一 引言

    國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》已于2007年1月1日開始實(shí)施。該國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的4.3.2，4.3.3，4.3.4，4.3.5及4.3.8均為強(qiáng)制性條款。其主要要求是：對(duì)于用能量（包括產(chǎn)能量、輸出能量、能源消耗量）超過限定值的用能量（包括產(chǎn)能量、輸出能量、能源消耗量）單位或設(shè)備，如尚未配備能源計(jì)量器具，則都應(yīng)加裝能源計(jì)量器具。4.3.8條則對(duì)相應(yīng)的用能量（包括產(chǎn)能量、輸出能量、能源消耗量）單位或設(shè)備的能源計(jì)量器具（如衡器，電能表，油流量表和氣體流量表）的準(zhǔn)確度等級(jí)分別提出了具體要求。對(duì)用于能源計(jì)量的流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)的要求是：對(duì)于成品油，為0.5級(jí)：對(duì)于重油和渣油，為1.0級(jí)：對(duì)于煤氣和天然氣，為2.0級(jí)：對(duì)于蒸汽，為2.5級(jí)：對(duì)于水，為1.5級(jí)（D≥250毫米時(shí)）或2.5級(jí)（D<250毫米時(shí)）。

      由于現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件往往會(huì)直接影響流量計(jì)的準(zhǔn)確度，因此人們更加關(guān)注在實(shí)際安裝條件下所選用的流量計(jì)的準(zhǔn)確度。由于加裝這些流量計(jì)的根本目地是為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，因此人們也更加關(guān)注所選用的流量計(jì)在運(yùn)行時(shí)的耗能費(fèi)和泵送費(fèi)（即流量計(jì)的壓力損失）。

      由于流量計(jì)的種類很多，而選型中又涉及許多技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素。必須要綜合考慮這些因素，才有可能同時(shí)作到技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上合理。為了使流量計(jì)的選型更為合理，本文將對(duì)流量計(jì)選型時(shí)需要考慮的重要事項(xiàng)予以闡述并給出耗能（泵送）費(fèi)的計(jì)算方法。

      二 流量計(jì)選型的一般性準(zhǔn)則

      對(duì)于一個(gè)特定的使用場(chǎng)合，流量計(jì)的選擇取決于該測(cè)量課題在不同方面的重要性（例如：流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)安裝條件下的準(zhǔn)確度，耗能費(fèi)，安裝條件的局限或被測(cè)介質(zhì)的特殊性等），因此，它必然是一個(gè)基于工程與專業(yè)知識(shí)單獨(dú)做出判斷的事。在一個(gè)具有相似工作條件的特定領(lǐng)域內(nèi)，某種流量計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通常就是初選時(shí)的依據(jù)。

      很明顯，在對(duì)具體的使用場(chǎng)合還沒做詳細(xì)的了解時(shí)，就試圖衡量各種限制條件，只能是自以為是的臆斷。以下是幫助我們對(duì)流量計(jì)做出正確、合理選型的五大類問題。對(duì)于其中的前三大類問題，只有有限的選擇，利用它們能確定某種流量計(jì)是否適用。最后的兩大類問題是最困難的，因?yàn)樗婕皟r(jià)格與性能的比較及最后的決定。下面就是這五大類問題：

      （一）被測(cè)流體的類型是何種流體？

      1. 被測(cè)流體是液體？氣體？還是蒸汽？
      2. 被測(cè)流體是潔凈的？臟污的？還是含濕氣流或漿液？
      3. 被測(cè)流體是否有腐蝕性？是否有導(dǎo)電性？

    （二）工藝過程的工作條件如何？溫度和壓力的界限值是多少？

    （三）流量計(jì)的安裝條件如何？

      1. 計(jì)劃運(yùn)行的流量測(cè)量是在明渠上？還是在封閉的管道內(nèi)？
      2. 管道的內(nèi)徑尺寸是多少？
      3. 工作狀態(tài)下流體的管道雷諾數(shù)是多少？
      4. 計(jì)劃安裝的流量計(jì)的上、下游都有多長(zhǎng)的直管段？在其上游是何種擾流件？
      5. 是否需要/能否使用流動(dòng)調(diào)整器？
      6. 工藝管道是否有過量的振動(dòng)？
      7. 流體的流動(dòng)是定常/穩(wěn)定的？還是脈動(dòng)的？
      8. 環(huán)境的或室內(nèi)的溫度和濕度條件是多少？

