引言

      流量計量是工業和市政系統中比較重要的系統， 是貿易結算和效益分析的重要依據。對于 DN400 mm及以上管徑來說，常用的流量計有差壓式流量計 （例如孔板流量計、噴嘴流量計等）、渦街流量計、電磁流 量計以及超聲波流量計等。 通常，設計單位和建設單位在選擇流量計時主要考慮計量的精度、精度標定的方便程度、表計的初期 投資和表計的可靠性等因素，一般對表計的能耗不會 做太多的分析。本文就常用流量計的能耗進行了分析 論證。流量計量儀表的能耗主要體現在以下兩個方面， 即因儀表的節流導致的機械損失和儀表的電損失[1]。兩 者之和可以作為流量儀表的總能耗。

 

 1 常用流量計介紹

1.1 差壓式流量計 

 

      差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產 生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺 寸來計算流量的儀表。差壓式流量計由一次裝置 （檢測件） 和二次裝置 （差壓轉換和流量顯示儀表） 組成。 差壓式流量計是一類應用非常廣泛的流量計，在各類流 量儀表中其使用量居首位。 檢測件又可按其標準化程度分為兩大類，即標準檢測件和非標準檢測件。其中，標準孔板一般在工程中 采用得非常多。

1.2 渦街流量計 

      渦街流量計是根據卡門 （Karman） 渦街原理研究生產的。它的特點是壓力損失小、量程大、精度高，在 測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、 黏度等參數的影響。

1.3 電磁流量計 

      電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一 種測量導電性液體的儀表。它的特點為測量通道是一 段光滑的直管，不會阻塞、不產生壓力損失，節能效果 好；流量大，口徑寬。

1.4 超聲波流量計 

      超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束 （或超聲 脈沖） 的作用以測量流量的儀表。超聲流量計屬無阻礙 流量計，是解決流量測量困難問題的一類流量計，特別 是在大口徑流量測量方面，有較突出的優點。近年來， 超聲流量計是發展迅速的流量計之一。

 

 2 常用流量計的壓力損失

2.1 差壓式流量計的壓力損失

      根據 GB/T 2624.2—2006 用安裝在圓形截面管道 中的差壓裝置測量滿管流體流量 第 2 部分：孔板 和GB/T 2624.2—2006 用安裝在圓形截面管道中的差壓裝 置測量滿管流體流量 第 3 部分:噴嘴和文丘里噴嘴[2- 3]，標準孔板及噴嘴的壓損公式為：

      式(1)～(6)中，Δω 為孔板及噴嘴的壓力損失，Pa；K 為 孔板及噴嘴的壓力損失系數；ρ1 為流體的密度，kg/m3； v 為流體的流速，m/s；β 為直徑比；C 為流出系數；ReD 為根據管道直徑 D 計算出的雷諾數；A 為由管道雷

 

      諾數和直徑比確定的管道系數；L1 為孔板上游端面到 上游取壓口的距離 l1 除以管道直徑 D 得出的商；M2' 為 位置系數；L2' 為孔板下游端面到下游取壓口的距離 l2' 除以管道直徑 D 得出的商。 對于不同的取壓方式，L1 與 L2' 的取值如下：對于 角接取壓口，L1=L2'=0；對于 D 和 D/2 取壓口，L1=1， L2'=0.47；對于法蘭取壓口，

 

2.2 渦街流量計的壓力損失

      根據 JB/T 9249—2015 渦街流量傳感器[4]，可推導 出渦街流量計壓力損失公式為：

 

      式(7)中，δp 為yongjiu壓力損失，Pa；CD 為流體阻力系數， 一般取 2.4；ρ為流體密度，kg/m3；U為平均流速，m/s。

 

2.3 其他流量計的壓力損失 

      電磁流量計和超聲波流量計均無節流元件，其壓 力損失約為 0 Pa。 

 

3 常用流量計機械功率損失 

      流量計的機械功率損失由式(8)確定：

 

      式(8)中，ΔN表計為流量計的機械功率損失，kW；Q 為體 積流量，m3/h。 

      折合到電機處的功率損失為：

      式(9)中，ΔN折電機為折合到電機處的功率損失，kW；η 為水泵效率 η1 與電機效率 η2 之積。 

 

4 常用流量計的直接電耗 

      通過查各類流量計的樣本，可得各種流量計的用電功率如表 1 所示。

5 標準孔板能耗的定量計算

      下面以山東省城鄉規劃設計研究院 2018 年市政施 工圖設計項目中的一個設計實例來分析各種流量計的 能耗。該項目為山東省濰坊市一供水公司供水管道項 目，工程條件為：供回水壓力 1.6 MPa、1.1 MPa，設 計流量 1 200 t/h，常用流量 1 000 t/h。流量計主要設

計參數如表 2 所示。

      將以上參數代入本文的公式中并按照規范規定的 直徑比優選值 0.44、0.52、0.57、0.62，可計算得出不 同直徑比下孔板和噴嘴的機械能耗一致。表 3 為含有 節流元件的流量計機械功率損失表。

      以 1 a 計算，電價 0.690 9 元/(kW·h)，每年表計產生的能耗及費用如表 4 所示。

 

6、結語

      上述計算和分析表明，標準孔板和標準噴嘴流量 計的能耗非常大，且能耗隨著直徑比的增大而降低；渦街流量計和電磁流量計的能耗次之；超聲波流量計的 能耗非常低。含有節流元件的流量計由于存在壓力損失， 所導致的用電量和用電費用的增加是相當可觀的。 流量計的節能對供水企業降低運營成本，提高生產效益具有重要的意義。建設資源節約型社會對節能有更高的需求。如何實現流量測量儀表節能和降耗是值得業內人士思考的問題。為盡量減少能耗及由此產 生的費用，應當在保證精度的前提下采用無節流、阻 流元件的流量計，同時在工程中應將節能作為選擇流 量計的重要依據。