氧流量表

渦街流量計基于卡曼渦街測量原理，主要用于測量工業管道內氣體、液體、蒸氣等流體的流量，渦街流量計的特點是壓力損失小，量程范圍大，無可動機械零件，因此可靠性高,維護量小，可以在-20℃～+350℃溫度范圍內工作，應用廣泛。

工作原理：

在流體中設置非流線型旋渦發生體（阻流體），則從旋渦發生體兩側交替地產生兩列有規則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖所示。

旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列，設旋渦的發生頻率為f，被測介質來流的平均速度為V，旋渦發生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，根據卡曼渦街原理，有如下關系式:
f=StV/d

式中：

f－發生體一側產生的卡門旋渦頻率

St－斯特羅哈爾數（無量綱數）

V－流體的平均流速

d－旋渦發生體的寬度

由此可見，通過測量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時流量。

技術參數：

測量范圍：

外形尺寸：

安裝要求：

一、安裝環境要求：

1．盡可能避開強電設備、高頻設備、強開關電源設備，儀表的供電電源盡可能與這些設備分離。

2．避開高溫熱源和輻射源的直接影響，若必須安裝，須有隔熱通風措施。

3．避開高濕環境和強腐蝕氣體環境，若必須安裝，須有通風措施。

4．渦街流量儀表應盡量避免安裝在振動較強的管道上，若必須安裝，須在其上下游2D處加設管道緊固裝置，并加防振墊，加強抗振效果。

5．儀表建議安裝在室內，安裝在室外應注意防水，特別注意在電氣接口處應將電纜線彎成U形，避免水順著電纜線進入放大器殼內。

6．儀表安裝點周圍應該留有較充裕的空間，以便安裝接線和定期維護。

二、管道安裝要求：

1．渦街流量儀表對安裝點的上下游直管段有一定要求，否則會影響介質在管道中的流場，影響儀表的測量精度。

2．上、下游配管內徑應相同，如有差異，則配管內徑Dp與渦街儀表表體內徑Db，應滿足以下關系：

0.98Db≤Dp≤1.05Db，上、下游配管應與流量儀表表體內徑同心，它們之間的不同軸度應小于0.05Db

3．儀表與法蘭之間的密封墊，在安裝時不能凸入管內，其內徑應比表體內徑大1-2mm

4．測壓孔和測溫孔的安裝設計，被測管道需要安裝溫度和壓力變送器時，測壓孔應設置在下游3-5D處，測溫孔應設置在下游6-8D處。

氧氣側吹直接煉鉛還原爐的自動化控制：

氧氣側吹直接煉鉛還原爐自動化控制分四個方面:爐體、配氣、配料、煙塵回收。由于國內氧氣側吹直接煉鉛的企業不多,自動化控制方案無太多經驗可借鑒。經過半年的探索與實踐,兩次開爐,從失敗到成功,我們從中獲得大量寶貴經驗。

底吹爐產生的高鉛渣在氧氣側吹爐中進行還原,產出粗鉛、爐渣和含鉛鋅煙氣。

含鉛的煙塵返回側吹還原爐的配料倉。配料工段將返料、石灰石、煤,通過稱量按給定的比例送到總皮帶運輸機。如此配制的的爐料送到爐上的加料口,在預定的時間段內將規定數量的上述物料通過加料口連續加到爐渣熔體的表面。

在加入爐料和煤的同時爐體下排風嘴向爐渣熔體送入含氧約60%的鼓風(工業氧與空氣的混合氣)助燃和產生氣泡加速爐內化學反應;爐體上部風嘴送入二次風(空氣),使有害氣體充分燃燒。

文章側重介紹在爐體、配氣和配料系統自動化控制方案實施中遇到的問題與解決方法。

1 配氣系統

配氣系統自動控制包括壓縮空氣、氧氣、二次風及壓縮空氣和氧氣的混合氣的壓力與流量控制。配氣系統簡圖如圖1。

據工藝要求:

(1)由氣站送來的氧氣和壓縮空氣經減壓閥減壓后壓力都需穩定在0.2MPa左右;

(2)富氧混合氣的氧濃60%左右,壓力0.12MPa左右,流量達到4000Nm3/h;風嘴壓力0.08—0.09MPa。

其中(1)、(2)分別涉及減壓閥和流量計的選型。

1.1 減壓閥選型

安裝使用的智能壓力電動減壓閥。智能壓力電動減壓閥根據閥后壓力與設定壓力值0.2MPa相比較,進行PID自動調節,控制閥門開度,使閥后壓力穩定在0.2MPa。但閥門開閉時間較長,反應緩慢。當閥后壓力劇變,如所需富氧空氣減少、放空等,重新調節壓力穩定在0.2MPa整個過程大約2min。加之廠內供氣源壓力低,約0.36MPa(氣源壓力一般穩定在1.2MPa),壓力不能迅速補充,也增加了調節壓力的過程。

經研究后,減壓閥更換自力式減壓閥,型號ZZYP-16B。其原理為閥前壓力P1經過閥芯、閥座的節流后,變為閥后壓力P2。P2經過管線輸入上膜室內作用在頂盤上,產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡,決定了閥芯、閥座的相對位置,從而控制閥后壓力。

自力式減壓閥無需外加能源,能在無電無氣的場合工作,既方便又節約能源。采用橡膠膜片式壓力檢測,執行機構精度高;而且采用壓力平衡的工作原理原理,減壓閥反應靈敏。即便閥后壓力劇變,也能夠迅速使壓力穩定在0.2MPa,確保安全生產。

