Emerson的Rosemount Annubar技术通过在严苛的液体、蒸汽和气体应用场景中提供可靠的流量测量，帮助保留宝贵的工艺能量。
差压（DP）流量测量仍是发电领域应用最广泛的技术之一，其原理是利用安装在管道内的一次元件所产生的压差。目前市场上存在多种差压测量技术，它们在精度、压力损失、安装要求和成本方面各有优劣。其中，平均皮托管因其极低的永久压力损失（PPL）以及在大直径管道中的经济性，正获得越来越广泛的应用。
与单点皮托管不同（单点皮托管仅测量单一位置的流速，因此在非理想流动条件下精度容易下降），平均皮托管通过分布在管道直径多个位置的测压孔整合压力测量数据。这种设计在大管径及非理想流动条件下能够提高测量精度，同时相较传统差压一次元件（如流量喷嘴或孔板），可保持较低的永久压力损失。
传统流量测量的现代化解决方案
差压流量测量需要在流动介质中制造一个限流结构。传统方法通常采用孔板等一次元件，通过制造限流来产生可测量的压差。孔板流量计因其结构简单、性能可靠、精度高而被广泛使用。然而，制造这种限流结构会永久性地从工艺流程中消耗能量。每损失一磅每平方英寸（psi）的压力，都代表着电厂此前通过泵、风机或蒸汽发生过程已经付出代价产生的能量。一旦这部分压力在一次元件上被消耗掉，就无法恢复，也无法再用于推动流体流动、传递热量或支持下游工艺过程。
在蒸汽管路中，这还意味着输送给涡轮机的可用能量减少，从而提高热耗率。为维持所需的运行条件，损失的压力必须通过额外的泵送或风机动力来补偿，这会增加厂用电耗、燃料消耗以及电厂净热耗率。实际上，永久压力损失不仅减少了可用的有效能量，还会在设备使用寿命期间持续产生能量代价。在许多应用场景中，消除这种能量损耗足以抵消安装Rosemount Annubar流量计的初始投资（图1）。
图1. Rosemount Annubar利用分布在管道直径上的多个测压孔，捕捉具有代表性的平均流动截面数据。通过测量冲击压力（高压）与滞止压力（低压）之间的差值，该设备能够提供精确的流量测量，同时对工艺流程的干扰降到最低。图片来源：Emerson
许多电力应用场景——例如循环水和冷却水、蒸汽管路、燃烧空气、烟气以及燃气轮机进气管道——都涉及大直径管道，在这些场景中，最大限度地降低压力损失对于降低运营成本至关重要。随着管径的增大，集成式Annubar流量计相较传统差压解决方案的吸引力也随之提升。传统方案需要切割管道、焊接法兰并安装脉冲管路，这增加了采购和安装的复杂性以及维护需求。
相比之下，集成式Annubar流量计将平均皮托管（APT）一次元件与差压变送器结合为一个完整的、工厂组装完成的解决方案，从而简化了安装和调试流程。此外，在大直径管道系统中，安装成本往往较高，而要获得精确的测量结果，通常需要在流量计上下游保留较长的直管段。与许多传统流量技术不同，Annubar的多点设计能够对管道截面的流动数据进行平均处理。这降低了其对弯头、挡板、阀门以及其他上游管道或风道所造成的流动干扰的敏感性，使其能够在较短的直管段要求下实现精确测量，并提供更大的安装灵活性。
Rosemount 485 Annubar一次元件具有独特的T形轮廓（图2），其设计旨在恶劣工艺条件下提供可靠性能。其平直的迎流前缘能够形成稳定的冲击压力区域，将颗粒物引离测压槽，从而降低堵塞风险，并在含有飞灰等悬浮颗粒物的应用中保持测量准确性。
图2. 通过最大化可测量差压并最小化永久压力损失，Annubar的T形设计提供了可靠的流量测量能力，同时降低了全生命周期的能源成本。图片来源：Emerson
与依赖单一低压测压孔（易受污染和流动干扰影响）的传统APT设计不同，Annubar采用多个滞止测压孔。这种设计提升了测量精度，增强了信号稳定性，并使Annubar相比圆柱形结构对流动不规则性更不敏感。在气体和蒸汽应用中，内置的热电偶套管允许在组件内部直接安装电阻式温度检测器（RTD），从而在与流量测量相同的位置提供精确的工艺温度测量。通过将流量和温度传感功能整合到单一管道穿孔点，集成式485 Annubar流量计简化了安装流程，减少了泄漏点，降低了安装成本，并通过更精确的温度补偿提高了质量流量测量精度。
针对主蒸汽管路等更为严苛的应用场景，用于严苛工况的Rosemount 585 Annubar一次元件（图3）将Annubar技术扩展到锅炉或余热锅炉（HRSG）与蒸汽涡轮机之间存在的高温、高压、高流速工况。其坚固的结构专为严苛工况设计，同时保留了直接流量测量、低永久压力损失以及易于安装等Annubar技术的核心优势。