    （四）在流量計(jì)的性能和流量測(cè)量能力方面有哪些總的要求？

      1. 要求的總的準(zhǔn)確度是多少？要求在多大的流量測(cè)量范圍內(nèi)保證上述的總的準(zhǔn)確度？對(duì)于用于貿(mào)易輸送的流量計(jì)，其準(zhǔn)確度等級(jí)優(yōu)于GB17167-2006所規(guī)定的指標(biāo)，如對(duì)于成品油，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2：對(duì)于天然氣，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5或1.0。
      2. 通常，流量計(jì)是在一個(gè)特定的流量下使用？還是在一個(gè)流量范圍內(nèi)使用？
      3. 采用的流量計(jì)是否僅為了進(jìn)行流量控制？如僅為了進(jìn)行流量控制，必要的響應(yīng)頻率是多少？（對(duì)于小口徑管道的流量控制，通常要求0.1秒）
      4. 被測(cè)流量的范圍是多少？偶然可能會(huì)遇到的與最小流量值是多少？

    （五）流量計(jì)安裝和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性如何？在經(jīng)濟(jì)方面應(yīng)綜合考慮的有以下費(fèi)用：

      1. 一次檢測(cè)裝置，二次儀表和附屬設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)：
      2. 安裝費(fèi)：包括勞務(wù)費(fèi)和配管費(fèi)：
      3. 為使流量計(jì)運(yùn)行的耗能費(fèi)和補(bǔ)償總的壓力損失的泵送費(fèi)：
      4. 維護(hù)費(fèi)與儀表可靠性的比較：
      5. 是否有備件？是否有售后服務(wù)的方便條件？
      6. 在未來的使用場(chǎng)合，可能的用途：
      7. 試用一種新型流量計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。

      以上各項(xiàng)都是決定選用某種流量計(jì)的因素。在相關(guān)手冊(cè)和儀表樣本中可找到與這些決定因素有關(guān)的信息。在比較各種流量計(jì)的費(fèi)用時(shí)，除了實(shí)際的購(gòu)置費(fèi)外，還有一系列的因素應(yīng)加以考慮，在做出決定前，應(yīng)權(quán)衡以下幾個(gè)重要因素：

      （1）由于流量計(jì)的準(zhǔn)確度和測(cè)量范圍的改善，可減少未被計(jì)量的能源，由此對(duì)經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)的效率及產(chǎn)品質(zhì)量的影響：
      （2）同時(shí)還要估算安裝費(fèi)，長(zhǎng)期的維護(hù)費(fèi)和流量計(jì)運(yùn)行時(shí)的耗能費(fèi)以及為補(bǔ)償總的壓力損失的泵送費(fèi)。

      只有綜合考慮并權(quán)衡了以上這些重要因素，才能作到流量計(jì)的合理選型。

      三、壓力損失

      除一些無(wú)阻擋的流量計(jì)（如不帶流動(dòng)調(diào)整器的電磁和超聲流量計(jì)）外，每一種流量計(jì)都有大于相同長(zhǎng)度直管道的壓力損失。

      1. 流動(dòng)調(diào)整器壓損的計(jì)算方法

      國(guó)際上一般常用的非的流動(dòng)調(diào)整器有：19束管束式流動(dòng)調(diào)整器和贊克（Zanker）板式流動(dòng)調(diào)整器：的流動(dòng)調(diào)整器有：加拉格爾（Gallagher）流動(dòng)調(diào)整器和K-Lab NOVA多孔板式流動(dòng)調(diào)整器。一般可以用壓損系數(shù)KPL來計(jì)算它們的壓力損失Δω。這些流動(dòng)調(diào)整器壓力損失的統(tǒng)一計(jì)算公式，如下式所示：

