流量计节能技术

流量计节能技术（精选8篇）

流量计节能技术 篇1

摘要：水流量计的计量检定过程是按照国家规程规定的流量点进行的, 根据实际流量范围不同, 需要选择不同功率的泵组长时间运行配合完成, 在检定过程中造成了大量的电能消耗。通过对水流量标准装置进行技术改造, 在水流量计计量检定工作中不仅减少了能源消耗, 而且提高了工作效率。仅统计近3年数据, 减少用水约5000 m3, 节电约2×106k Wh, 为其他同类标准装置的节能技术改造提供了思路。

关键词：水流量标准装置,变频器,稳流稳压,节能技术改造

大庆油田油气水计量检定站的水流量标准装置由于投产较早及检定工作量的增加, 原有的检定方式已经不适应生产需要, 长时间的低效工作浪费了大量的电能来做无用的水循环, 决定对原水流量标准装置进行节能技术改造, 满足油田生产需求。

1 问题分析

原水流量标准装置存在的主要问题:

1) 水流量标准装置配置5台水泵, 功率分别为2台30 k W和3台80 k W, 能够提供较大的流量。在检定各种口径水流量计的中小流量点时, 需要较长的检定时间, 只能有少部分的流量用来检定, 浪费了大量的电能来做无用的水循环。

2) 水流量标准装置由于设计投产时间较早, 装置的材质不适合大庆地区水质碱性大的特点, 计量准确度和检定效率较低, 每年需要对装置进行大量的维护工作, 造成了人力物力浪费。

3) 随着国内水流量计制造技术和制造水平的不断提高, 产品的更新速度较快, 现有的水流量标准装置在设计工艺和技术水平上已经跟不上新型水流量计的快速发展[1]。

2 节能技术改造

2.1 针对能源浪费进行改造

为30 k W水泵和80 k W水泵各加装1台变频器, 并增加了1台功率为10 k W的水泵配合30 k W水泵工作, 年节电20 000 k Wh。检定同一台水流量计使用30 k W水泵与10 k W/30 k W水泵配合使用的耗电量对比见表1。

2.2 针对水质腐蚀性大进行改造

设置单独的蓄水池, 将水的碱性中和弱化后用于循环检定, 减轻水对装置和水泵的腐蚀, 减少每年的维护工作量。因为标准器放空阀悬空正对蓄水池, 且蓄水池在地面以下, 是实验室最低点, 日常工作时难免有些杂质落入蓄水池。在设计蓄水池时设置了两道阻污墙, 一道位于池顶, 主要拦截密度小于水的油污、泡沫、塑料等;另一道位于池底, 拦截密度大于水的石子等, 并在水泵进口加装了过滤网。

2.3 针对工作效率低进行改造

1) 将原来手动控制的水流量计检定台升级为串联摄像式半自动水流量计检定台, 通过电脑控制阀门、表盘图像智能识别读数配合手动控制的形式, 既能自动检定也能手动检定, 使水流量计的检定由原来的1次检定1台提升至4~5台, 大大提高了小口径水流量计的检定效率, 节约了大量电能。

2) 扩展了15~50 mm口径水流量计检定装置, 增加了65 mm、80 mm口径管线, 把80 mm口径以下水流量计集中到一套装置上检定。使用原来水流量计检定装置中的工作量器, 按国家计量检定规程要求, 可以满足15~65 mm旋翼水流量计和50~80mm水平螺翼水流量计的检定要求, 既能保证检定水流量计的准确度, 又利用了原有的大部分设备和工作量器, 在检定中小口径水流量计时, 不用启动大口径装置和大功率水泵, 既节约了电能, 又降低了大口径装置的损耗, 从而提高水流量计检定中的经济性。

2.4 针对工艺水平落后进行改造

1) 水流量标准装置比水流量计检定台的准确度等级高很多, 配套设备也更精密, 所以制造费用更高。安装设备所需面积大, 原有的实验室在合理规划和安置设备的同时, 可能还要扩建或改造实验室格局。结合实验室自身条件, 咨询了生产商和流量专家, 设计了一套尽量节省地上面积的水流量标准装置, 前后试验管段集中安装在轮盘上, 尽量缩短试验管段, 其稳流性能的缺失由以下3种方法来弥补:

◇水泵采用正压法安装, 进口低于蓄水池液面, 吸入的水不含或较少含气泡, 减小气泡对水流态的干扰;

◇水泵出口安装稳压装置, 利用装置内空气对水的挤压和内部溢流板的限制, 让水可以平稳流入试验管线;

◇试验管线前端加装束流管, 最大限度地平稳水流的流态。新的设计方案解决了实验室占地面积大和稳流稳压等问题, 同时减少资金的投入和日后修护的费用, 少安装了夹表器、换向器、调节阀、截止阀等各种主要易耗易损配件, 从根本上降低了后期的维修保养成本。

2) 高灵敏度滴水水流量计的检定是一个难点。高灵敏度滴水水流量计量程下限比较小, 可以达到2 L/h的滴水流量, 为水流量计检定台配备最小的玻璃转子流量计的最小刻度为5 L/h, 不能满足高灵敏度滴水水流量计小流量的检定。为此, 在水流量计检定台上增加一套最小刻度1 L/h的玻璃转子流量计, 并定制了一个1 L的工作量器与之配套使用。

3) 复式水流量计是由大口径水流量计旁并联1台小口径水流量计组成的, 可以根据流量大小的变化, 自动切换流体通过其中1台水流量计。这个特性造成检定时很难在停止检定瞬间读到准确的刻度, 只有当流体静止时可以轻易同时读取2台表的表盘刻度。改造后的检定复式水流量计装置流程见图1。通过在一套水流量标准装置背压管后、换向器前端安装一个能够快速开闭的气动阀门, 达到可以快速开闭截断管线、停止流体流动的目的。不检定复式水流量计时, 将气动阀常开即可恢复装置原貌。

1—进水口;2—水泵;3—截止阀;4—稳压容器;5—水池;6—单向截止阀;7—被检表;8—夹表器;9—调节阀;10—换向器;11—分水器;12—容器;13—电子秤;14—快速气动阀门。

3 结论

经过对水流量标准装置的自动化和节能化技术改造, 仅统计近3年数据, 减少用水近5000 m3, 以工业用水单价4.7元/m3计算, 节约水费约23 500元;减少用电近2×105k Wh, 以工业用电单价0.908元/k Wh计算, 节约电费约18.16万元, 对水流量计量检定节能降耗工作的开展具有重要的意义。

参考文献

[1]段慧明.液体流量标准装置和标准表法流量标准装置[M].北京:中国计量出版社, 2004:42-45.

