流量计和调节阀的智能化与优化配置

摘要：本文从技术管理角度，对冶金制造企业中流量计和调节阀的计量需求及其优化配置作了阐述，对科学、合理、经济、适用的选用流量计和调节阀有一定技术指导意义。
关键词：流量计  调节阀  优化  配置
       测量流量的方法在冶金制造业企业得到广泛应用。流量的检测由于影响因素多，设备种类五花八门，倍受自动化仪表工程人员的关注。
       根据使用目的流量仪表可分为三种情况：⑴、用于物流的核算（准确度是首位，如贸易核算）；⑵、用于检测工控系统的信号源（重复性是首位，如测锅炉风量调节燃料）；⑶、用于监测（了解工况是否正常，可靠性是首位，如企业某工序干线流量）。建设资源节约型社会、企业已提上我国社会发展日程，而作为资源节约绩效测量工具之一的流量测量装置，其科学配置与优化则是摆在冶金制造业企业面前的新课题。现试就流量计和调节阀的智能化与优化配置做一探讨。

一、流量计与调节阀的应用思考
1、流量计的应用思考
      随着测量介质种类增多的需求、材料科学的进步和制造技术的发展，各种测量原理的流量计应运而生。流量计的基础应用就是节流装置本身的原理测量与准确度；后来，随着长期大量的实验研究和现场实践的总结，发现流量测量的准确度不但与节流装置本身的原理测量与准确度有关，而且与节流装置上游直管段的长度密切相关，随之根据不同的节流装置而增加了节流装置前的直管段安装时必须大于x D的约束条件。孔板是应用比较广泛的基本流量计，优点是能适应各种流体，有国际标准可通过干标确定流量系数，缺点是不适应介质相对不洁的介质测量。大多数新一代节流式流量计都是针对孔板的缺点而改良或进步的。如涡街流量计、质量流量计、锥流量计、电磁流量计、超声波流量计、测管/弯管流量计等。
       结构日趋简洁、功能日趋完善的智能化仪表的发展目标受如下需求驱动：1）准确度提高。以适应物流的贸易核算，如气体超声波流量计。2）直管段减小。现场无法保证大多数流量仪表要求的20~30倍D直管段，而环形通道节流装置则要求较短。3）压损小。由于工程的大型化、管径日益增大，如其压损太大运行费十分可观，插入式优势明显。4）安装、维修简便。
2、调节阀的应用思考
      随着工业门类工艺需求日益多样化，各种调节阀也相继涌现。由手动调节阀为基础应用，改进变型相继出现满足多种需求的调节阀，由“粗、笨、大、高阻”转向“轻、小、精、低阻”，由直行程阀转向旋转阀，由手动阀转向电、气、电磁、智能控制阀。
3、流量计与调节阀的智能化
      智能化仪表应用微电子、计算机技术，将许多一次表的缺陷由二次表（即电子线路）来弥补，如节流装置量程比仅3:1，而采用智能式差压变送器的量程比可达几十比一。智能化仪表和装置一般具有如下特征：⑴采用‘人工智能’的理论、方法和技术；⑵具有‘拟人智能’的特性或功能；⑶能自动完成某些测量任务或在程序指导下完成预定动作；⑷具有进行各种复杂计算和修正误差的数据处理能力；⑸具有自校准、自检测、自诊断功能；⑹便于通过标准总线组成个多种仪表的复杂系统，实现复杂的控制功能，并能灵活地改变和扩展功能。　　
       而智能阀门定位器则是实现新一代智能化调节阀的关键产品。其气动执行机构具有提高输出力、动作速度和调节精确度（最小行程分辩力可达±0.05％），实现正确定位等特点，能实现分程控制、速度调节、线性、快开等功能，以及自校正、自诊断功能、故障报警及故障处理功能、多种通信支持功能等，它与智能变送器一起将促使过程控制向现场总线控制系统（FCS）进展。
  