      Δω= （KPLρV2）/2

      式中，Δω------流動(dòng)調(diào)整器的壓力損失，Pa：
      ρ------工況下流體的密度，Kg/m3：
      V-------管道中流體的平均流速，m/s
      KPL-------各種流動(dòng)調(diào)整器的壓損系數(shù)，（無(wú)量綱）。

      各種流動(dòng)調(diào)整器的壓損系數(shù)KPL各不相同，它們數(shù)值分別為：
      對(duì)于19束管束式流動(dòng)調(diào)整器（1998）：KPL=0.75
      對(duì)于贊克（Zanker）板式流動(dòng)調(diào)整器：KPL=3
      對(duì)于加拉格爾（Gallagher）流動(dòng)調(diào)整器： KPL=2 
      對(duì)于K-Lab NOVA多孔板式流動(dòng)調(diào)整器流動(dòng)調(diào)整器： KPL= 2

      2、常用節(jié)流裝置壓損的計(jì)算方法

      常用節(jié)流裝置壓損的計(jì)算公式如下：

      孔板的壓損公式：Δω=（1-β1。9）ΔP
      V錐節(jié)流裝置的壓損公式：Δω= （1.3-1.25βv） ΔP
      流量噴嘴（包括ISA 1932噴嘴和長(zhǎng)徑噴嘴）的壓損公式：  Δω= （1 + 0.014βC 2.06β2 + 1.18β3）ΔP
      出口錐度為15°的文丘里管的壓損公式：  Δω= （0.436C0.86β + 0.59β2）ΔP
      出口錐度為7°的文丘里管的壓損公式：    Δω= （0.218C0.42β + 0.38β2）ΔP
      以上各式中，Δω-壓力損失，Pa，β-直徑比，βv-等效直徑比，
      ΔP-差壓值，Pa

      四、 泵送（耗能）費(fèi)

      在許多請(qǐng)況下，由總的壓力損失所造成的額外的耗能費(fèi)，是在流量計(jì)選型時(shí)必須要考慮的一個(gè)重要因素。特別是對(duì)于較大口徑、較大流量的管道，由泵或壓縮機(jī)輸送流體所需的泵送費(fèi)是很大的。在此情況下，應(yīng)選用一個(gè)壓損小或無(wú)阻擋（不帶整流器）的流量計(jì)。這個(gè)流量計(jì)雖然可能貴些，但可以證明選用它是合算的。

      1、泵送能耗值的計(jì)算

      對(duì)于不同的介質(zhì)，采用不同的流量單位時(shí)，可采用以下不同的能耗值的計(jì)算公式：

    （1）對(duì)于液體： 

      W=（ΔωQ）/（60η）

     式中：W ―能耗值，W（瓦）： 
             Δω--壓損值，KPa：
             Q ―工況下的體積流量值，L/min：  
             η -- 泵和電動(dòng)機(jī)的效率（常取η=0.8）：

    （2）對(duì)于氣體（蒸氣）：

     W=（Z_f1 T_k1 ΔωQ_scmh）/（10.415ηP_f1）

     式中：W --能耗值，W（瓦）：       
            Δω--壓損值，KPa：
            Z_f1--上游流動(dòng)工況下氣體的壓縮因子：
            T_k1--上游取壓孔處氣體的溫度，K：
            Q_scmh--標(biāo)準(zhǔn)狀況（293.15K，101325Pa）下，氣體的標(biāo)況體積流量值，Nm³/h：
            P_f1 --工況下，上游取壓孔處，流動(dòng)氣體的壓力，KPa：
            η--泵和電動(dòng)機(jī)的效率（常取η=0.8）