流量计节能技术 篇2

随流孕育装置是生产高质量孕育铸铁不可缺少的铸造工艺装备，它是使用者在铸造现场向铸型砂箱内浇注铁水的同时，通过操作该装置，可等流量、高精度地向正在浇铸的铁水流中加入给定量的孕育剂，从而避免铸件出现孕育衰退和铸造白口等铸造缺陷，达到提高铸件质量目的。

该装置的结构示意，如图1所示。随流孕育装置工作过程

由图1知，随流孕育装置主机部分呈“凸”字外形，旁置一个件9控制柜。图中a为给料流出的孕育剂；b为件1主机柜体中的下联接板，上部联接带有称重传感器的件7冲板流量计和上置有件3给料机的件4减震底座，下部联接有件5漏料斗；c为件1主机柜体内部右侧竖立的联接板，联接用于气吹快速送料的件8压空气路组件。

另由图1知，当装置接收到给料信号后，件6给料机起振。一方面件1主机柜体内的孕育剂a通过件2下料口不断进入件3给料机槽中，另一方面在件3给料机激振力作用下，孕育剂a不断向上前方抛起后落下，途经件7冲板流量计后，进入件5漏料斗及件6三通送料管内，在件8压空气路组件作用下，孕育剂a被快速吹向铁水流，实现对所浇铸件的随流孕育处理。

冲板流量计工作原理

由图1知，件7冲板流量计是该装置中的一个重要测量部件，其工作原理为：当下落的孕育剂a途经件7时，可使其冲板产生称量应变信号，并及时反馈给件11可编程控制器实时检测分析，适时调整件3给料机的激振电流和振幅，从而提高随流孕育装置的给料精度。

在本项目中，件7冲板流量计的结构示意，如图2所示。

解题过程

问题描述：见图3。

现存问题，主要有两点：

1.测量精度受孕育剂中的粉尘影响。依据工艺规定，所用孕育剂的粒径应控制在0.2-0.8mm以内，但在实际使用过程中，使用者往往忽略这种规定，所选孕育剂的粒径仍有部分小于0.2mm（称之为粉尘）。这些粉尘性颗粒在其下落途径冲板流量计的过程中，由于粒径细小，飘逸方向随意，所以易滞留在图3件5凹槽冲板组件的“凹槽面”B上和件4称重传感器的“上表面”上，出现皮重，影响“流量计”的实际测量精度，给料次数越多，给料流量越大，飘逸的粉尘性颗粒越多，精度影响则越为严重。

2.测量精度受下落孕育剂溢出的影响。由于所用孕育剂为干燥性颗粒，所以当孕育剂依重力下落至“硬性”冲板凹槽面B时，会有一些颗粒状孕育剂反弹跳起，越出图3件5凹槽冲板组件的冲板边高“h”，不沿凹槽随流而下，这样也会影响“流量计”的实际测量结果，另外，给料流量越大，溢出边高“h”的现象越为严重，如图3所示，这些不沿冲板凹槽随流而下的孕育剂，不仅影响其测量精度，而且很容易进入图3中的“A”处空腔，日久堆积成峰，从而影响“流量计”的正常使用。

问题解决：依据TRIZ理论，通过定义技术矛盾，并借助解题工具（矛盾矩阵）和解决方案模型（创新原理），使得上述问题得以解决。

TRIZ是前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒提出的，意为“发明问题解决理论”。

定义技术矛盾：TRIZ理论认为。技术矛盾是指技术系统中两个参数之间存在的相互制约的矛盾，即是在改善技术系统中的某一个参数时，而导致了另一个参数的恶化所产生的矛盾。

具体涉及上述出现的问题，所采取的一般做法是：为了提高给料精度，需要人工经常对其“冲板流量计”拆卸、实施清理维护。这样做，不仅耗时耗力，而且还使得“冲板流量计”测量精度的控制变得十分繁杂，如需进行测量精度的调校等等，使用的次数越多、越频繁，则停机人工拆卸、清理维护的次数也就越多。

因此，从TRIZ理论描述技术矛盾的39个通用技术参数中可以得知，该问题的技术矛盾可定义为：希望改善测量精度，但会恶化控制和测量的复杂性。即：

希望改进的参数：28号技术参数——测量精度

导致恶化的参数：37号技术参数——控制和测量的复杂性

查询矛盾矩阵：矛盾矩阵是TRIZ创始人——阿奇舒勒为了提高解决技术矛盾的效率，搞清楚在什么情况下使用哪些创新原理，而创建的矛盾矩阵表，并将40个创新原理与描述技术矛盾的39个通用技术参数之间建立起了相对应的关系，从而有效地解决了创新过程中人们选择创新原理所出现的困惑。

依据上述定义的技术矛盾所归结的两个技术参数，查询矛盾矩阵表。见表1。

依据表1中查询到的创新原理为：26号原理：复制；24号原理：借助中介物：32号原理：颜色改变；28号原理：机械系统替代。

综合考虑上述四个创新原理，决定采用24号“借助中介物”创新原理，即使用“借助中介物”实现所需动作，以解决孕育剂下落时的粉尘滞留和孕育颗粒溢出所带来的“流量计”测量精度低下的问题。

解决方案确定结合本项目实际工况，通过创新原理“借助中介物”的启示，可以得到以下两个技术方案，之后，通过比较，得出最终解决方案。

方案1：见图4。由图4知，该方案是在图2“冲板流量计部件总成示意图”基础上，作了三点改进，一是增加了件7V型导流斗，二是增加了件8多头并排吹嘴，三是加高了件5凹槽冲板组件的侧边高H（H=2h）。

该方案特点：（1）借助增加件7“V型导流斗”和“增高凹槽冲板H”，可以基本解决孕育剂下落时的颗粒溢出问题；（2）借助增加件8“多头并排吹嘴”，可以解决凹槽冲板作用面上的粉尘滞留问题。具体方法是采用定期气吹清理，如利用随流孕育装置中已应用的压空气源，并在电控程序上设定：或每小时或每班或每周或每月（冲板流量计不工作时）开启多头并排吹嘴，清理凹槽冲板作用面B等等；（3）不足之处。该方案不能解决“称重传感器”上表面的浮尘滞留问题，另外，动用“多头并排吹嘴”气吹，虽可一时解决凹槽冲板作用面上的粉尘滞留，但却可使得被吹起的粉尘，易在“冲板流量计”的内腔各处随意飘逸，产生新的危害。

方案2：见图5所示。

一点改进，即增加了一个件7“V型导流防尘防溢出罩”。

该方案特点：（1）借助该罩，可将漂浮的粉尘限定在凹槽冲板B上方的某一区域内，并限制其随意漂移，另外，前次下料滞落在冲板作用面B上的粉尘，可借助后次下落的孕育剂颗粒在冲板上的向下滑动予以清除，达到自清理的目的；（2）借助该罩，可以将下落到凹槽冲板作用面B上反弹跳起的孕育剂颗粒，再次反弹回凹槽冲板面B上，且可防止其从凹槽冲板侧边溢出；另外，当需要大流量孕育给料时，也可将下落的孕育剂限定在该罩内沿槽顺流而下，从而防止其从凹槽冲板侧边溢出。

最终解决方案确定：上述两方案可以看出，方案2明显优于方案1。另外，方案2所借助的中介物——“V型导流防尘防溢出罩”，结构简单，易于制作，成本低廉，因此，决定选择方案2作为最终解决方案，并在此基础上完善其工程图的改进设计，如图6和图7。

在本项目中，对技术系统——“冲板流量计”存在的问题，通过定义技术矛盾，查询矛盾矩阵，应用“借助中介物”的创新原理，得到了解决问题的方案模型，并从中得到启示，得出两个技术方案，且通过比较，得到最终解决方案，即：借助一个“V型导流防尘防溢出罩”中介物，解决了由于孕育剂下落时的粉尘滞留以及下落时孕育剂颗粒溢出所带来的“冲板流量计”测量精度低下的问题，而且结构简单，易于制作，成本低廉，并已用于实际的技术改进之中，收到了良好的效果。

