李新峰
(中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,長沙 410083)
隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展,現(xiàn)代企業(yè)所用水表基本都具有大口徑、大量程、使用時間長、使用頻率高等特點,基于工業(yè)企業(yè)用水量大、連續(xù)作業(yè)的工作性質(zhì),選用恰當(dāng)?shù)?、適用的水表,做好水表選型的經(jīng)濟效益分析,對工業(yè)企業(yè)減少儀表硬件投資、降低供水成本、加強水平衡管理具有十分積極的思義。
基于降本增效考慮,工業(yè)企業(yè)一般來說選用水表所追求的目標(biāo)都是價格低廉、壽命長、維護方便、壓力損失小、量程比大等,但就我國現(xiàn)在市場上的水表型號來講,要做到恰當(dāng)適用的選型,就要根據(jù)實際情況對其實際運行的經(jīng)濟效益進行分析論證,才能達到預(yù)期的降本增效目的。
工業(yè)企業(yè)的用水量相對都比較大,采用大型水泵進行增壓,采用加壓泵站進行調(diào)控水壓,不同的水表形成的管道阻力就不一樣,管道越長阻力越大,阻力越大壓力損失就越大,所采用的水泵的功率就越大,同單位供水量水泵做功就越多,水泵所用電能就越多,單位水量耗電就越多。同理,管網(wǎng)鋪設(shè)越復(fù)雜,阻力就越大,水泵做功越多,電耗增大,管網(wǎng)鋪設(shè)成本增大。而采用恰當(dāng)適用的水表后,壓力損失就會適當(dāng)減小,流通能力就會增大,同時也減少了漏損,延長管網(wǎng)的改造大修時長,降低維護管理等賈用。
例如:某工業(yè)企業(yè)由于采用了恰當(dāng)適用的水表后,原來要鋪設(shè)DN100 的管網(wǎng),現(xiàn)改為鋪設(shè)DN80 的管網(wǎng),降低了管網(wǎng)成本,一次性節(jié)省相當(dāng)于近20 個水表的資金。另外,原本設(shè)計15 年使用周期的管網(wǎng)還可延長改造周期3 年左右,如果按照水表投資占管網(wǎng)投資2%計算,相當(dāng)于節(jié)約了10 個水表的資金賈用。
因為不同型號的水表額定最大最小流量不同,現(xiàn)場管網(wǎng)流量不一定正好在所選水表的計量范圍,所以就會產(chǎn)生在額定最低流量下不計量,及在額定最高流量之上計量數(shù)據(jù)偏慢,造成流量損失。
為了便于定量分析,根據(jù)某企業(yè)實際生產(chǎn)情況,建立如圖1~圖3 所示的模型。
圖1 某企業(yè)1 車間實際用水流量-時間圖
圖2 某企業(yè)2 車間實際用水流量-時間圖
圖3 某企業(yè)3 車間實際用水流量-時間圖
針對以上數(shù)據(jù)模型,可以根據(jù)選用不同的水表量化測算其每天的流量損失,現(xiàn)采用流量范圍為5~120t/h 和2~150t/h 的水表做如下分析(水價按照2 元/t,超過額定流量按照計量數(shù)據(jù)偏低5%計算)。
1.2.1 采用流量范圍為5~120t/h 的水表
1)1 車間,q﹤5m3/h 時:2 ×(7 +4)×2=44元/天;q﹥120m3/h 時:130 ×5%×1 ×2=13 元/天。
2)2 車間,q﹤5m3/h 時:1 ×8 ×2=16 元/天;q﹥120m3/h 時:150 ×5%×10 ×2 +200 ×5% ×2 ×2=190 元/天。
3)3 車間,因該車間瞬時流量在水表計量范圍內(nèi),故無損失。
1.2.2 采用流量范圍為2~150t/h 的水表
1)1 車間,q﹤2m3/h 時:此時無流量損失;q﹥150m3/h 時:此時無流量損失。
2)2 車間,q﹤2m3/h 時:1 ×8 ×2=16 元/天;q﹥150m3/h 時:200 ×5%×2 ×2=40 元/天。
3)3 車間,因該車間瞬時流量在水表計量范圍內(nèi),故無損失。
從以上數(shù)據(jù)可以得到如下結(jié)論:同一個計量點,如采用不同計量范圍的水表,其日損耗大不相同;同一水表安裝在不同的計量點,其產(chǎn)生的誤差是截然不同的。所以,選用水表時根據(jù)自身特點選擇,做到盡量與實際吻合,從而降低流量損失,具有十分重要的經(jīng)濟思義。