      （3）、當(dāng)被測(cè)量是液體或氣體（蒸汽）的質(zhì)量流量時(shí)：

      W=（ΔωQ_kph）/（3.6ηρ_f1）

      式中：W---能耗值，W（瓦）：       
              Δω--壓損值，KPa：
              Q_kph --液體或氣體（蒸氣）的質(zhì)量流量， Kg/h：
              η--泵和電動(dòng)機(jī)的效率（常取η=0.8）：
              ρ_f1----在工況下，在上游取壓孔處，流動(dòng)液體或氣體（蒸汽）的密度， Kg/m³：

      2、年耗能費(fèi)的計(jì)算：

      可按下式計(jì)算每年的耗能費(fèi)，元/年

      年耗能費(fèi)（元/年）=（W/1000） （運(yùn)行時(shí)數(shù)/年）（？元/ 千瓦小時(shí)）

      3、耗能費(fèi)計(jì)算例題

      例題一，流動(dòng)調(diào)整器耗能費(fèi)的計(jì)算例題

      [1]．已知條件：

      被測(cè)介質(zhì)：天然氣：
      所采用流動(dòng)調(diào)整器的型式：贊克（Zanker）板式流動(dòng)調(diào)整器：
      被測(cè)介質(zhì)的相對(duì)密度，Gr = 0.6640：
      工況下，被測(cè)介質(zhì)的平均流速，V = 30 m/s：
      被測(cè)介質(zhì)的工作溫度，t = 15 ℃：
      被測(cè)介質(zhì)的工作壓力，P = 5.5 MPa，表壓：
      工況下，被測(cè)介質(zhì)的壓縮系數(shù)，Z1 = 0.87
      管道內(nèi)徑，D = 500 mm

      [2]．要求計(jì)算得出該流動(dòng)調(diào)整器，在上述流動(dòng)條件下的年耗能費(fèi)

      [3]．輔助計(jì)算：

      （1） 天然氣在標(biāo)況下的密度，ρ20 = Gr 1.2046 =0.66401.2046= 0.7999 Kg /m3：
      （2）天然氣在工況下的密度，

ρ=ρ20P1T20Zn/{PnT1Z1}
=0.7999 （5.5+0.1）293.151/{0.1（273.15+15）0.87}
= 52.38 Kg /m3