流量计节能技术 篇3

中央空调系统是现代大型建筑物中必不可少的系统之一,而空调耗能是建筑物耗能中的大户,在能源供应日趋紧张的时候我们迫切要求在保持空调区域一定舒适度的前提下最大限度地降低空调能耗。中央空调系统通常是在最大负荷的基础上增加一定余量作为设计负荷,而实际运行中只有很少的时间是满负荷运行,尽管冷冻主机能自动调节负载,但相应的冷冻泵、冷却泵却几乎长期在满负载下运行,电能消耗非常大。如果采用变频器来控制空调机组及水和空气输送系统的各种风机和水泵,节能效果可达30%。同时如果采用先进的控制技术和控制系统将能进一步降低空调系统的能耗并改善空调系统的性能,提高舒适度。本文采用Lon Works现场总线技术,由各分散的DDC控制节点对空调系统的各种设备进行监测和控制,采用PID控制方法对冷冻水供回水温差进行控制,由变频器控制冷冻水泵的转速改变供水量,实现了冷源侧变流量运行,节能效果明显。

2 变频调速装置与节能原理

变频器是一种常用的变频调速装置,它是利用电力半导体器件的单向导电性将电压、频率固定不变的交流电(工频电源)变换为电压、频率可变的交流电的电能控制装置。其节能原理主要是根据变频节能、功率因数补偿节能、软启动节能三个方面来实现的[2]。

(1)变频节能

根据流体力学的基本知识,水泵的功率P=流量Q×压力H,而流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,所以功率P与转速N的立方成正比,这样如果水泵的效率一定,当要求的调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。

(2)功率因数补偿节能

无功功率使大量的无功电能消耗在线路当中,造成较大浪费。而变频器内部滤波电容的作用使普通水泵电机的功率因数提高,C O SФ≈1,这样增大了有功功率,降低了无功损耗。

(3)软启动节能

电机直接启动时的电流约为额定电流的数倍,对机电设备和电网造成严重冲击,而且启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大。使用变频节能装置,利用变频器的软启动功能使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,从而减轻了对设备和电网的冲击,延长了设备的使用寿命。

风机、水泵是中央空调系统中的主要设备。传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,并不能真正降低风机、水泵的耗电电量,本文中中央空调系统采用变频调速装置取代传统方式,由变频器控制风机、水泵的转速,实现风量、水量调节的目的。当风机、水泵转速下降时,消耗的功率也大大地下降。

3 冷冻水系统冷源侧变流量运行的供回水温差控制

图1为中央空调冷冻水系统冷源侧变流量运行控制原理图。按照传统的定流量运行模式,当负荷下降时,只能靠增大旁通流量来满足要求,水泵运行能耗大。变流量运行模式采用温差控制法,保持供水温度为7℃,供回水温差Δt为5℃。当负荷下降时,回水温度下降,供回水温差Δt相应变小。温差控制器TC和变频器SC降低水泵转速,减少冷冻水供水量,保持供回水温差Δt恒定,从而实现变流量运行。这样负荷下降时水泵转速降低,相应的能耗也降低了,相对于定流量运行模式节能效果明显[3,4]。

3.1 供回水温差控制

恒定供回水温差的控制模式采用增量式PID控制算法:

系统采用恒定的采样周期T,使用前后三次测量的偏差值,计算出控制量输出给变频器,由变频器调节水泵转速。

3.2 水泵变频调速过程

如图3所示,冷冻水系统由一台变频器驱动三台水泵并联供应冷冻水,其变速调节过程为:用户负荷很少时,只有接触器K2吸合,A泵由变频器驱动,转速为N。随着用户负荷的增加,冷冻水供回水温差Δt大于设定值,温度控制器根据PID控制算法,调节输出,提高变频器输出频率,增大A泵的转速,从而增加了供水流量。当A泵达到额定转速时,若供水量仍不能满足用户需求,即冷冻水供回水温差Δt仍大于设定值,Lon Works控制器发出控制指令使接触器K2断开,K1吸合,将A泵切换到工频50Hz电源定速运行;同时接触器K4吸合,变频器启动B泵,此时A泵和B泵同时向用户供应冷冻水,如果B泵在某一转速运行时,冷冻水供回水温差Δt不再大于设定值,调节过程基本结束,系统保持当前状态运行。如果用户负荷继续增加,则当B泵达到额定转速时,接触器K4断开,K3吸合,将B泵切换到工频,变频启动C泵,依次类推。相反当用户负荷降低时,冷冻水供回水温差Δt小于设定值,变频器输出频率降低,水泵转速降低,当达到经济转速后,Lon Works控制器按照先投入先退出的原则停止相应的水泵,直到只有一台水泵变频工作为止。

通过几次测试,发现当水泵变频运行时,其供电频率从49.6Hz降低到41.8Hz时,水泵出口压力从2.5×105Pa下降到1.93×105Pa。水泵的节电状况良好。然而,从图4可以看出,变频泵与工频泵并联运行时,随着变频泵频率f的降低,变频泵的扬程逐渐降低,变频泵流量Qf随之减少;工作点C的扬程也随着降低,使总的流量QC减少;因此工频泵的扬程也降低,使工频泵流量QA反而略有增加,容易使变频泵过载。所以说变频泵的频率并不是越低越好,我们将其下限值设为36Hz。

4 Lon Works现场总线技术

Lon Works现场总线技术是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网,是专门为实时控制而设计的,具有完整的开发系统平台。在Lon Works网络中大批设备(传感器、执行器等)和控制节点相互配合,使用Lon Talk协议,经过多种传输媒体进行节点之间的通信,灵活组成各种各样的分布式智能控制系统。

Lon Works的核心技术是它的Lon Works节点(即神经元芯片节点)和Lon Talk协议,开放的Lon Talk通信协议提供ISO/OSI参考模型所定义的全部七层服务并以软件形式固化在神经元芯片上,由集成的三个8位CPU分别实现不同的功能。Lon Works技术由于其全开放性、互操作性、支持多种传输介质和拓扑结构等特点,作为底层控制网络在楼宇自动化领域得到了广泛的应用[1]。

中央空调系统中被控设备分散、控制变量相互关联,本文采用Lon Works控制系统作为底层控制网络,实现了分散控制、信号的远距离传输和网络化通信,控制精度高,系统稳定性好。图5为系统结构图。

5 结束语

能源日趋紧张,人们的节能意识也逐渐增强。中央空调系统节能的潜力巨大,本文采用了变频调速装置实现了空调水系统冷源侧变流量运行,克服了以往水泵直接起动和定速运转耗能多的缺点,在空调节能方面具有广阔的应用前景。在空调系统的控制方法和控制技术的选择上本文采用了Lon Works现场总线技术,其全开放性、互操作性、远距离多介质传输及异网构建容易的优点得到了较好的体现,提高了整个空调系统的控制质量和空气品质。

参考文献

[1]基于LonWorks现场总线技术的变风量空调系统温度PID控制[J].太原理工大学学报,2008,(1):57-59.

[2]张辉,靳军,叶正茂.变频器工作原理与在工程中的应用[J].节能技术,2005,(7):351-353.

[3]李玉云,建筑设备自动化[M].北京:机械工业出版社,2006.

