供熱系統使用彎管流量計的直接經濟效益分析
目前，供熱系統使用孔板流量計作為重要流量測量設備。采用節流原理的孔板流量計造成系統的壓力損失是*的，不過因該壓力損失通常為幾十kPa，且又轉變為熱能注入供熱系統，所以在考慮這種流量計具有較高可靠性的情況下，目前仍廣泛使用。但是，從能源合理利用和供熱管理部門的直接經濟利益的角度來看，為了維持一臺安裝在數千噸／小時流量供熱管道上的孔板流量計運行，一個取暖季約需多耗電數萬度，折合人民幣數萬元。顯然由這幾十kPa壓力損失引起的經濟損失是不應忽視的。
·本文介紹了彎管流量計無附加壓力損失的測量原理，通過計算對比說明了彎管流量計替換孔板流量計后帶來的直接經濟效益，試圖以此引起供熱工程界對節能儀表的進一步關注。
一、彎管流量計是一種無附加壓力損失型流量計
·彎管流量計通過測量流動流體在彎管內外側形成的壓力差ΔP實現流速V和流量Q的測量，管道內無任何節流件和插入件，如圖一，流速υ由下式計算： υ＝α(ΔP/ρ)2 s) (1)
式中： ΔP——彎管內外側壓力差(Pa) ρ——流體介質密度(kg/m3)
α——綜合流量系數，與彎徑比相關 β——指數
質量流量Q由下式求取： Q＝Avρ 3600/1000(t/h) (2)
式中：A——彎管橫截面積(m２)
圖1 彎管流量計測量原理圖
·由上可知，雖然彎管流量計和孔板流量計都是差壓型流量計，但彎管流量計所測取的差壓是流體流經彎頭時根據流體動力學原理在彎頭內外側必然形成的壓力差，不同于采用節流件人為造成壓差的方式。因此，這種流量計為原理性無附加能量損失型流量計。
·其次，由于彎管流量計對彎管的空間安放狀態無特殊要求，并且對前后直管段長度的要求極低，僅為前5D后2D，因此安裝使用彎管流量計*可以利用管網設計中存在的工藝轉彎點，不需要敷設管道，不附加管道壓力損失，方便了管道設計和施工。
·除此之外，彎管流量計可適用于各種管徑條件，直接安裝與管徑相同的標準彎管傳感器即可。我公司的彎管流量計產品“FC系列智能流量熱量積算儀"，在50到600的10余種不同規格管道上使用情況表明，其測量精度具有良好的保持性。因此，應用彎管流量計不存在變徑要求，以及由此產生的附加壓力損失。
二、彎管流量計的直接經濟效益分析
·孔板流量計因具有較強的抗*力和較高的可靠性，在流量計用量上目前仍占優勢。因此，在分析彎管流量計的直接經濟效益時把孔板流量計作為參照流量計是適當的。由于彎管流量計對供熱系統來說無附加壓力損失，故而孔板流量計的運行費用就可看作采用彎管流計帶來的效益。
·單臺孔板流量計的壓力損失造成循環水泵的電力損耗由下式計算：
(3)
式中： W—壓力損失引起的水泵的額外總耗電量(kW.h); ΔP—孔板壓力損失(Pa);
Q—流過孔板的流量(m3/h); T—孔板工作時間(h); A—焦耳(J)與度(kW.h)換算系數，A＝3.6×106
壓力損失轉換為熱能的折合標準煤量由下式計算：
(4)
式中：G—與壓力損失轉換的有用熱能對等的標準煤量(t); B—焦耳(J)與卡(Cal)轉換系數，B=4.1868；
C—標準煤與卡的轉換系數，C=7×106(Cal/kg)； D—質量單位換算系數，D＝1000(kg/t)。
在不計及電機、水泵及鍋爐效率的情況下，單臺孔板流量計的壓力損失造成的額外耗費或稱孔板流量計的運行費用可由下式確定： C＝Ｗ×Ｐ1－Ｇ×Ｐ2 (5)
式中： C—單臺孔板流量計運行費用(元)； P1—電價(元/度)； P2—標準煤價格(元／噸)