       （3） 工況下，天然氣的體積流量，
Q =πD2 V/4=π0.52 30 3600/4= 21205.8 m3/h
（4） 標(biāo)況下，天然氣的體積流量，
Qscmh = Q P1T20Zn/ {PnT1Z1}
=21205.8（5.5+0.1）293.151/{0.1（273.15+15）0.87}
=1388656.112 N m3/h
[4]．按下式計(jì)算贊克（Zanker）板式流動(dòng)調(diào)整器的壓損值，Δω
Δω = （KPLρV2）/2 = [352.38302]/2 = 70713Pa
= 70.713Kpa
[5]. 按下式計(jì)算贊克（Zanker）板式流動(dòng)調(diào)整器的能耗值
W=（Zf1 Tk1 ΔωQscmh）/（10.415ηpfl）
=（0.87288.1570.7131388656.112）/（10.4150.85.61000）
= 527587.5771 W
[6]．按下式計(jì)算贊克（Zanker）板式流動(dòng)調(diào)整器的年耗能費(fèi)
（假定當(dāng)?shù)仉妰r(jià)為每千瓦小時(shí)1元）
年耗能費(fèi)（元/年）=（W/1000） （運(yùn)行時(shí)數(shù)/年）（？元/ 千瓦小時(shí)）
        = （527587.5771/1000）（24365）（1）= 4621677.18元
答案：在上述流動(dòng)條件下，該贊克（Zanker）板式流動(dòng)調(diào)整器的年耗能費(fèi)
為462萬(wàn)1677.18元
例題二（以中壓過熱蒸汽為例，計(jì)算用V錐取代孔板后，可節(jié)約的年耗能費(fèi)）
 命題：目前在石化公司，由第三熱電站向化工一廠輸送中壓蒸汽的管道上正在使用孔板流量計(jì)，它的有關(guān)參數(shù)如下：流量qmmax =150t/h，常用流量qmcom =105t/h，孔板的直徑比，β=0.6208，差壓ΔPmax = 111.57Kpa，在工況下，在上游取壓孔處，中壓過熱蒸汽的密度ρl = 7.24638 Kg/m3
要求計(jì)算：如用所設(shè)計(jì)的V形內(nèi)錐流量計(jì)取代目前正在使用的孔板流量計(jì)，在常用流量qmcom =105 t/h 下，每年可節(jié)約的耗能費(fèi)。
計(jì)算：
（1）計(jì)算在常用流量 qmcom下，孔板流量計(jì)的常用差壓ΔPcom
ΔPcom =（ qmcom / qmmax）2ΧΔPmax =（105/150）2 111.57Kpa =54.67Kpa
 （2） 計(jì)算在常用流量qmcom 下，孔板流量計(jì)的壓損δP1
δP1=（1 Cβ2）ΔPcom = （1 C 0.62082）54.67Kpa=33.6Kpa
（3）計(jì)算在常用流量qmcom 下，V錐流量計(jì)的常用差壓ΔPcomV
ΔPcomV =（ qmcom / qmmax ）2ΔPmaxv =（105/150）2 25.241Kpa =12.37Kpa
（4） 計(jì)算在常用流量qmcom 下，V錐流量計(jì)的壓損δP2
δP2 =（1.3 C1.25β）ΔPcomV =（1.3-1.250.75）12.37Kpa=4.484Kpa
（5）計(jì)算在常用流量qmcom 下，孔板流量計(jì)與V錐流量計(jì)的壓力損失的差值Δω
      Δω=δP1 -δP2 =33.6C4.484 = 29.116Kpa
（6）按下式計(jì)算在常用流量qmcom下，由孔板所多消耗的能量值，W：
  W =（Δωqmcom） / （3.6ηρ1）
      式中：W--所多消耗的能量值，W：          
Δω--壓損值的差值，KPa：
qmcom―過熱蒸汽的常用質(zhì)量流量，Kg/h：
η--泵和電動(dòng)機(jī)的效率（常取η=0.8）：
ρl:在工況下，在上游取壓孔處，過熱蒸汽的密度，Kg/m3：
∴W =（29.116105000） / （3.60.87.24638）=146489.81W
（7）計(jì)算可節(jié)約的年耗能費(fèi) 
可按下式計(jì)算每年可節(jié)約的耗能費(fèi)，元/年（如當(dāng)?shù)仉妰r(jià)為：1元/ 千瓦小時(shí)）
年耗能費(fèi)（元/年）=（W/1000） （運(yùn)行時(shí)數(shù)/年）（1元/ 千瓦小時(shí)）
年耗能費(fèi)=（146489.81/1000） （24365））（1元/ 千瓦小時(shí)）=1283250.74元
答案：如用所設(shè)計(jì)的V錐流量計(jì)取代目前正在使用的孔板流量計(jì)，在常用流量qmcom =105 t/h 下，每年可節(jié)約的耗能費(fèi)為128萬(wàn)3250.74元
例題三（在大口徑管道中，采用科式力質(zhì)量流量計(jì)（CMF）計(jì)量油品時(shí)，年耗能費(fèi)計(jì)算實(shí)例）
命題：目前在石化公司，在口徑為300毫米管道中，采用科式力質(zhì)量流量計(jì)（CMF）作為貿(mào)易輸送計(jì)量汽油的流量計(jì)。
有關(guān)工藝參數(shù)如下：
汽油流量Q = 800 m3/h ： 汽油密度ρ= 760 Kg/ m3 ： 壓力損失δω= 0.35 MPa ：
要求計(jì)算：年耗能費(fèi)
計(jì)算：
（1） 流量換算：
Q = 800x1000/60 =13333.33 L/min：
（2）壓力損失換算：
δω= 0.351000 = 350 Kpa：
（3）耗能量計(jì)算：
W=（ΔωQ）/（60η） =（350 13333.33）/（600.8）=97222.2W：
（4）年耗能費(fèi)計(jì)算 
可按下式計(jì)算每年的耗能費(fèi)，元/年（如當(dāng)?shù)仉妰r(jià)為：1元/ 千瓦小時(shí)）
年耗能費(fèi)（元/年）=（W/1000） （運(yùn)行時(shí)數(shù)/年）（1元/ 千瓦小時(shí)）
年耗能費(fèi)=（97222.2/1000） （12365））（1元/ 千瓦小時(shí)）= 42萬(wàn)5833.33元
（在以上例題三中，按每日1.5個(gè)班[12小時(shí)]計(jì)算流量計(jì)的運(yùn)行時(shí)間）
（5）分析：如何理解CMF有如此巨大的永揪壓力損失值？
原工藝管道的內(nèi)徑D為300 mm，而在CMF中則變成兩根細(xì)長(zhǎng)的U型管，每一根U型管的內(nèi)徑d僅為80 mm。每根U型管的總長(zhǎng)度約為4m。
在CMF的兩根細(xì)長(zhǎng)的U型管中，流體的流通橫截面面積a僅為原工藝管道中流體流通橫截面面積A的14.2%。
證明如下：
  a/A = [（πd2/4）2] / （πD2/4）=[（802） 2] /3002=0.142 =14.2%
盡管在文獻(xiàn)1中，早有提示：“CMF不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm 以下”，此例應(yīng)屬于流量計(jì)的選型不當(dāng)，它直接違背了米勒先生在其專著“流量測(cè)量工程手冊(cè)”中所提示的流量計(jì)選型原則。在使用中，CMF 的零點(diǎn)漂移嚴(yán)重，則是它的另一嚴(yán)重缺點(diǎn)。