流量计节能技术 篇4

1 大庆油田天然气计量方式现状

天然气的计量在我国以体积计量为主, 目前大庆油田天然气计量主要有三种方式:孔板流量计计量、涡轮流量计计量和超声流量计计量。其中孔板流量计结构简单, 维修方便, 性能稳定, 已成为天然气计量的主要方式。据大庆油田天然气分公司统计, 大庆油田的天然气计量80%左右是孔板差压式流量计计量。随着科技发展, 现孔板流量计计量多引入孔板流量计计算机系统, 对天然气的压力、温度以及差压进行自动采集, 对天然气瞬时量和累计量进行自动计算。自动化程度的提高一方面有利于天然气的生产和传输过程的控制, 另一方面则由于压力、温度、压差等信号在传输过程中产生了一定量的信号衰减, 对测量或计量结果产生影响, 影响天然气生产控制和天然气流量的统计。

2 孔板流量计计算机系统的基本原理

孔板流量计计算机系统因生产厂家众多, 名称和外表各不相同, 但原理相同:用温度变送器、压力变送器、压差变送器将现场的温度、压力、压差转化为输出统一的4~20 m A的信号。其中, 4 m A值对应温度 (压力、压差) 的变化范围最小值, 而20 m A值对应温度 (压力、压差) 的变化范围最大值, 成比例线性关系, 从而可以将测量的电流值转化成对应的温度 (压力、压差) 值。孔板流量计计算机系统将采集到的压力、温度、压差和其他相关值引入相关计算从而得出天然气流量。

3 孔板流量计计算机系统的测试方法

天然气在计量过程中准确度非常重要, 不仅瞬量计算要准确, 而且累计量也必须准确。累计量计算准确的前提是瞬量计算必须准确。针对孔板流量计计算机系统的基本原理, 采用相应的两种测试方法, 即瞬时量测试和累积量测试。瞬时量测试就是将标准信号源连接到相对应的信号输入端子, 选取零点、常用工作点、最大值三个试验点, 给定标准信号, 记录标准信号值和瞬时量显示值, 根据标准信号值、仪表量程、工况修正等信息计算瞬时量的理论值。模拟信号每个测试点的误差按如下公式计算:

式中:

Esi——每个测试点的误差;

si——该测试点瞬时量显示值;

sbi——该测试点瞬时量的理论值;

smax——仪表量程上限对应的理论最大值。

在累积量测试时, 将标准信号源连接到相对应

的信号输入端子, 选取常用工况状态作为试验点, 给定主测量量和温压补偿量的标准信号, 记录T时间 (T≥30 min) 累积值。针对标准信号值, 通过应用Labview语言编写的标准软件进行数据处理。该软件根据GB/T 21466—2008《用标准孔板流量计测试天然气流量》、GB/T 17747.1—2011《天然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南》、GB/T17747.2—2011《天然气压缩因子的计算第2部分:用摩尔组成进行计算》等相关标准提供的参数计算方法对天然气流量进行精确计算。通常固定参数作为常数一次性写入并计算, 不需修改, 如需要在测量前也可进行修改, 然后根据固定参数计算出导出参数。数据循环采集, 测得数据带入标准公式计算出天然气流量的瞬时量和累积量。同时, 根据累积量计算数学模型、温压补偿量等信息按照相关标准计算累积量的理论值。测试点的累积量误差按照如下公式计算:

式中:

EL——测试点的累积量基本误差;

L——该测试点T时间累积量显示值;

Lb——该测试点T时间累积量的理论值。

4 计算机系统测试的实际应用

根据以上测试方法, 对大庆油田天然气分公司下属单位进行相关测试, 在测试中发现某些孔板流量计计算机系统存在偏差较大, 天然气计量有争议。如天然气某单位, 孔板流量计计算机系统显示的天然气来气量同上游单位存在偏差, 经实地测量, 发现系统显示的瞬时量、累计量都和标准存在误差, 测试数据见表1。

根据测算, 其每年少计量的天然气量约为18.1×104m3, 经过数据调整后, 天然气加工能耗明显降低。

5 结语

流量计节能技术 篇5

我国几乎家家户户都在使用煤气, 是一个使用煤气的大国, 从节能降耗的角度出发, 设计合理而且便于广大人民群众使用的煤气流量计量仪表是至关重要的, 因此在新时代的发展过程中, 本着节能降耗的理念, 人们对于煤气流量计量仪表也在进行研究与改良。本文通过从煤气流量计量仪表的传统检测方法、改良方法及提高价值三方面入手, 进而分析煤气流量计量仪表的发展历程, 最终达到为国家节能降耗的目的。

1 传统煤气流量计量仪表的检测方法

流量计算量在石化生产过程控制和计量核算中具有重要地位, 特别是注重能源节约、以提高经济效益为核心的今天, 对流量计量的要求更为严格。选择合格的流量计量仪表在企业运行、维护和成本控制中占有重要的地位, 其经济效益显著。

1.1 传统煤气流量计量仪表中存在的问题

转型过渡期, 煤气成为人们生活中必不可少的东西。在这个前提下, 煤气流量计量仪表成为了一个关键的因素, 它的不断研发, 既能与人们日常生活紧密相连, 还与制造商的利益有着密切的联系, 又能响应国家号召———节约能源减少消耗。

传统煤气流量计量仪表在使用上难免会存在一些问题, 同时在节能降耗方面也存在缺陷。主要问题如下: (1) 该设备在某些情况下容易导致气体不流通, 因为对仪表生产标准的不一, 导致了其质量在生产过程中存在某些问题, 进而在使用中一些分子没有被完全过滤, 长时间的使用让仪表工作效率大大降低, 仪表也就失去了其使用价值。传统煤气流量计量仪表在以后的维修环节中, 因其堵塞物太多也不便清理。这也就导致了较多的污染物排放, 不能达到节能降耗; (2) 煤气流量计量仪表因长时间使用, 致使数据不精准。因为使用煤气的用户较多, 且都主要集中在固定的时间段内, 所以对流过的煤气数据检测难免会产生误差, 进而影响公司的利益; (3) 煤气流量计量仪表设计的缺陷。在设计之初因为考虑因素较少, 所以导致难以满足现在的需求, 这样的缺陷同样使煤气流通效率降低, 其节能降耗效率降低, 不能满足社会的需求。

1.2 煤气流量计量仪表的测量方法

基于节能降耗理念, 设计者们设计了多种检测方法, 为了方便煤气公司检测用户的使用情况及便于收费, 但大多数采用了压强法及流量监控法进行测量, 原理是提取流入或是流出的量进行计算。但是在实际操作中存在很多的问题, 比如在仪表内部设计线管道, 为了读取更精确的数值, 但是随着使用次数的不断增加, 因为杂物不断产生, 会导致管道流通不顺畅, 进而影响数值的精准度, 更为严重的是不能正常的运转, 从公司的角度上来说会影响收益, 从使用者的角度来讲会影响家庭正常的生活, 而且不能够实现节能降耗。所以为了解决这些问题, 制造者们开始进行改良, 主要从杂物不断流入的角度出发, 制作出非一次性可清洗的过滤网, 这些过滤网在数据精准度下降的时候, 就可以拆卸下来进行清洗, 然后循环利用, 这种方法有效解决了原来存在的问题, 既能够满足社会的需求, 又能响应国家节能降耗的口号。

