)新型的儀表。 ■ 孔板 　　 孔板積累了數(shù)十年的使用經(jīng)驗(yàn)，建立了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)具有國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，目前的安裝率也是最大的。但近兩年公布了ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步要求加長(zhǎng)前直管段后，應(yīng)用面臨較大困境。從節(jié)能角度來(lái)看，它是壓損最大的一類流量?jī)x表。當(dāng)管徑較大時(shí)，壓損所引起的年運(yùn)行費(fèi)令人難以接受，且還因無(wú)法滿足直管段長(zhǎng)度，準(zhǔn)確度也無(wú)法保證，它在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中均已呈下降的趨勢(shì)。 ■ 內(nèi)錐 　　 由美國(guó)MCCROMETER公司1986年推出，由于流體的沖刷，可用于多相臟污流體（如焦?fàn)t煤氣）；且因錐體有整流作用，要求直管段長(zhǎng)度僅幾倍管徑，在ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)公布后，倍受業(yè)內(nèi)關(guān)注。但有些宣傳，如壓損小、準(zhǔn)確度高等言過(guò)其實(shí)。天津科特公司是研制、銷售內(nèi)錐的專業(yè)企業(yè)，對(duì)內(nèi)錐的準(zhǔn)確度及壓損進(jìn)行了系統(tǒng)的研究、測(cè)試，結(jié)果如下： 準(zhǔn)確度：對(duì)口徑100至800mm的內(nèi)錐進(jìn)行了標(biāo)定，結(jié)果列于表2。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)管徑較大時(shí)，由于加工、安裝的原因，所引起流出系數(shù)離散性（也反映了準(zhǔn)確度），可達(dá)到5%。 壓損：內(nèi)錐的永久壓損芇e計(jì)算公式為：芇e＝（1.3－1.25b）芇，芇為輸出差壓。 根據(jù)不同b值，來(lái)計(jì)算孔板和內(nèi)錐的永久壓損占輸出差壓的比值列于表3。數(shù)據(jù)表明，內(nèi)錐的壓損，特別是在b值較小，在0.4～0.45范圍，與孔板十分接近；而如果選用較大的b值，意味著環(huán)形通道加大，整流效果將會(huì)降低，又會(huì)影響準(zhǔn)確度，因此b值多選為0.55～0.65。因此，內(nèi)錐流量計(jì)并不是節(jié)能儀表，從“節(jié)能降耗的要求來(lái)推廣內(nèi)錐流量計(jì)的必要性”理由并不充分。 羅洛斯管（lo-loss） 　　 入口錐角約40°，在節(jié)流后有一個(gè)錐角約5～7°的擴(kuò)張段，流體可在不產(chǎn)生漩渦狀態(tài)下使動(dòng)能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)化為位能，壓損小，是一種節(jié)能儀表，但如要求較高的準(zhǔn)確度，仍要求較長(zhǎng)的直管段長(zhǎng)度。 ■ 梭式 　　 2005年公布的專利產(chǎn)品，它取內(nèi)錐環(huán)形通道要求直管道較短的優(yōu)點(diǎn)，而避其壓損較大的缺點(diǎn)；又取羅洛斯管無(wú)漩渦，動(dòng)能有序恢復(fù)為位能的優(yōu)點(diǎn)，在內(nèi)錐加了一個(gè)尾錐形成梭體，因而壓損較低。此外，專利還為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)直管段較短，采取了一些措施以提高準(zhǔn)確度。 ■ 插入式 　　 以測(cè)管道內(nèi)一點(diǎn)（或幾點(diǎn)）流速來(lái)推算流量的儀表。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、安裝拆卸方便、壓損??；但準(zhǔn)確度往往只能達(dá)到±2～5%，僅測(cè)一點(diǎn)流速的流量計(jì)，在直管段長(zhǎng)度不足時(shí)，準(zhǔn)確度可能低于±3%，制約了它被選為能源監(jiān)測(cè)儀表的空間，常用有以下幾種： ■ 雙文丘利管 　　 突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出差壓較大，但準(zhǔn)確度根據(jù)ISO7145的評(píng)估，最好情況下也能達(dá)到±3%，基本上無(wú)法滿足能源監(jiān)測(cè)儀表對(duì)于準(zhǔn)確度的要求。 ■ 熱式　 　　 低速性能較好，僅限于測(cè)潔凈、干燥的氣體，不僅直管段長(zhǎng)度而且氣體組分對(duì)準(zhǔn)確度的影響都較大，準(zhǔn)確度較低，不適用于能源監(jiān)測(cè)。 異型皮托管（亦稱測(cè)管） 　　 近一、二年被國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)廣泛采用，用于測(cè)量廢氣（轉(zhuǎn)爐、焦?fàn)t煤氣…）的一種插入式流量計(jì)，其結(jié)構(gòu)類似于日本的異型皮托管（見(jiàn)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)28808），優(yōu)點(diǎn)在于垂直于管道軸線的切口，有利于廢氣中的固體粉塵及液滴排出，不似一般均速管易于堵塞；此外，它是單支標(biāo)定，不存在均速管所測(cè)差壓未必是管道平均流速差壓的問(wèn)題。由于其結(jié)構(gòu)的特殊，其流速系數(shù)約為0.85，使用前必需標(biāo)定。從能源監(jiān)測(cè)的角度來(lái)評(píng)價(jià)這種儀表，壓損小，可用于測(cè)臟污廢氣都是突出優(yōu)點(diǎn)，而準(zhǔn)確度是否能達(dá)到相關(guān)文章所介紹的為±2～3%，則令人質(zhì)疑。它僅有的三個(gè)測(cè)點(diǎn)部位于管道上方，測(cè)點(diǎn)的位置及數(shù)量均未按ISO3966的要求，沒(méi)有充分反映管道中的流速分布，文章在分析誤差中“忽略”了由于流速分布不理想而引入的干擾系數(shù)。在直管段不足時(shí)，它將是最大的誤差源。 ■ 均速管 　　 均速管通過(guò)測(cè)管內(nèi)多點(diǎn)流速來(lái)推算流量，一般準(zhǔn)確度可達(dá)到±1.5～2%，可用于能源監(jiān)測(cè)中大管徑且對(duì)準(zhǔn)確度要求不太高的場(chǎng)合（如測(cè)水），如果直管段不足，可在管道中相近截面同時(shí)插入二支均速管，互成90°，測(cè)點(diǎn)的數(shù)量及位置基本可達(dá)到ISO3966的要求，至于易堵塞問(wèn)題，可采取反吹法，也可吸取測(cè)管的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種既有均速管易于安裝、價(jià)格低廉又不易堵塞的新型儀表。 ■ 無(wú)阻力件流量?jī)x表　　 　　 這是近五年發(fā)展最快的一類流量?jī)x表，據(jù)權(quán)威網(wǎng)站評(píng)估，以下三種儀表世界市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率分別為2%、6.9%、10.4%，其特點(diǎn)是管內(nèi)無(wú)任何阻力件，壓損小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而功能日趨完善，準(zhǔn)確度高。 ■ 電磁　　 　　 電磁是目前流量?jī)x表市場(chǎng)銷售額最大的產(chǎn)品，但不能測(cè)油品、氣體能源的流量。 ■ 科氏 　　 管道中雖無(wú)阻力件，但為產(chǎn)生科氏力，必需強(qiáng)制被測(cè)流體轉(zhuǎn)180°，因而壓損較大但準(zhǔn)確度可高達(dá)±0.2～0.5%，口徑一般小于0.2米，無(wú)直管段要求，價(jià)格較貴。歐美各國(guó)多用它測(cè)能源及貴重的流體，以減少貿(mào)易核算中的爭(zhēng)議，在中國(guó)目前尚未廣泛采用。 ■ 超聲波 　　 由于它可測(cè)氣、液各種流體，不僅壓損小，準(zhǔn)確度也可高達(dá)±0.5%，量程比寬，是當(dāng)前發(fā)展最快、最適用于能源監(jiān)測(cè)的流量?jī)x表。超聲波液體流量?jī)x表的技術(shù)已經(jīng)較成熟，而聲波在氣體中的傳播阻力較通過(guò)液體大得多，據(jù)美國(guó)GE公司介紹，接受反射回來(lái)的信息僅為發(fā)射的萬(wàn)分之一，時(shí)差僅10－9－10－12ｓ。