1.2 流量計選型

安裝使用的渦街流量計。渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的。hualu/華陸渦街流量計流量計算公式為:

式(1)中,f為旋渦的釋放頻率,單位為Hz;v為流過旋渦發生體的流體平均速度,單位為m/s;d為旋渦發生體特征寬度,單位為m;A為流體流過旋渦發生體的截面積。除f外均為已知,可得,流量q與旋渦的釋放頻率f正相關。

但安裝完成投入使用時,現場管道振動大,傳感器不能準確測量旋渦的釋放頻率,進而不能達到流量計量的目的。

經研究將hualu/華陸流量計更換為V錐型流量計。它利用V錐體在流場中產生的節流效應,通過檢測上下游壓差來測量流量。V錐型流量計流量計算公式為:

式(2)中,K為常數,無量綱,因不同流量計而異;Y為氣體膨脹系數,無量綱,在非壓縮應用時Y=1;ρ為流體密度;ΔP為P1-P2。

由式(2)可知流體流量與差壓ΔP相關。能夠在一定程度上克服現場振動帶來的不利影響。開爐后實際使用效果理想,能夠準確計量。

2 爐體

爐體的自動控制系統主要包括水套溫度、熔池溫度、爐渣溫度、風嘴壓力的監測與控制。

2.1 水套溫度監測

還原爐的爐身由銅質水套圍成矩形,靠銅水套工作面上形成的冷凝爐渣層來抵御爐渣的沖刷和腐蝕。銅水套溫度不能太高,否則會燒壞水套,所以水套溫度監測非常重要。一般維持在30-50℃之間。其檢測方法為在水套出水管上安裝熱電阻,溫度信號傳至中控室,遠程監測,報警等。熱電阻型號WZPK-334 Pt100l=150,4,1Cr18Ni9Ti材質,螺紋安裝,方便維護。同時在水套出水管上安裝雙金屬溫度計,便于現場觀察監測。每個水套出水管上安裝兩個溫度檢測元件,增加準確性和可靠性。

2.2 爐渣溫度監測

爐渣溫度一般控制在1100℃。溫度檢測采用的一次性熱電偶,型號分度號KW-602P,L850mm,測量時間4-6s。溫度顯示儀型號SJBG-2000,0-1600℃,LED顯示,具有遠程功能,在中控室能夠觀察并記錄下每次渣溫測量的時間與溫度。

2.3 爐缸溫度監測

還原爐內隨著鋅的揮發,鉛及其氧化物也揮發進入煙塵。如果爐內溫度嚴格控制在1150-1200℃,鉛的揮發率就不會太高。爐內溫度檢測儀表設計選型S分度熱電偶,WRP430,L/l=760/610;1060/910;*,

16,316護套。

熱電偶安裝在保溫磚下,實際測量溫度并非爐內溫度。正常開爐時,溫度只有450℃左右。而且爐內鉛熔融體會滲入保溫磚與熱電偶護管的縫隙而流出,不利于生產。目前各企業側吹爐內溫度控制都憑操作工的經驗。

3 配料系統

定量給料皮帶秤的控制系統是一個由稱重傳感器和變頻調速器所組成的串級控制系統。其原理為,物料設定值與實際值相比較,對其偏差進行比例積分運算后輸出4~20m A直流信號至變換器,變換后的信號作為變頻調速器的速度設定值。變頻調速器輸出相應頻率的電流控制皮帶秤電動機轉速使皮帶輸送量達到設定值。

3.1 皮帶秤調試

皮帶秤的選型對使用精度有重要影響,如何進行設計選型請參見文獻[3]。

皮帶秤按照廠家要求安裝,各項指標均符合要求(水平度≤3/1000;皮帶張力適度等)。

參數設置完畢,三臺皮帶秤分別進行多次校驗,均以2.5t/h給定量為校驗數據表如表1。

表中瞬時顯示值:中控室DCS系統瞬時流量顯示,t;累積顯示值:中控室DCS系統顯示累計重量,t;理論值:設定流量2.5t/h×時間,t;實際值:實際物料重量,t;測量.

由表知,一次校驗相對誤差較高。經處理發現,皮帶秤在低速下運行時計量精度低。通過調節料斗下部的導料溜板與皮帶面的距離(通常在10-15mm),防止運轉時皮帶劃傷及向外撒料的同時控制進料量大小使皮帶秤在合適的速度下運行,提高了控制精度。二、三次校驗誤差都較低,精度明顯提高,誤差在允許范圍之內(電子皮帶秤精度通常在1-3%)。由于校驗時間較短,皮帶秤啟動到調節穩定需要一定時間,所以誤差偏高,若穩定長期運行,皮帶秤精度會更高。

3.2 程序調試

根據皮帶秤控制目標:

(1)各物料有累積值顯示,便于統計用料。

(2)皮帶秤在物料達到設定的重量時自動停止,實現定量給料。

中控室DCS控制系統編程如圖2。

4 結語

氧氣側吹直接煉鉛法具有投資少、流程快、設備簡單、易于操作、生產成本低、各種有價金屬和煙氣SO₂回收率高等特點,正在積極推廣應用。目前,側吹爐還原高鉛渣工藝改造替代燒結—鼓風爐工藝的項目已成功運行,但自動化控制水平仍有許多可提升和需要提升的空間。