2 新型检测仪表的诞生

通过分析传统煤气流量计量仪表中存在的问题及煤气流量计量仪表的测量方法, 设计者以节能降耗为理念, 对传统煤气流量计量仪表进行了改造, 诞生了几种新型检测仪表, 具体如下:

2.1 过滤网式煤气流量计量仪表

在传统的计算仪表中, 还存在仪表数据不能根据气流的大小的变化而变化。同时, 设计者们以节能降耗为理念, 在此之上进行了改良。过滤网测量法也将这个问题得到有效的解决, 该方法通过检测在单位时间内通过网的流量, 进而得出精准的数据, 也就是说不管通过仪表内部流量的多少, 都能准确地将其数据反映在仪表盘上。在家庭生活中, 一个煤气灶往往有多个灶台, 也就是说要增加分管道, 也可以在支管出增加过滤网, 达到单个控制的效果, 这种方法有效解决了传统煤气流量计量仪表中存在的问题。这种方法听起来非常的简单实用, 但是在构造期间, 需要大量的人力物力, 并且这种煤气流量计量仪表需要的空间也很大, 这样缺陷的存在, 使得该煤气流量计量仪表在现实生活中操作起来就变得很不方便, 如果经常更换就会产生很大的费用。再加上压力的不断改变对其影响也是不可忽视的, 所以煤气公司还想有更方便的仪表拖入使用, 在这种需求之下煤气流量计量仪表得到进一步的改良 (图1) 。

2.2 涡街测量煤气流量计量仪表

与第一次改良的仪表相比, 这种新一代的仪表具有高效、耐磨、精准度高、直观等优点, 并且能够节能降耗, 同样可以适应不同的煤气管道, 使环境有了明显的改善, 所以被广泛的使用。但是在新环境下也会遇到一些问题, 如下:

2.2.1 管道通畅问题

用涡街方法进行测量也有了很长的一段历史。从最初使用情况来看, 其使用原理是通过不断变化的微小振幅, 进而影响其压力大小的变化, 再通过零件的敏感性传到仪表盘中, 但是这种固定频率的振幅, 也会致使其中的杂物向某一方向聚集, 有效地减小了环境污染, 也会在某种程度上使煤气流通不顺畅, 并且处理起来也很麻烦。最终给这种煤气流量计量仪表的使用范围给予了限定, 其适合在一些纯度比较高、污染物相对较少的煤气管道中使用。在检测方法基础之上进行改良, 制造出结构设计合理, 被人们认可的元件。在煤气管道的内部增加一个区域, 使检测部位与煤气流通管道相分离, 这样不会接触到管道中的杂物, 也不会使管道出现堵塞, 并且响应了节能降耗的口号, 在被越来越多的家庭使用。

2.2.2 对煤气的要求较高

在之前的基础之上, 要求煤气的流速相对平稳, 不会产生太大的压强差, 使其表征粘性影响的相似准数较高 (例Re>5500) , 煤气的流速要达到一定的要求, 目的是让测量出来的数据精准度高, 如果管道相对较粗一些的话, 大多数的情况下要求其流速不能小于7.1m/s。但科学研究结果表明, 其内部流速的最大浮动范围在8.1m/s-11.9m/s之间, 但是在日常生活中, 在使用不是相对密集时期, 其流动速度不再增大, 可以降至0.6m/s, 这一数据与之前要求看起来相差甚远。所以, 想要解决以上所以问题, 就要通过不断地设计与改良, 创造出一个内部结构精细、外部监管系统标准的煤气流量计量仪表至关重要, 如果能够实现这一要求, 在很大程度上解决了多边问题。

2.2.3 振动频率的改良

煤气流量计量仪表在实际应用中, 其管道连接处难免会产生波动, 使用时间较长之后其震动频率就会加大, 影响测量数据的准确性, 虽然新型涡街技术能够减缓震动频率, 但是还是不能从根本上解决震动对信号发出及接受的影响, 也就是说其测量的结果会存在误差。

2.3 热式气体煤气流量计量仪表

热式气体煤气流量计量仪表是根据相对应的仪器进行改造的, 该方法采用了节能降耗技术, 经过数以万次的实验研究表明, 该种方法克服了种种环境, 使其测量的数据精准度更高, 安全性及内部构造从根本上得到了极大的改良, 让采用这种方式的煤气流量计量仪表广泛应用在现实生活中, 既方便了使用者, 又方便了煤气公司。

热式气体煤气流量计量仪表的原理是在原有基础之上在内部加入了温度检测软件, 工作的时候利用之间产生的热量进行检测。在仪表内部分别镶嵌了长短不一的零件, 这两个零件分工明确, 相对较长的一个叫做转换零件, 较短的一个叫做测温零件, 这两个零件的制作原材料及标准都相同, 都是用固定的模板刻出来的且长短不一的探头。在管道中, 因为两个零件所处的位置不同且长短不同, 所以他们两个的作用大相径庭, 二者相互配合, 从而检测出的结果精准度高。

这种新型煤气流量计量仪表可以自动地进行调控, 可以通过内部特有的构造使零件的温度更高一些, 改变电路的电流进而控制其温度, 是两者产生一个温度差, 让温度差维持在一个稳定的范围之内, 这是整个系统就处于相对稳定的状态, 其中相互的热能变化公式为:

在某种固定的条件下, 公式中部分数值可以看做为一个常熟, 也就是说流量和某时间段内释放出来的热量存在函数关系。在有关的科学研究中, 根据公式H=I2R (T) 可知, 在恒温的情况下, 其内的阻值也是固定不变的, 所以在精准度很高的煤气流量计量仪表中, 其流动速度不再增大, 可以降至0.06m/s。

3 新型煤气流量计量仪表的价值

3.1 过滤网式煤气流量计量仪表价值

过滤网式仪表研制的成功, 首次突破了传统检测方式。可以使检测仪表能够得到可循环利用的效果, 与前一种方式相比, 过滤网式煤气流量计量仪表可减少了对其成本的投入。同时在功能上使得精准度与前者相比数据更加准确, 在当时的社会下, 过滤网式煤气流量计量仪表有着很高的利用价值, 体现了节能降耗的作用, 也被广大人民群众所接受。

3.2 涡街测量煤气流量计量仪表价值

涡街测量方法的诞生, 借鉴了节能降耗的技术, 在很长一段时间内都采用了这种方法。作为当时新型仪表具有高效、耐磨、精准度高等优点, 涡街测量煤气流量计量仪表能适应高气压、低温度等多种多样的环境, 其改良也经历了很长的时间, 所以在当时涡街测量煤气流量计量是公司最常用的检测方式。

3.3 热式气体煤气流量计量仪表价值

作为现在仍然流行的一种测量方法, 有以下几方面的优点:

(1) 其内部组成简单, 外形设计更具有特点, 并且从根本上解决了气体流通不畅的问题及节能降耗的问题。其内部零件更为容易清洗, 方便、简洁并被人们认可, 具有很高的现实使用价值。在定期维修的过程中, 工作者操作简单, 且成本较小, 对每一方都有很大的好处。

(2) 使用的范围较广。因为这种测量方法可以准确地测量出不同环境下的准确数值, 而且其煤气的流速可以调控, 所以应用范围比较广。与之前过滤网及涡街检测方法相比, 热式气体煤气流量计量操作系统相对简单, 在保护与维修方面的程序不繁琐, 可有效解决人力物资资源, 有很高的实用价值。