二、流量计、调节阀的优化配置
      在建设资源节约型企业过程中，作为流量资源消耗绩效测量手段的流量计和调节阀，本身还应优化配置，以减少资源损耗、提升资源利用效率。
1、流量计的选择原则
　　据资料介绍，美国对一千台流量仪表进行调查，选择不当占40%以上；选择合适，安装不当又约40% 。由于影响流量检测的因素较多（工艺要求，流体特性，安装维修，价格……），流量计选型时一般考虑如下需求：⑴、本单位的测量精确度需求；⑵、测量过程允许的压力损失；⑶、输送流体测量管道管径、直径比和雷诺数范围的限制条件；⑷、测量要求的最短直管段长度；⑸、现场安装及其维护的方便性；⑹、流量计的可靠性、稳定性；⑺、对被测介质洁净程度的要求及其抗侵蚀、磨损性能；⑻、溯源的可行性及经济性。
      其选型时可依据国家标准GB/T 2624-93(或国际标准ISO 5167-1)的规定，了解有关应用管径、直径比和雷诺数范围相关的限制。也可根据用途而有不同侧重进行选型（如果用于计量数据目的则可选用准确度较高的；若用于工控系统检测目的则可选用重复性好、安装维修简便、节能的）。
2、调节阀的选择原则
      在价格适宜且满足计量需求条件下选择：⑴、结构相对简化、重量较轻便、安装所需空间小、方便现场安装的；⑵、采用流路设计和定量设计的；⑶、结构组合化、功能较完善的；⑷、旋转型、阻力小、结构简单、重量轻、体积小且密封性严密的。⑸、智能化调节阀，以利于测量过程控制；⑹、专用系统要选择满足其特殊需求的（如耐腐蚀/耐磨损/低噪声/速动型/超小型等）。
3、流量计的优化配置
      实践中，厂商仅仅重视插入式仪表本身的生产与校验，而忽视了它的应用条件；企业使用者往往注意到理论上的需求符合，而忽视了具体的优化配置。
⑴流量计前直线段的优化配置
      节流件上下游直管段，包括节流件夹持环及使用时的流动调整器，可依国标GB/T 2624-93的规定，确定直管段管道内径、直管段的直度和圆度、直管段的必要长度、节流件夹持环、流动调整器。
⑵流量计的压力损失优化配置
      在满足计量需求的前提下，选取节流件前后压差最小的流量计，以减少流体在通过流量计时的压力损失和流量损失。这一点，在现实应用中往往被忽略。济钢计量处在高炉冷风输送管道优化配置气体流量计，减少了气体通过流量计的压损、提高了单位时间供风量，促进炉况顺行，取得可观经济效益。
4、调节阀的优化配置
       对流量计而言，调节阀是管道的一部分。管道的影响表现在它的直管段长度及内径，前者体现在流速分布上节已讨论，而内径的测量误差对流量准确度的影响将数倍于输出差压的测量误差。
调节阀的优化配置是在满足流量计流畅的前提下，通过各种调节阀的对比、计算，选取调节可靠、灵活、开量最大的调节阀，验证管道内流体速度变化带来的压力波动，以寻求流体通过调节阀时的最少压力损失和流量损失。

三、流量计和调节阀测量系统的优化配置
       应用流量计和调节阀的目的是趋近于真实地反映某生产工序消耗特指流体的数量，但该测量手段在完成计量任务的同时，受其结构原理的影响不可避免地也带来被输送流体的压力损失和流量损失。按照系统的观点，在流量计和调节阀组成的测量系统中，仅有流量计的优化配置或仅有调节阀的优化配置，还不能说该测量系统已是优化配置了；还必须进行流量计与调节阀的系统寻优。如何将测量过程中的系统压力损失和流体流量损失减少到最低限度，正是我们在以往工作中所欠缺而在创建资源节约型企业过程中必须加以思考和实践的新课题。可逐次深入：
1、在工程设计阶段，企业的计量技术人员应在联合审核工程设计图纸时，根据生产工艺需求参数，对设备和管道选型进行理论推导与计算。
2、在日常测量设备的安装维护中，注意技术资料特别是实际安装技术记录资料和维护技术资料的保存和梳理。
3、注意学术交流、讲座、报刊杂志相关技术资料的收集和梳理。
4、分别建立流量计的压损和流量损的数学模型、调节阀的压损和流量损的数学模型，进而进行整合建立流量计与调节阀组成系统压损合流量损的模拟数学模型。
5、创建流量计与调节阀流体测量系统寻优软件，以指导寻求流量计与调节阀的最佳组合配置。