图3. 用于严苛工况的Rosemount 585 Annubar一次元件专为主蒸汽工况及其他关键应用设计。图片来源：Emerson
虽然传统差压或其他流量技术在小管径场景下可能更为实用，但随着管径的增大，Annubar的优势会显著增加。随着管径增大，安装成本降低与能量损失减少的综合效果使Annubar的成本效益愈发突出（图4）。
图4. 随着管径增大，传统孔板的设备成本以及永久压力损失导致的能量损耗不断攀升，使其总安装与运行成本迅速上升。而Rosemount Annubar的低永久压力损失设计可大幅降低全生命周期成本。图片来源：Emerson
Annubar尤其适用于大直径管道、电厂辅助系统和公用工程系统、蒸汽分配网络、循环水和冷却水系统，以及风道或烟道中的燃烧空气或烟气流量测量。Annubar可适用于直径达96英寸的管线，在安装条件受限、压力损失或管径限制了其他流量技术可行性的应用场景中，是一种高效且经济的解决方案。
Annubar通过其插入式设计简化了安装流程，仅需单一管道穿孔，而无需切割管道、安装法兰及铺设大量脉冲管路。多种安装配置方式提供了安装灵活性，包括法兰式、Pak-Lok压缩式以及Flo-Tap可回收式设计，以适应不同的工艺条件和管道要求。
Flo-Tap设计可在带压状态下进行安装或回收，无需停机。该方案无需配备短管段，但Emerson也提供可直接替换安装的短管段选项。这些安装方式共同降低了工程复杂性，缩短了停机时间，并相较传统差压流量计设计降低了总安装成本（图5）。
图5. Rosemount 4051SFA Annubar流量计将Rosemount 485 Annubar一次元件与Rosemount 4051S差压变送器及内置温度测量功能整合为一个紧凑的组件。通过将变送器直接安装于传感器上，该集成式解决方案消除了传统差压流量计安装中常见的脉冲管路需求。图片来源：Emerson
为在实践中展示这些优势，以下三个发电厂案例研究展示了Annubar流量计如何在提升测量性能的同时，降低安装、维护及全生命周期成本。
优化燃烧空气流量控制
某燃煤电厂致力于提高燃烧效率、减少排放并降低燃料消耗，但一直缺乏可靠的燃烧空气流量测量方法。此前，操作人员只能根据引风机（ID）性能曲线来估算风量，误差范围达±25%至30%。在平衡通风的煤粉锅炉中，燃烧空气由送风机（FD）和一次风机（PA）提供。送风机的空气作为二次燃烧空气输送至炉膛，而一次风机的空气则用于干燥和输送煤粉至燃烧器。
引风机位于炉膛下游，负责将烟气抽出锅炉并排入烟囱，维持炉膛微负压状态。因此，送风侧风机（FD/PA）负责燃烧空气输入，而引风机负责排出烟气。工程师在通过平衡空气流量、燃料流量、烟气含氧量和烟囱排放来优化燃烧过程时，由于缺乏精确的风量测量，限制了其对工艺过程的精确控制能力，难以实现锅炉的最佳性能。
主燃烧空气入口通过一个4英尺×5英尺的风道输送，这给流量测量带来了重大挑战。电厂需要一种精确且经济的方法，能够在不显著增加压力损失的前提下，测量这一大截面面积的风量。更为复杂的是，该风道中存在多个弯头且直管段有限，导致流动截面存在严重干扰，使传统的点测量技术难以可靠使用。要获得精确的风量测量结果，需要一种能够在整个风道截面上进行平均测速，同时保持低永久压力损失的技术。
Emerson工程师推荐采用一对Rosemount 485 Annubar一次元件，作为解决该难题的经济高效方案。两个传感器相互平行安装在风道的短边方向上，使其能够采集较大范围的流速截面数据。通过对多个测压点的压力数据进行平均处理，即使在风道多个弯头及有限直管段造成流动干扰的情况下，Annubar仍能提供具有代表性的流量测量结果。
由于该安装位置无法提供通常实现充分发展流动截面所需的直管段长度，且该4英尺×5英尺大风道截面上存在显著的流速变化，Emerson还建议进行皮托管截面扫描测试，以描绘流动截面特征。工程师使用单点皮托管在风道内多个位置、多种运行工况下进行流速测量，绘制出详细的风量分布图。
随后，利用这些数据建立了针对该安装场景特定的流量系数（K系数），以考虑该特定安装条件所带来的独特影响。通过将双Annubar安装方案与流动截面特性分析相结合，该电厂实现了约±5%的风量测量精度，相较此前±25%至30%的估算误差有了显著提升。凭借可靠的风量数据，工程师得以更有效地优化空气与燃料配比，提高燃烧效率，并降低排放。