(3) 测量出来的数据更为精确。在认定标准中, 热式气体煤气流量计量仪表的准确度达到了最高级别, 让燃气公司的利益在一定程度上有了很大的保障。

4 结语

本文通过对液体流量的设备检测和气体流量的设备检测进行分析, 探究出节能降耗的煤气流量计量仪表的选型, 为了更好地进行节能减耗, 不断地对煤气检测方法进行改进。最终设计出既符合当今时代社会具体要求的产品, 又能响应国家提出的节能口号。

摘要：煤气流量计量仪表在使用煤气的家庭中有着很大的作用, 它起到检测并节约能源的作用, 可以有效地减少污染物的排放。中国作为全球煤气使用量最大的国家, 对传统煤气流量计量仪表的改造成为了主要研究方向。经过改造的新型检测仪表一方面能准确的检测出相关数据, 并且在原理上得到很大程度的改良;另一方面为国家节能降耗做出了巨大的贡献。

关键词：传统检测方法,新型煤气流量计量仪表,节能降耗

参考文献

[1]赵镛华.煤气流量计量仪表选型的探讨[J].价值工程, 2014, 13:288-289.

[2]李冰, 郭宏远, 李健, 高原.粉煤气化装置中流量测量仪表的选型[J].石油化工自动化, 2014, 01:58-60.

[3]孙承亮.浅谈毕托巴差压式流量计在工业煤气流量测量中的应用[J].科技风, 2015, 05:110.

[4]段贵权.天然气计量管理计量仪表与输差控制探讨[J].硅谷, 2013, 06:119-120.

变流量水系统及其节能 篇6

一变流量水系统形式概述

1.1一次泵系统

图1:冷水机组定流量, 末端装置有温控器, 根据负荷调节流量。供回水之间采用的压差旁通。当负荷减小时, 用户阀门关小, 分集水器之间压差增加, 电动调节阀开大, 部分冷水经旁通短路, 维持机组流量不变, 用户负荷增加时动作相反。该系统仅靠末端二通阀的节流调节, 水泵功率变化很小, 能量浪费较大。

1.2二次泵系统

图2:二次泵系统通过设置桥管, 不仅有效地解决了制冷机定流量负荷侧变流量的矛盾, 而且实现了系统各部分水力工况隔离, 同时具有分布式水泵水力稳定性好的特点。水泵调速采用远程恒定压差控制时, 系统具有最大的可变扬程, 运行能耗较近端压差控制要小。多泵变速系统在低负荷时仍能保持较大的节能潜力。

(1) 多台二次泵并联的系统 (图2a) , 这是一种常见的二级泵形式, 包含一次环路和二次环路。在一次环路中, 由于蒸发器冷水流量的迅速减少会使冷水流速不均匀, 尤其是在一些转弯处更容易使流速减慢甚至形成不流动的“死水”, 这很容易使局部的冷水产生结冻。因此, 一般采用一台定流量泵对一台制冷机的方式, 定流量泵的扬程主要用来克服蒸发器的阻力。二次环路的变速二次泵一般置于制冷站内。当供冷系统容量较大且负荷变化范围较宽时, 采用多泵并联变速运行可有效降低运行能耗, 在低负荷时系统仍能保持较高的效率。如果旁通管的阻力非常小的话, 一次环路与二次环路之间几乎不会相互干扰。

(2) 二次泵分散设置的系统 (图2b) , 当系统所服务的各区域或各建筑物的水环路阻力相差较大时, 可将上一种形式中的二次泵分散到各个区域或各栋建筑物内, 这使得各用户的回水压力比供水压力还要高。各区域的二次泵既要克服制冷站到该区域的干管阻力, 又要克服各区域内部的阻力, 其工作扬程是两者之和, 因此, 下游建筑所用水泵的扬程比上游建筑的要高。各区域的二次泵一般也采用变速水泵。二次泵系统常用的压控法, 以最不利末端压差作为信号调节流量。压控法在采用二通电磁阀的变水量空调系统中, 并不能通过稳定最不利末端压差来保证其余末端有足够的资用压差, 且不保证程度主要取决于系统水量的减少程度和沿程损失在系统压力损失中所占比例, 若水量减少越多则沿程损失比例越大, 受水量减少影响的末端分配到的资用压差就会越少, 通过的水量对额定水量的偏离也就会越大。而且, 由于二通阀调节特性的变化, 变流量系统的流量并不能在0到100%范围内任意变化, 而是存在一个流量的下限值。

二变流量水系统能耗的分析

根据水泵定律可知, 水泵的功率与水泵转速的三次方成正比, 这一结论的前提是:水泵调速前后工作点必须为相似工况点, 其管道特性曲线为一条通过原点的等效率曲线, 且调速前后不发生变化 (如图3中的A点与B点) 。在实际运行中, 由于管道特性曲线的变化, 水泵调速后的工作点往往不会与调速前工作点处在同一条等效率曲线上, 而是变化到D点, 这使得变流量水泵在实际运行中的节能效果不如理论上那么显著, 在分析变流量水系统能耗时也不能一味地套用水泵定律。

(1) 末端为电磁阀二位控制的系统, 由于二通电磁阀关断对管路曲线变化影响较大, 对节能效果产生的影响也大。稳定后的水泵工况点不再与原先的工况点是相似关系。一般而言, 沿程损失在系统总阻力中所占比例越小, 变频后水泵节能功率就会越小, 反之则节能效果越大。该系统节能效果还与最不利用户处压差设定值有关, 设定值越小, 节能效果越显著。因此, 在评价采用二通电磁阀的变水量系统的实际节能效果时要作具体判断, 不能直接按水泵定律的结果来分析。

(2) 对变频调速系统, 资料表明, 节能潜力为流量的函数Δ.P=qv-qv3, 也不与流量的三次方成比例。节能潜力在qv=0.577时达到最大 (如图4) 。为保持系统的最佳调节工况, 在调节过程中建议qv取0.16-1。由于节能潜力存在极大值, 在选用循环水泵时应认真进行水力计算, 以便正确选择循环水泵, 保证系统运行的经济性, (qv表示相对流量, qv=qv 2/qv 1) 。资料还表明变频调速比阀门调速具有明显的节能效益, 最大节能潜力高达38.149%。

三发展方向

1. 对变流量系统能节约能源, 大家有共识。但对不同的变流量系统, 对系统节能效率, 经济价值等方面还没有完善的综合评价体系;

2.压控法系统中, 目前是取最不利环路的末端压差作为控制流量的信号, 从资料表明, 它还存在不足, 那么取什么作为控制流量的信号最好, 有待研究;

3. 不同形式变流量系统, 绘制其管网特征曲线, 及能耗随流量动态曲线的方法目前还很复杂, 有待进一步简化。

参考文献

[1]周谟仁主编.流体力学泵与风机

流量计节能技术 篇7

关键词：冷冻水系统,定流量,变流量,节能改进

0 引言

在设计冷冻站时一直困扰着设计人员的问题是系统是按照额定负荷设计的,冷冻水系统也是按照定流量系统设计的,而在负荷变化时,虽然冷水机组(以下简称“机组”)可以根据负荷进行调节,可是蒸发器侧的冷冻水流量却是固定的,水泵还是在满载工作,水泵的能耗不可能因机组在部分负荷运行而减少。设计人员对此很困惑,但也很无奈。本文针对蒸发器侧冷冻水系统按定流量或变流量方式工作进行简单的分析,希望能对提高系统的能效,合理减少机房的面积和设备投入有一些参考。