根據式(3)、式(4)和式(5)可以計算出目前熱力管網常用主管道流量范圍在不同壓力損失時，孔板流量計引起的循環泵額外耗電量、電耗費用、折合標準煤量、購煤費用及單臺孔板流量計在一個取暖季運行費用，如表一所示，其中運行天數按120天計算，電價按0.35元／度計算，標準煤價按200元／噸計算。
由表一可見，一個流量為4000m3/h的中型熱網，當孔板壓力損失為30kPa時，僅一臺孔板流量計就多耗電9.6萬度，運行費用為3.22萬元。對于流量為10000 m3/h的大型熱網，額外耗電量高達24萬度，運行費用8萬元，而對應壓力損失折合的標準煤費用僅為數千元。由此可見，孔板流量計造成的經濟損失對熱力部門是不能忽視的。特別是當使用多臺孔板流量計時更是如此。
從另一角度看，現行電價為0.35元／度，煤價(按標準煤)為200元／噸，熱價為22.5元／百萬千焦，換算成每百萬千焦能量的價格分別為：電：97.22元，煤：6.824元，熱：22.5元，其比價為：4.32︰1︰0.303(以熱量為基準)或14.25︰3.297︰1(以煤為基準)。可見，壓力損失所轉變成的熱能，與其取用的電能，其價格水平不同，價值相差很大。顯然，電能額外耗費必然會加大系統運行費用。
表一
壓力損失 （kpa） | 流量 （m3／h） | 耗電量 （kW﹒h） | 電費 （萬元） | 煤量 （t） | 煤費 （萬元） | 運行費用 （萬元） |
30 | 2000 | 48000 | 1.68 | 5.90 | 0.118 | 1.562 |
4000 | 90000 | 3.36 | 11.79 | 0.2358 | 3.1242 |
8000 | 102000 | 6.27 | 23.58 | 0.4616 | 6.2584 |
10000 | 240000 | 8.40 | 29.48 | 0.5896 | 7.8104 |
20 | 2000 | 32000 | 1.12 | 3.93 | 0.0786 | 1.0414 |
4000 | 64000 | 2.24 | 7.86 | 0.1572 | 2.0828 |
8000 | 128000 | 4.48 | 15.72 | 0.3144 | 4.1656 |
10000 | 160000 | 5.6 | 19.65 | 0.3930 | 5.207 |
10 | 2000 | 16000 | 0.56 | 1.965 | 0.0393 | 0.5207 |
4000 | 32000 | 1.12 | 3.93 | 0.0786 | 1.0414 |
8000 | 84000 | 2.24 | 7.86 | 0.1572 | 2.0828 |
10000 | 80000 | 2.80 | 9.825 | 0.1965 | 2.6035 |
·彎管流量計作為無附加能量損失型流量計，不會產生附加壓力損失，不需要上述昂貴的運行費用，因此其經濟效益是明顯的。此外，由于彎管流量計壓差信號的產生是依靠慣性原理而不是節流原理，具有更強的抗*力；并且測量精度對管道磨損具有不敏感性。而孔板流量計的精度對節流件幾何尺寸卻有嚴格的依賴性。因此，綜合比較，彎管流量計具有比孔板流量計更高的可靠性和精度保持性，這個特點突出地滿足了熱力系統長期監測的使用要求。
三、結論
綜上所述，可以得到如下基本結論：
1.彎管流量計是一種無附加能量損失型節能儀表；
2.理論計算及實際應用表明：用彎管流量計替換孔板流量計可節約用電，用戶可由此獲得顯著的經濟效益；
3.彎管流量計比孔板流量計具有更高的可靠性和抗*力，適合于熱力管網長期監測使用。
本文未涉及應用彎管流量計實現熱網科學化管理后產生巨大經濟效益的問題，對于這方面的內容擬專題討論。