凭借改进后的数据，电厂取得了诸多积极成效。
保留主蒸汽压力
在一家电厂的联合循环升级改造项目中，主蒸汽管路上的传统流量喷嘴被替换为用于严苛工况的Rosemount 585 Annubar一次元件流量计。此举的主要驱动因素是维护便利性的提升以及永久压力损失的显著降低。与流量喷嘴不同——流量喷嘴拆卸困难，且维护时通常需要对短管段进行改造——Annubar传感器可以更方便地插入和拔出，从而降低了维护复杂性和停机时间。
然而，最显著的收益在于永久压力损失的降低。原有的流量喷嘴造成约8.2 psi的蒸汽永久压力损失，而Annubar将这一数值降至仅0.73 psi，改善幅度超过11:1。由于蒸汽压力代表着电厂此前已经付出代价生成的能量，保留这部分压力意味着有更多能量可用于驱动涡轮机，从而改善热耗率和净输出功率，而不是在流量计处白白损耗。
运行一年后，客户测算得出，永久压力损失的降低通过发电量增加和效率提升，带来了约43,000美元的年度节约（图6）。
图6. 该项目实现了不到一年的投资回收期，充分证明了在高能量蒸汽应用中最小化永久压力损失所带来的经济价值。此外，简化的维护和安装流程使传感器的插入和拆卸更加便捷，无需像流量喷嘴那样进行昂贵的管路改造。图片来源：Emerson
地方蒸汽分配系统
一家向附近工业园区供应蒸汽的发电厂，需要一种精确可靠的方法来测量蒸汽质量和能量流量，以用于计费级结算。其客户按用量付费，这就要求计量系统能够获得供需双方的认可，作为计费的有效依据。随着蒸汽分配网络在规模和复杂性上不断扩大，如何在保持测量精度的同时降低压力损失和安装成本，成为日益严峻的挑战。
此前，该电厂一直使用自行设计的差压流量计，但由于脉冲管路频繁泄漏，这些设备的维护成本很高。这些流量计安装在客户现场，往往距离电厂数英里之远，因此实时传输用量数据依赖于长距离且维护成本高昂的线缆。鉴于精确的蒸汽能量测量对客户计费的重要性，该公用事业公司决定对服务全部20家客户的整体基础设施进行现代化改造，以提升可靠性、精度以及长期运行效率。
为应对这些挑战，Emerson工程师开发了一套综合计量解决方案，核心是Rosemount 3051SFA多变量流量计。这种集成化设计消除了此前频繁引发维护和可靠性问题的脉冲管路，同时提供了蒸汽能量计算所需的流量、压力和温度精确测量数据。剩下的挑战是如何在不依赖大量线缆基础设施的前提下，从分布在整个工业园区的客户现场采集数据。
通过加装Emerson Wireless 775 THUM适配器，实现了WirelessHART无线通信，与集中式网关相连，从而消除了对线缆的需求。每套计量装置将Rosemount 485 Annubar一次元件与Rosemount 3051S多变量压力变送器相结合，在单一设备中测量差压、静压和工艺温度，并在变送器内部以每秒22次的频率动态计算蒸汽质量流量。
所有测量数据均通过单一WirelessHART信号传输，并经由通用无线分组业务（GPRS）传送至该公用事业公司的分布式控制系统（DCS），构建了一套稳健的无线蒸汽计量网络，且基础设施和维护需求极低。通过整合全部20家客户的实时流量和能量消耗数据，该公用事业公司获得了对蒸汽分配情况更强的可视化能力，提升了计费准确性，并增强了对蒸汽能源资源的整体管理水平。
评估流量测量方案的选择
在分析流量测量解决方案的全生命周期成本时，终端用户不仅应考虑初始采购和安装成本，还应考虑与永久压力损失相关的持续能源成本。尽管大多数流量测量类型都无法完全避免一定程度的压力损失，但选择能够最大限度减少流动干扰的技术，可以在设备使用寿命期间显著降低运营支出。本文介绍的应用案例表明，Rosemount Annubar流量计在提供精确可靠流量测量的同时，还能降低安装复杂性、维护需求以及能源消耗。
由于其固有的低管道阻塞特性，Rosemount Annubar流量计在替代传统技术时能够显著提升系统效率。通过保留本应在限流式一次元件上损耗的宝贵流体和蒸汽能量，Annubar降低了燃料消耗、泵送及风机动力成本以及整体运营支出。这些能源节约效果，加上简化的安装流程和降低的维护需求，往往能够带来大幅降低的总体拥有成本，同时帮助电厂改善热耗率并实现净输出功率的最大化。
——Kassandra McDougall是Emerson的全球产品经理，负责管理Emerson的差压流量产品组合。