1 冷冻水系统的基本形式

目前冷冻水系统的配置简单来讲有下列三种:

1) 一次泵系统的蒸发器侧定流量用户侧变流量(俗称一次泵定流量系统):2) 二次泵系统的蒸发器侧定流量用户侧变流量(俗称二次泵变流量系统):3) 一次泵系统的蒸发器侧变流量用户侧变流量(俗称一次泵变流量系统)。

2 一次泵定流量系统

传统的系统,冷冻水流量的快速变化会引起机组运行出问题。因此,在机组蒸发器侧的冷冻水流量设置为定流量,而用户侧末端设备的冷冻水流量设置为变流量,在末端设备出口设置电动两通阀对冷冻水流量进行调节控制,还在冷冻水的供水总管和回水总管上设置一根旁通管来平衡蒸发器侧与用户侧的流量。

3 二次泵变流量系统

二次泵变流量系统是在机组蒸发侧流量恒定前提下,把传统的一次泵分解为两级:1) 一次泵用来克服机组蒸发器和一次环路的流动阻力,即自蒸发器出口到旁通管路再到蒸发器入口的阻力。2) 二次泵用来克服从旁通管的蒸发器侧到末端设备再到旁通管的用户侧的水环路阻力。

不难看出,在部分负荷时二次泵变流量系统用户侧的水泵能够根据负荷进行调节控制提供相应的冷冻水流量,而一次泵定流量系统只能通过改变开启的水泵台数调节流量。二次泵变流量系统虽然实现了二次侧水泵的减载,比一次泵定流系统节能,但是相应的设备初投资增加了,要求的机房面积也增加了,同时控制也较复杂,对机房操作人员的要求也较高。下文讨论分析可以在部分负荷时通过一次泵直接变流量来达到更节能,更节省初投资的效果。

4 一次泵变流量系统

由于目前有些机组蒸发器侧可以实现变流量控制,因此就可以直接根据用户侧的流量变化来调节蒸发器侧的流量变化。这种一次泵变流量系统相对于二次泵变流量系统不但可以减少二次侧的水泵投资和相应的占地面积,同时在运行费用上还可以降低很多。

1) 实现一次泵变流量系统的条件

首先,冷冻水系统是个变水流量的系统,末端设备的冷冻水流量由电动两通阀调节控制;其次,机组蒸发器侧要具备较宽的流量范围,比如额定流量的30%～130%,流量的下限以小于50%额定流量为妥;同时,压缩机对流量的变化反应足够快,能承受每分钟30%～50%的流量变化。对于具备这些条件的机组可以考虑构成一次泵变流量的冷冻水系统。如果采用了一次泵变流量系统,在水泵变流量的范围内就可以直接与用户侧的流量相匹配,在流量的变化范围内没有旁通量,这就意味着没有多余的能耗。

2) 旁通阀和流量传感器(或蒸发侧的压力传感器)

水泵变流量的范围应与用户侧相匹配,设置旁通管并配置两通调节阀是因为目前的机组变流量的范围不是从0～100%,有的是30%～130%,有的螺杆式机组又在45%～120%。当用户侧的流量低于机组变流范围时,可以采用旁通调节控制,保证蒸发器内的水流量不低于机组的最低水流量。这时旁通阀开始动作,系统的流量传感器(或蒸发器侧的压力传感器)代替末端设备的压差传感器指挥旁通阀,使得旁通阀的流量加上末端的流量等于机组的设定最小流量,同时,水泵以最低频率定频运行。

3) 水泵的运行

首先,水泵和机组不是一一对应的。水泵的运行是由设定的末端设备的压差控制的,机组的加减则是由投入机组的运行电流来控制的。假设有三台机组,相应配置三台一次侧变流量冷冻水泵。当系统起动时,一台冷冻水泵先以最低频率起动,如果不能满足末端设备的压差设定值,则第二台冷冻水泵以最低频率加入。如果压差还不满足,第三台冷冻水泵也以最低频率投入。如果此时压差仍然未到设定值,三台水泵同频上升来加大流量,直到末端设备的压差设定值得以保证为止。当末端设备的负荷减少,则流量过剩,也就是末端设备的压差高于设定值时,三台泵同步减频来维持压差设定值。当冷冻水泵处在最低频率时(因为三台冷冻水泵同频动作,所以同时处在最低频率),如果还有减少流量的需求,则关闭其中一台水泵。

4) 机组的加减载

机组启动后,随着负荷的升高达到开机的要求,且经过蒸发器的水流量超过机组运行最低水流量时,水流开关闭合,机组自动投入运行。随着末端设备负荷的增加,机组的荷载也增加。当机组达到满载以后,如还不能满足末端设备负荷要求时,则再投入一台机组,直到机组全部投入运行。反之,当机组的制冷量大于末端设备负荷要求时机组自动卸裁,随着负荷继续减少,当运行的两台机组卸载到最低负荷时,就停运其中一台机组,如负荷还在持续减少,则再关闭一台机组,直到机组全部关闭。

5 一次泵变流量系统与二次泵变流量系统的比较

节省初投资机房占地面积,不但冷冻水泵节能,同时减少机组和冷却水泵的运行时数,降低运行费用在节能方面,一次泵变流量系统不但在冷冻水泵方面节能,还可以减少机组的全年运行时数,节省冷却水泵的运行时数和能耗。按常规设计,在一次泵变流量系统中机组与冷冻水泵一一对应限制了机组的“超额冷量”的发挥。设计时机组是按照一定的工况选的,如冷凝器的进水温度为32℃,水泵则按照机组蒸发器的流量选定。当室外工况好于选机工况时,如29℃时,机组的出力是可以大于额定冷量。但是,水泵是按照机组蒸发器的流量选定的,其流量不会大于蒸发器的额定流量。因此,限制了机组的“超额冷量”的发挥。而一次变流量系统的冷冻水泵可以调节控制流量,在室外工况较好时,可以提高蒸发侧的流量,使得机组的“超额冷量”能够发挥出来。因此,可以减少机组全年投入运行的时数,相应的冷却水泵投入运行时间也减少了。

6 结论

随着机组的技术进步,设备对系统的兼容性增强,系统的设计也将越来越多样性。本文对于蒸发器侧冷冻水系统定流量和变流量的分析表明:一次泵变流量系统不仅可以节省系统的初投资和机房面积,做到冷冻水泵的节能运行,而且还可以减少机组的全年运行时数,节省冷却水泵的运行时数和能耗。

参考文献

[1]肖晓坤.建筑空调变水量水系统实时优化控制研究[D].上海:上海交通大学硕士学位论文,2005.

[2]丁云飞.部分负荷性能对冷水机组运行能耗的影响评价[J].节能,2000,(1):3-6.

[3]何雪冰,刘宪英.中央空调节能有关问题探讨[J].重庆建筑大学学报,1998,(8):118-121.