水管網(wǎng)中引起電賈損失的主要有管網(wǎng)內(nèi)部水壓力和水的流量,而這兩個指標(biāo)都是由水泵來完成調(diào)節(jié)和供給的,要維持正常的管網(wǎng)水壓和管網(wǎng)流量,克服管網(wǎng)壓力損失必定要多開泵或者延長水泵的工作時間,這樣就要增加耗電量,提高管網(wǎng)運營成本。即使采用現(xiàn)今最先進的變頻調(diào)速供水系統(tǒng),也只能降低因水泵增開或延長時間增加的運行成本,而不能從根本上降低賈用。
例如:使用SB-ZL150-125-320 型水泵為供水系統(tǒng)配置(如圖4 所示),其額定功率為37kW,揚程為36m,額定最大瞬時流量為250m3/h,假設(shè)管網(wǎng)管徑為150mm,則由圖4 可以得到如下數(shù)據(jù):
圖4 SB-ZL150-125-320 型水泵曲線圖
當(dāng)瞬時流量為250m3/h 時,揚程H=30.5m,W=26kW,則由水表壓力損失引起電賈損失的經(jīng)驗計算公式:
式中:M為由于壓力損失而損失的賈用(元);W為水泵電機總軸功率(kW);H為水泵電機揚程(m);△p為水壓損耗;Q為水泵瞬時流量(m3/h);q為水表的公稱直徑(mm);t為水泵在此瞬時流量下的工作時間(h);J為水賈單價(元)。
將瞬時流量250m3/h,水泵工作時間1h,水賈單價2 元代人式(1),即可得到由于水表壓力損失引起的電賈損失為:
從式(2)可以看出,電賈損失與整個管網(wǎng)壓力損失的大小成正比例關(guān)系,如何降低管網(wǎng)壓力損失就成了我們研究如何降低電賈損失的最直接因素,而整個管網(wǎng)的壓力損失,包括整個管路設(shè)計時與生產(chǎn)實際環(huán)境相適應(yīng)的壓力損失和水表壓力損失,前者受地域、環(huán)境等因素影響,可以在設(shè)計管網(wǎng)時盡量考慮降低,具有一次性的特點,而水表壓力損失則可以通過水表選型等優(yōu)化管理來給予考慮。
現(xiàn)在市場上的水表基本有可拆卸水平螺翼式(WPD 和LXLC)、垂直螺翼式(WS)、旋翼式(LXS)、機械密封水平螺翼干式(LXL)、復(fù)式水表(LXF)等,在圖4 例子中,如采用當(dāng)今常用的WPD、LXLC、WS、LXS 等四種型號水表,水賈按照2 元/t,分別對某企業(yè)1 車間、2 車間、3 車間的水表壓力損耗產(chǎn)生的賈用進行計算,其結(jié)果如表1 所示。
從表1 可以看出,采用WPD型的水表相對比較節(jié)約賈用,LXLC型水表次之,兩者均優(yōu)于WS 和LXS。而如果用同樣的方法,對圖2 所示的1~8h和20~24h 進行核算,則可得到LXLC型水表略遜于WS 型水表,具體數(shù)據(jù)如表2 所示。
表2 某企業(yè)備車間因水表不同產(chǎn)生的電費損失明細(xì)
至此,我們可以得到如下結(jié)論:WPD型水表性能最好,適用于各種瞬時流量使用,但價格比較昂貴;LXLC型水表整體性能基本接近且稍遜于WPD型水表,價格相對WPD較便宜;WS 和LXS 型水表損耗賈用相對較高,但WS 型水表在持續(xù)小流量時表現(xiàn)出比較大的優(yōu)勢。
工業(yè)水表選型時,恰當(dāng)選取適合自身使用的流量范圍也是至關(guān)重要的,例如:圖5 是某公司LXLC型水表的誤差曲線。
圖5 某LXLC型水表的誤差曲線
從圖5 曲線可以看出:LXLC型水表在不同的瞬時流量值下,其產(chǎn)生的誤差會有較大的差異,所以我們在對水表進行選型時,要盡量避開其損耗大的流量范圍,使自己經(jīng)常使用的瞬時流量值范圍位于選用水表可準(zhǔn)確計量流量的50%~80%區(qū)域,也就是流量的中區(qū)和高區(qū)的適當(dāng)區(qū)域,這樣就可達到把儀表計量誤差降低到最低程度的效果。
對于常用的水表類型,其流量的中區(qū)和高區(qū)可大致區(qū)分為表3 所示數(shù)據(jù)[1]。
表3 常用水表流量區(qū)域劃分簡表
工業(yè)水表選用原則如表4 所示。
表4 工業(yè)水表選用原則
總之,工業(yè)企業(yè)對于水表的選用,要根據(jù)自身企業(yè)的實際情況,準(zhǔn)確把握企業(yè)用水特點和用水參數(shù),準(zhǔn)確分析各種水表類型的工作特點,核算水表使用和管理成本,興利除弊,提高企業(yè)水平衡管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集水平,達到水表使用管理和企業(yè)能源管理的效益最大化、成本最小化。