國(guó)外近七、八年基本解決了信息微弱的難題，已有產(chǎn)品問(wèn)世，且已制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，成為國(guó)內(nèi)外天然氣貿(mào)易結(jié)算的主要計(jì)量?jī)x表，只是價(jià)格還較貴。國(guó)內(nèi)上海、北京相繼也有產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，但尚存在準(zhǔn)確度不夠高、抗噪聲干擾能力較低的缺點(diǎn)，雖已有用于測(cè)高爐焦?fàn)t煤氣，還未完全進(jìn)入貿(mào)易計(jì)量領(lǐng)域。 　　 近二年，國(guó)外已推出外夾式氣體超聲波流量計(jì)，有的廠家甚至宣稱精確度已達(dá)到±0.5%，而據(jù)國(guó)外資深專家指出，由于受管道材質(zhì)、涂層、厚度…及安裝位置多因素的影響，客觀地說(shuō)準(zhǔn)確度達(dá)±2%，已很不易。目前來(lái)看，氣體超聲波流量計(jì)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，準(zhǔn)確度高，安裝簡(jiǎn)便，可適用于各種管道，是能源監(jiān)測(cè)中最具有發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績(jī)x表。 討論 　　 本文強(qiáng)調(diào)用于能源監(jiān)測(cè)流量?jī)x表的兩大特點(diǎn)：必要的準(zhǔn)確度及較小的壓力損失。 目前還沒(méi)有十全十美的儀表，每一種儀表都只能在某一特定條件下發(fā)揮作用，如內(nèi)錐，當(dāng)直管段短時(shí)，它較經(jīng)典式節(jié)流裝置優(yōu)越，仍可維持較高的準(zhǔn)確度，但壓損并不是宣傳的那么??；又如插入式儀表，壓損倒是不高，價(jià)格也不貴，但準(zhǔn)確度往往滿足不了監(jiān)測(cè)的要求。超聲波流量計(jì)壓損小，準(zhǔn)確高，但價(jià)格太貴，只能用于重要的貿(mào)易計(jì)量，而非一般用戶，處處可以選用。因此，選用時(shí)要反復(fù)比較，切勿聽(tīng)信一面之詞。 　　 在儀表的說(shuō)明書(shū)中，廠商都會(huì)將儀表的性能介紹得十分優(yōu)越，如準(zhǔn)確度。這里姑且不考慮有些是無(wú)中生有，有忌誤導(dǎo)，不少負(fù)責(zé)任的廠家確實(shí)是在不同的實(shí)驗(yàn)室中，在相對(duì)比較理想的條件下，通過(guò)標(biāo)定得到了這些技術(shù)指標(biāo)，問(wèn)題在于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般是無(wú)法滿足提供實(shí)驗(yàn)室的理想條件。在選擇儀表時(shí)請(qǐng)勿忽略這個(gè)因素。 　　 近百年來(lái)，有些流量?jī)x表如孔板、噴咀…在應(yīng)用中不斷完善、且積累了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了標(biāo)準(zhǔn)。但有些問(wèn)題，如壓損大，要求直管段太長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿足，以及長(zhǎng)期的穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)難以克服，特別是ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)公布后，進(jìn)一步制約了它的應(yīng)用。在此背景下，涌現(xiàn)了一批新的儀表，如內(nèi)錐、插入式、超聲波…，這些儀表在開(kāi)始問(wèn)世時(shí)，會(huì)有些缺點(diǎn)，有待在實(shí)踐中不斷改進(jìn)、完善、面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，業(yè)內(nèi)專家們究竟采取什么態(tài)度，是橫加指責(zé)，還是盲目支持？都不可取。只有肯定優(yōu)點(diǎn)，指出不足，并提出改進(jìn)意見(jiàn)才有助于新產(chǎn)品的不斷完善，逐步取代無(wú)法適應(yīng)工程技術(shù)不斷發(fā)展的舊產(chǎn)品?！俺林坌迸锨Х^(guò)”，這是不以人主觀意愿為轉(zhuǎn)移的客觀規(guī)律。