变流量调节在供热节能中的应用 篇8

1 变流量系统应使用变速泵

1.1 量调节的两种方法

供热系统变流量可以通过两种方法实现,一种是改变水泵出口阀门开度,即在比较暖和的时期利用阀门节流减小输送到用户的流量。其缺点是:当调节阀门时,阀门必须承受大部分水泵多余的压头,这意味着大量电能消耗在阀门节流里。而且,由于控制阀门在开度很小时,其控制特性一般较差,会造成控制品质的恶化。另一种是通过改变水泵转速来改变输送到用户的流量,其优点是不存在节流损耗的问题,这是因为水泵转速的变化与流量变化成正比,在调节过程中不必再改变阀门开度,能很好适应系统流量变化。同时,可节电40%。因此,为了保证供热品质和节能效果,变流量系统应该选择和使用变速水泵。

1.2 实例分析两种方法的能耗差别

对于IS200-150-315水泵,额定流量(Q)400m3/h,扬程(H)32 m,水泵性能曲线为

通过节流和变速两种方法调整到额定流量的70%,就有57%的水泵功率消耗在阀门节流上。

2 固定供水温度的量调节方式节能最多

2.1 量调节有两种基本方式

在间接连接系统中,当一级网是变流量系统,二级网是恒流量系统时,一级网的量调节可以采取两种方式。

1)一种方式是固定供水温度,改变循环水量。在热负荷降低时,一级网回水温度降低,换热器对数误差升高或基本不变,由公式Q=KFΔtm可看出:当热负荷降低而对数温差变化很小时,必然需要传热系数K和换热面积F减小,而换热器一经确定后换热面积便无法变化,只能通过降低传热系数K才能维持平衡,K值的降低意味着流量的下降。但经计算表明,流量下降并不能明显使K值降低,所以热负荷的变化将导致流量变化较大。因为供水温度不变,当一级网流量大幅度降低时,供回水温差加大,回水温度也将大大降低。为保证传热温差,一级网温度必然要高于二级网温度,所以,流量变化受到换热器传热性能的制约。

有两种方法可以使流量变化幅度减小,从而使流量变化和传热性能相适应:一是减少换热面积F,在有多台换热器的热力站中,当外温升高,热负荷减小时,关闭部分换热器,减少换热面积,二级网采用分阶段变流量质调节或旁通混水连接,一级网回水温度升高,流量增加。二是分阶段改变一级网供水温度,在不同的室外温度和热负荷阶段采取不同的供水温度,减少流量的降低幅度。

2)另一种方式是设定一级网供回水温差不变,而供回水温度随热负荷的变化而改变。这样将使对数温差的变化与一级网流量的变化相适应,使流量变化程度降低,减少换热器热力工况的失调程度。

2.2 实例分析

以一个热力站为例进行实际计算,热网设计参数为供暖期室外计算温度-12℃;供暖期室外平均温度-2.1℃;供暖期室内计算温度18℃;供暖持续时间144 d;一级网供水/回水温度130/70℃;二级网供水/回水温度85/60℃;综合平均建筑热指标64 W/m2;热力站供暖建筑面积20万m2,其设计热负荷为200 000×64=12 800 k W。

热网调节方式:当室外温度为-12℃~-2℃,供水温度在130℃~110℃之间按质调节方式运行;当室外温度在-2℃以上,热网实行量调节。

3 水泵的选择

在供热工程的设计和实际运行中,各种类型的水泵都会用到,常规水泵在以前的供热中被广泛应用。随着国家节能减排行动的开展,各种调速和变频泵陆续被应用。水泵是供热系统的主要设备,担负驱动流体循环流动、传递热量、维持水力工况、保证供热质量的作用。要求该设备必须具备可靠性高、安全性好、噪音低(保护环境)、耗电少(节约能源)等性能。因此,水泵选择主要是根据工艺需要,选择泵的台数、型号及类型。选择水泵的原则是:流量调节范围较宽;噪音小;运行稳定不产生震动;轴封密闭性好不渗漏;效率高耗电少。

水泵的基本参数:流量Q,扬程H,效率η,必需汽蚀余量NPSH等,这些参数表示水泵性能是由泵厂以常温清水为介质通过试验测得的值。

1)泵的台数。供热系统的水泵台数的确定原则是:在任何工况下,应让水泵工作点落在高效率区内。在一般情况下是一台运行,一台备用(对于免维护的小型泵,可不设备用泵)。在特殊情况下也可以多台泵同时串联或并联运行。

2)水泵扬程的选择。水泵型号选择的关键是确定所需要的流量和扬程,并使它落在泵的高效率区。流量比较容易确定,一般不会出错,但扬程的确定比较难,出错也较多(如选择循环水泵的扬程中加入了高度)。

3)水泵的类型。根据实际情况和设计要求,选择适合的水泵尤其是变频系列的水泵,可以大大降低运行成本,使管网的运行工况更加经济合理。

4)变频调速泵的应用。变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性,各种生产机械在设计配用动力驱动时,都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

由流体力学可知,功率=流量×压力,流量与转速的一次方成正比,压力与转速的平方成正比,功率与转速的立方成正比,如果水泵的效率一定,当要求调节流量下降时,转速可成比例地下降,而此时轴输出功率成立方关系下降,即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所以,当所要求的流量减少时,可调节变频器输出频率使电动机转速按比例降低。这时,电动机的功率将按三次方关系大幅度地降低,比调节挡板、阀门节能40%~50%,从而达到节电的目的。

变频器控制是利用压力或流量的测定值与设定值相比较,根据差值来调节电机的转速,导致水泵输出流量的变化,使实际值逐步与设定值相符。变频器是可以调整频率、电压的电机控制设备,针对水泵的应用一般来说是控制流量和压力。变频器根据最终的压力或流量的需要调节频率来决定水泵的转速。

4 变流量系统的经济分析

继续以上例进行分析该系统的节能效果和使用变速水泵的经济性(与恒流量系统比较)。

该系统的一级网包括一个主循环水泵站,一个供水加压中继站和一个回水加压中继站。其设计参数分别为:主循环水泵流量5 225.9 t/h,扬程74 m;供水加压泵流量4 476.9 t/h,扬程39 m;回水加压泵流量1 159.9 t/h,扬程43 m;该地区采暖期144 d。

变流量运行调节(即t≤-2℃为恒流量质调节,t>-2℃为固定供水温度量调节),总电耗计算为

式中,E为采暖期一级网热网水泵总电耗,k W·h;G1i,G2i,G3i为第i计算区间,循环水泵、供水加压泵和回水加压泵的流量,m3/h;hi为第i计算区间的运行时间,h;ηpi为第i计算区间水泵效率;ηzi为第i计算区间水泵电机、转动等其他装置综合效率。

计算恒流量调节方式水泵总电耗,取ηp=0.8,ηz=0.95,

得E=(5 225.9×74+4 476.9×39+1 159.9×43)×

计算变流量调节方式水泵总电耗,取ηp=0.8,ηz=0.85(其中考虑变频器效率为0.9),步长按外温0.5℃取计算区间,水泵扬程按照变速运行的比例定律h1/h2=(G1/G2)2得E=4 167 408 k W·h。

与恒流量运行比较,节约电量

ΔE=7 303 200-4 167 408=3 135 792 k W·h/a,约占恒流量运行总电耗的43%。

如果电价取0.6元/k W·h计算,节约电费188万元/a。