关键词：节能 流量计选型原则 孔板 耗能费 科氏力质量流量计 V形内锥流量计 永久压损
一 节能的形势与要求
在过去的5年中，我国能耗一直走高，原计划"十五"期间能源消费总量平均增长3.26%，单位产值能耗5年下降15～17%，结果却是能源消费总量平均增长10%，单位产值能耗5年上升了7%。这些数字充分说明中国传统的粗放型经济增长方式再也不能继续下去了，必须从根本上转变经济增长方式。"十一五"时期，我国经济社会发展的两个主要目标之就是："资源利用效率显著提高，单位国内生产总值能源消耗比"十五"期末降低20%左右。在国家质检总局计量司2006年工作要点中也强调要加强能源计量工作，要制定冶金、有色金属、石油石化、化工、电力、建材等企业能源计量器具配备和管理要求，进一步满足重点耗能行业生产经营和节能降耗的需要；围绕建设节约型社会，加强能源计量器具管理，修订不能满足需要的国家计量检定规程，淘汰不符合国家规定的落后产品。
点击看原图 二 在连续生产过程中实现节约能源 实现节能降耗现已成为各大企业必须高度重视的极其重要和紧迫的任务。因此，节能降耗也是摆在每一位计
量工作者面前的重大课题。为了贯彻、执行这些要求，实现节能降耗的目标，应采用节能降耗的新技术。对于计量工作者来说，就要掌握计算耗能费的方法，要在设计中选用压损小的流量计，并有计划地逐步将高能耗的流量计淘汰下来。国际著名流量测量专家米勒先生在《流量测量工程手册》中论及按节能降耗要求进行流量计选型时，指出："对于连续的工业生产过程，由永久压损所引起的额外耗能费，是在流量计选型时必须要考虑的一个重要因素。特别是对于较大口径、较大流量的管道，由泵或压缩机输送流体所需的耗能费是很大的。在此情况下，应选用一个永久压损小的流量计。这个流量计虽然可能贵些，但可以证明选用它是合算的。"
在进行流量计选型时必须要遵守的这一重要原则是早在1983年米勒先生就已提醒我们的，对于一个稍有化工原理基础知识的设计人员来说也是显而易见的。
三 表征各种流量计永久压损值的方法
为便于计量工作者对流量计进行合理的选型，国外曾有人对10种不同类型的流量计作过如下的实流实验测试：即在相同管径(80毫米)的管道中，让相同的流体(水)流过，在相同的流量(流量等于68.13米3/时)下，测量出每一种流量计的永久压损值(千帕)，其永久压损值如表1所示。
从表1中可以看出：在管内径为80mm的管道中，当水流量为68.13m3/h(流速为3.765m/s)时，科氏力质量流量计的永久压损都较大，孔板的永久压损也很大，只有文丘里管、文丘里喷嘴和V形内锥流量计的永久压损较小，属于低压损的流量计。应该指出：除科氏力质量流量计和孔板流量计外，表1中尚未示出的旋进旋涡流量计、测量液体的容积式流量计和临界流流量计压损较大。
从表1中还可以看出：在相同的流量下，V形内锥(VNZ)流量计的永久压损值约为孔板永久压损值的五分之一，约为科氏力质量流量计永久压损值的九分之一。
四 目前我国主要高耗能行业中流量计选型概况
在我国电力、钢铁、石化、化工、有色、建材、轻工、纺织和石油等高耗能行业中，仍大量使用着孔板流量计，约占流量计总数的70～80%。
由于流量计选型不当，在一些石化和化工产品的贸易输送场合(如汽油、煤油、柴油及化工产品的出厂装船或装车点)，在150mm～300mm的大口径管道上，目前仍相当多地安装和使用着大口径的科氏力质量流量计。由于压损较大，耗能费经常超标。除压损较大以外，科氏力质量流量计在150～300mm大口径管道上的零点漂移严重，经常造成计量误差。
目前，在日本也已发现同样类似的问题。现在日本也正在推广采用天然气作燃料的汽车。在日本有1万多辆用压缩天然气(CNG)作燃料的汽车正在使用，全日本共有200多个CNG的加气站。目前，大多数的CNG配售机都采用科氏力质量流量计来测量CNG的流量，CNG的压力高达25MPa(即250kgf/ cm2表压)。
各汽车制造厂目前都正在开发氢燃料的汽车，而作为基础设施同时也要求开发氢气的自动配售机。为了在单位时间内能更加有效地添加氢燃料，有必要把氢气进一步压缩得比目前的CNG具有更高的压缩程度。因此要求流量计能测量高达70MPa的氢气流量，而同时该气体的密度却要比CNG小得多。虽然许多汽车制造厂目前仍在使用科氏力质量流量计测量氢气的流量，但是日本国家计量科学研究院(NMIJ)已经开始研发使用音速喷嘴和超声流量传感器的新课题。他们的想法是：燃气自动配售机是一个贸易结算的计量仪器，要求由计量部门检定，打铅封后，它应有长期的稳定性，而目前使用的科氏力质量流量计较难达到所要求的长期稳定性。
五 正确理解V形
内锥(VNZ) 流量计的永久压损值较小可以从以下两方面来理解：
(1)在V形锥体的下游会形成一个高速、高紊流和含有轴对称小旋涡的低压区。如图1所示。
这些小旋涡在取压孔处会形成高频低幅的压力脉动信号，此低幅的压力脉动信号会形成差压输出信号中的低噪声的背景噪声。由于差压输出信号中的背景噪声很小，较低的差压值也能有效地被检测出来，所以，在设计V形内锥流量计时，容许设计者选用较低的差压上限值。差压值小，永久压损值也小，耗能费会小得多。