      五、 流量計(jì)選型的基本要求

      為了貫徹和實(shí)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》，流量?jī)x表的合理選型是關(guān)鍵的一環(huán)。基于當(dāng)今流量計(jì)量技術(shù)的發(fā)展水平，在進(jìn)行流量計(jì)選型時(shí)，筆者認(rèn)為：應(yīng)盡可能全面滿足以下十條基本要求：

      1．流量?jī)x表的重復(fù)性要好（小于0.1%）：
      2．流量測(cè)量系統(tǒng)的總準(zhǔn)確度要較高（優(yōu)于±0.5%）：
（對(duì)于非貿(mào)易輸送的計(jì)量系統(tǒng)，可適當(dāng)降低1和2的指標(biāo)）
      3．流量計(jì)本身有相當(dāng)強(qiáng)的流動(dòng)調(diào)整能力，要求較短的直管段，無(wú)需流動(dòng)調(diào)整器：
      4．總的壓力損失要小、耗能費(fèi)要少：
（對(duì)于大口徑、大流量的流量計(jì)，尤其要求總的壓力損失要小）：
      5．流量測(cè)量的量程比要較寬（至少10：1）：
      6．流量計(jì)本身有自清掃能力，可測(cè)量臟污流體，無(wú)需過濾器：
      7．流量計(jì)本身耐受流體磨蝕能力要強(qiáng)，性能要長(zhǎng)期穩(wěn)定，可靠耐用：
      8．流量計(jì)本身無(wú)可動(dòng)部件，檢定周期較長(zhǎng)，使用壽命較長(zhǎng)：
      9．流量計(jì)本身故障率要小，維護(hù)與修理費(fèi)用要少
      10．流量計(jì)的購(gòu)置費(fèi)與校準(zhǔn)費(fèi)要適中，安裝與運(yùn)行花費(fèi)要少。

      國(guó)內(nèi)外大量的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果及使用經(jīng)驗(yàn)都已證明：V錐流量計(jì)能較好地全面滿足以上流量計(jì)選型的這十條基本要求。

      六、 參考文獻(xiàn)

      [1]“流量測(cè)量方法和儀表的選用”，蔡武昌等編著，化工版，2001年4月，第1版，188頁(yè)
      [2] “Flow Measurement Engineering Handbook”,R.W. Miller,McGRAW HILL,Third Edition,1996  
      [3] International Standard ISO 5167-1,Second Edition,2003-03-01 Part 1: General principles and requirements