馬琳（大慶油田工程有限公司）

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排工作的重視，并前后出臺(tái)了相應(yīng)的管理辦法及政策法規(guī)，能源計(jì)量工作越來(lái)越受到重視。很多企業(yè)從節(jié)能提效的角度出發(fā)，希望計(jì)量?jī)x表中能夠增加在線診斷或遠(yuǎn)程校準(zhǔn)功能。這樣既不影響生產(chǎn)，又能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況對(duì)器具進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，滿足計(jì)量要求。目前，一些流量計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在線診斷功能，如超聲流量計(jì)、電磁流量計(jì)等。文中闡述了文丘里流量計(jì)在線診斷技術(shù)與節(jié)能的關(guān)系。

1 在線診斷技術(shù)與節(jié)能

能源計(jì)量是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的必要手段，其核心是計(jì)量器具。只有計(jì)量器具配置合理、計(jì)量準(zhǔn)確，才能對(duì)企業(yè)的能源利用情況進(jìn)行科學(xué)的統(tǒng)計(jì)和分析，為節(jié)能工作提供方向。針對(duì)目前油田的實(shí)際情況，大部分計(jì)量流量計(jì)存在著很大的節(jié)能潛力。根據(jù)流量計(jì)量原理可知，在流體輸送時(shí)，由于流體特性及管道的影響，流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生較大的阻力，從而導(dǎo)致電力能源損耗加大。據(jù)調(diào)查，因流體阻力損耗的電力約占總耗電的20%。由此可見(jiàn)，如果能在油田生產(chǎn)中采取行之有效的節(jié)能措施，對(duì)降低能源損耗具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前在油田廣泛使用的差壓式流量計(jì)依然以孔板為主，但孔板存在著一個(gè)不可忽視的缺陷，即壓損過(guò)大，故孔板在完成能源計(jì)量任務(wù)的同時(shí)，卻耗費(fèi)著大量的能源。隨著低壓損節(jié)能流量計(jì)受到越來(lái)越多的重視，文丘里流量計(jì)在孔板的基礎(chǔ)上，用一段漸縮漸擴(kuò)的短管代替孔板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且阻力損失小；而新型文丘里流量計(jì)又在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上增加了在線診斷功能。由于計(jì)量領(lǐng)域向著智能化、智慧化、大數(shù)據(jù)的方向發(fā)展，應(yīng)用在線診斷方法成為計(jì)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的使用者現(xiàn)在已經(jīng)將在線診斷功能作為流量計(jì)量系統(tǒng)中的一部分，這不僅降低了人工成本和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，而且在節(jié)能環(huán)保上更勝一籌。文中介紹的含有在線診斷功能的文丘里流量計(jì)可以有效降低能耗。

2 文丘里流量計(jì)構(gòu)成及其在線診斷原理

2.1 構(gòu)成

文丘里流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)中的一種,它由光滑的收縮段、喉道和擴(kuò)散段三部分組成。流體經(jīng)過(guò)管道時(shí)，喉道斷面縮小，流速增大，動(dòng)能增加，勢(shì)能減小，這樣通過(guò)在收縮段斷面和喉道斷面安裝測(cè)壓裝置，測(cè)量?jī)蓴嗝娴牧黧w壓差，由恒定總流的能量方程得到管道的流量[1]。

2.2 在線診斷原理

新型文丘里流量計(jì)在設(shè)計(jì)中增加了在線診斷功能。如圖1 所示，新型文丘里流量計(jì)配有指示壓力波動(dòng)的全部?jī)x表。傳統(tǒng)的文丘里流量計(jì)只是讀取入口處壓力、下游溫度以及壓差，取壓口通常設(shè)計(jì)在入口處和喉部（壓力最小處）。設(shè)計(jì)中在下游擴(kuò)散段增加了第三個(gè)取壓口，較之傳統(tǒng)設(shè)計(jì)增加的取壓口可以獲取兩個(gè)額外的壓差，即恢復(fù)壓差和永久壓差。

圖1 文丘里流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2 所示，收縮段入口處與喉部的壓差ΔPt、恢復(fù)壓差ΔPr和永久壓差ΔPPPL之間的關(guān)系為

傳統(tǒng)流量等式為

擴(kuò)散段流量等式為

PPL 流量等式為

式中：ΔPt——收縮段入口處與喉部的壓差，kPa；

ΔPr——恢復(fù)壓差，kPa；

ΔPPPL——永久壓差，kPa；

ρ——流體密度，kg/m3；

E——流量計(jì)幾何常數(shù)；

A、At——入口處的喉部的平均速度，m/s；

Y——?dú)怏w密度波動(dòng)擴(kuò)展系數(shù)（對(duì)于液體通常Y=1）；

Cd、Kr、KPPL——流出系數(shù)、擴(kuò)展系數(shù)、PPL 系數(shù)。

圖2 文丘里流量計(jì)壓差示意圖

傳統(tǒng)的文丘里流量公式如式（2）所示，僅僅是流量計(jì)流量的計(jì)算[2]，隨著在下游處增加1 個(gè)取壓口，產(chǎn)生了另外2 個(gè)等式。由于有3 個(gè)流量等式同時(shí)表明通過(guò)同一流量計(jì)的流量，所以就有可能通過(guò)對(duì)比流量值來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我診斷。由于3 個(gè)等式都有各自的不確定度等級(jí)（x%、y%、z%）。因此，1 臺(tái)正確運(yùn)行的流量計(jì)，其任意2 個(gè)等式的流量差值不應(yīng)超過(guò)其不確定度之和。

傳統(tǒng)/PPL 最大允許偏差為

傳統(tǒng)/擴(kuò)散段最大允許偏差為

擴(kuò)散段/PPL 最大允許偏差為

PPL/傳統(tǒng)比為

擴(kuò)散段/傳統(tǒng)比為

擴(kuò)散段/PPL 為

表1 為文丘里流量計(jì)在線診斷發(fā)出報(bào)警信號(hào)的判斷依據(jù)[3]。

表1 文丘里流量計(jì)在線診斷發(fā)出報(bào)警信號(hào)判斷依據(jù)

3 文丘里流量計(jì)在線診斷技術(shù)能耗分析

以DN500 管徑系統(tǒng)的滿管流量狀態(tài)為研究對(duì)象，分別測(cè)試孔板和具有在線診斷功能的文丘里流量計(jì)狀態(tài)。測(cè)試參數(shù)包括壓力、溫度、氣體流量和電功率，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 孔板與文丘里流量計(jì)測(cè)試結(jié)果

從測(cè)試結(jié)果看，本次測(cè)試所采用的具有在線診斷功能的文丘里流量計(jì)較孔板的能耗小很多[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)節(jié)能成為關(guān)系到我國(guó)整個(gè)經(jīng)濟(jì)體系的發(fā)展和企業(yè)自身利益時(shí)，其重要性不言而喻。具有在線診斷功能的文丘里流量計(jì)是一種節(jié)能儀表，同時(shí)也是能量管理中正確地選擇。實(shí)際案例表明，文丘里流量計(jì)具有如下優(yōu)勢(shì)：節(jié)能環(huán)保；減少維護(hù)費(fèi)用；觀測(cè)已知項(xiàng)目；提高操作效率；規(guī)避爭(zhēng)議。1 臺(tái)精準(zhǔn)計(jì)量拓展型文丘里管流量計(jì)減少的壓損能耗，每年可為企業(yè)增收數(shù)千元到數(shù)萬(wàn)元甚至數(shù)十萬(wàn)元，具有廣泛推廣價(jià)值[5]。