这与孔板下游的大旋涡和在孔板的测压点处由于这种大旋涡所形成的高噪声的背景噪声正好形成显明的对照。孔板前、后的大旋涡如图2所示。
在VNZ节流装置的上游测压点处，无旋涡；在VNZ节流装置的下游测压点处的压力信号为低幅、高频的脉动压力信号(见图3)。
点击看原图 (2)VNZ节流装置的节流作用要比孔板小些，流通能力要比孔板大些。流出系数C的典型值：V形内锥流量计为0.85，而孔板为0.60。由于VNZ节流装置实现了逐渐收缩、逐渐扩散的边壁节流方式，在相同的流量和相同的β值条件下，V形内锥流量计的差压值约为孔板差压值的二分之
一。由于差压小，永久压力损失自然小。当设计合理时，V形内锥流量计的永久压损约为孔板流量计永久压损的四分之一(或更小)，所以耗能费会小得多。
六 国内外利用V形内锥流量计低压损特点的两个实例
1. 国内实例
重要参数：锥体直径528.28mm； 管道内径612mm。
鉴定结果：仪表流出系数0.8355；线性度±0.24%；重复性0.06%；流量范围425.892～1525.067m3/h；鉴定单位：上海仪器仪表自控系统检验测试所；委托单位：宁夏银河仪表有限公司；计量器具名称：内锥流量计；使用单位：云南曲靖协联电力有限公司。
工艺参数：介质为焦炉煤气；介质温度25℃；介质表压4～5kPa(400～500mm水柱)；常用雷诺数2.015×105；管道内径612mm；流量9722.22～13888.89Nm3/h；标况密度0.45kg／m3；最大差压2.5kPa；最大压损0.78kPa(约80mm水柱)；地区大气压80.5kPa。
2. 国外实例
在瑞典，SSAB的V锥流量计一直在继续正常工作，它不受气体中污染成分的影响，从而能提供焦炉煤气精确的流量数据。
这是一个成功的应用范例。此应用实例的标定参数及被测流体参数为：标称管道口径150mm，管壁厚系列号Sch=40；管道实际内径154.380mm；被测流体为：焦炉煤气(SSAB公司)；比重4.40×10-1(在60°F)；锥形体最大直径138.329mm；黏度1.20×10-2cP(厘泊)；β值0.444；等熵指数KE：1.360；满刻度时的最大差压值11.112cm水柱流体温度tmin=35℃；t工况45℃；tmax= 60℃；流出系数0.865；管道中的压力Pmin=0.08bar(表压)；P工况=0.1bar(表压)；Pmax=0.105bar(表压)；气体流量：Qmin=80Nm3/h；Qcom=300Nm3/h，Qmax= 742.996Nm3/h。
实际应用：测量范围(量程比)9∶1；线性流速：1.1908～1.1059(±0.1)m/s；雷诺数范围：8.1189×103至7.5404×104
七 V形内锥流量计的其他特点
(1)V形内锥流量计的量程比较大：由于V形内锥节流装置的差压输出信号中的背景噪声很小，较低的差压值也能有效地被检测出来，因此较小的流量也可以测量出来。又由于当雷诺数大于8000时，V形内锥流量计流出系数的重复性和线性度都较好。
(2)V形内锥流量计所要求的上、下游的直管段都很短，即有相当强的流动调整能力：已由标准化公开测试所证实；
(3)V形内锥节流装置有自清扫能力，可以测量脏污流：在V形内锥节流装置内无流动死角。在本文图1中的箭头示出了这种能力；
(4)V形内锥节流装置有自保护能力：V形内锥节流装置的关键尺寸已被推移到V形锥体的尾部，该关键尺寸受流体边界层的保护，不会被磨蚀，如图1所示。
八 讨论和建议
(1)在大管径、大流量的使用场合，科氏力质量流量计(CMF)和孔板流量计能耗、物耗较高，最好不选用。对使用中的CMF和孔板，最好在检修时用新型低压损的流量计逐步取代。在这种大管径、大流量的场合下，CMF和孔板的压损都较大；CMF的零点漂移较大；孔板所要求的直管段太长，现场经常无法满足，如使用流动调整器，则压损更大。
(2)建议在我国国标委和国家质检总局的直接监督下，对新型流量计开展
标准化公开测试，在总结经验的基础上，制定出我国关于新型差压式流量计的相应国家标准和检定规程，在我国的各大工业部门中逐步、稳健地推广采用节能降耗的流量测量新技术；在环保工程中，采用流量测量新技术来连续监测污染物的排放总量。(3)文丘里管、文丘里喷嘴虽属于低压损的标准化节流装置，但由于它们的下限雷诺数过高(大于2×105)；由于无自整流能力而要求更长的直管段，重量和体积较大、耐脏污性能差等缺点，不值得大力推广应用。
(4)为了能更好地确保实现"十一五"规划纲要中与流量计量有密切关系的那3条约束指标(单位GDP能耗；单位工业增加值用水量；主要污染物排放总量；)，就要从计量的源头抓起，建议与时俱进地提出以下10条新的流量计选型的基本要求，供各设计部门参考：(1)重复性要好(小于0.1%)；(2)系统精确度要较高(优于±0.5%)(对于非贸易输送的计量系统，可适当降低1和2的指标)；(3)有相当强的流动调整能力，要求较短的直管段，无需流动调整器；(4)永久压力损失要小、耗能费要少(对于大口径、大流量的流量计，尤其要求压损小)；(5)流量测量的量程比要较宽(至少
