彎管與孔板流量計(jì)在工業(yè)煤氣計(jì)量中的應(yīng)用探討

彎管與孔板流量計(jì)在工業(yè)煤氣計(jì)量中的應(yīng)用探討
        1　前言
        冶金工業(yè)煤氣中含有大量的粉塵、水、焦油和萘, 測(cè)量計(jì)量冶金工業(yè)煤氣的流量設(shè)備運(yùn)行狀況不好, 是國內(nèi)外測(cè)量計(jì)量領(lǐng)域中*的難題。目前, 對(duì)冶金工業(yè)煤氣的測(cè)量計(jì)量, 使用較多的是孔板流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和渦節(jié)流量計(jì)。相比之下, 孔板流量計(jì)相對(duì)穩(wěn)定, 使用也更為廣泛。但是, 孔板流量計(jì)使用過程中因有大量雜質(zhì)堆積, 焦油和萘附著在孔板流量計(jì)的測(cè)量刀口上、導(dǎo)壓管上, 易造成堵塞及凍管現(xiàn)象。近年來, 彎管流量計(jì)在冶金工業(yè)煤氣計(jì)量中得到應(yīng)用, 取得了較好的使用效果。筆者對(duì)八鋼冶金工業(yè)煤氣流量計(jì)量中使用孔板流量計(jì)和彎管流量計(jì)的狀況進(jìn)行分析, 以供同行參考。
        2　工作原理
        2. 1　彎管流量計(jì)的工作原理
        彎管流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì), 其差壓的產(chǎn)生是靠流體流經(jīng)彎管時(shí), 由于彎管的約束和彎管管壁的導(dǎo)流作用, 使流體在彎管內(nèi)作近似于圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生慣性離心力, 該離心力的大小與流體的流速、流體質(zhì)量( 密度) 以及做圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑等因素有關(guān)。在彎管的內(nèi)側(cè)流速會(huì)逐步增大, 而外側(cè)流速卻逐步減小, 形成了各個(gè)過流面的近似梯形速度分布, 這種梯形分布狀態(tài)在彎管45°截面處達(dá)到極限狀態(tài)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律, 流體在管道中流動(dòng)時(shí), 相同過流斷面各元流質(zhì)點(diǎn)的能量不變, 各質(zhì)點(diǎn)流速的變化形成了彎管內(nèi)的外側(cè)壓差△P , 進(jìn)而方便地測(cè)量出管道內(nèi)流體的流速和流量值。
        2. 2　孔板流量計(jì)的工作原理
        當(dāng)氣體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件板片時(shí), 流體在節(jié)流件板片前后形成壓差, 致使氣體在管道內(nèi)的流速增加, 靜壓力下降。氣體的流量增大時(shí), 產(chǎn)生的壓差值也隨著增大, 根據(jù)流動(dòng)連續(xù)性方程( 質(zhì)量守恒定律) 和伯努力方程( 能量守恒定律) , 測(cè)量出節(jié)流件板片差壓值的大小, 計(jì)量出氣體流量值。
        3　性能比較
        在冶金工業(yè)煤氣測(cè)量計(jì)量中, 彎管流量計(jì)較孔板流量計(jì)具有許多*性。
        3. 1　節(jié)能效果好
        彎管流量計(jì)因其*的測(cè)量原理, 沒有其他流量計(jì)必須具備的節(jié)流件或插入件, 限度地減低了因計(jì)量檢測(cè)器具帶來的流體在管道內(nèi)的壓力損失, 減少了加壓設(shè)備的投入和加壓設(shè)備的電能消耗。由于孔板流量計(jì)是利用對(duì)流體節(jié)流裝置施行節(jié)流產(chǎn)生的差壓來測(cè)量流體流量, 流體在孔板上存在壓力損失, 因此使用時(shí)為了保證孔板流量計(jì)的測(cè)量精度, 在選定孔板流量計(jì)的工作壓差時(shí)都取高壓差值。通常情況下, 該節(jié)流壓力損失( 稱為不可恢復(fù)壓力損失) 可達(dá)孔板運(yùn)行流量下產(chǎn)生壓差值的30%～ 70%( 與孔板的..值有關(guān)) 。
        3. 2　設(shè)備使用狀況較好
        冶金工業(yè)煤氣中, 含有大量的粉塵、水、焦油和萘, 使很多流量測(cè)量計(jì)量設(shè)備不能正常工作。彎管流量計(jì)的特殊結(jié)構(gòu)和導(dǎo)壓管上的三通閥可在正常工作狀態(tài)下清除傳感器的堵塞附著物, 實(shí)用便利, 在現(xiàn)場(chǎng)試用4 年來從未發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
        3. 3　彎管流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
        彎管流量計(jì)的彎管傳感器, 是一個(gè)90°的標(biāo)準(zhǔn)彎管, 內(nèi)部沒有任何節(jié)流件和插入件, 是測(cè)量元件中簡(jiǎn)單實(shí)用的測(cè)量件。隨著機(jī)械加工業(yè)的快速發(fā)展和高精度數(shù)控機(jī)床用于機(jī)械加工業(yè), 彎管流量傳感器的加工精度不斷提高, 質(zhì)量越來越好。彎管流量計(jì)的直管段要求前5D, 后2D, 孔板流量計(jì)的直管段要求D, 后5D 。彎管流量計(jì)的重復(fù)性好, 可達(dá)0. 2%。
        3. 4　彎管流量計(jì)適應(yīng)性強(qiáng), 量程范圍寬
        彎管流量計(jì)在高溫、高壓、沖擊、振動(dòng)、潮濕、粉塵等惡劣環(huán)境條件下, 優(yōu)于孔板流量計(jì), 震動(dòng)和沖擊對(duì)彎管流量傳感器的正常工作幾乎沒有影響, 高溫、高壓對(duì)彎管流量計(jì)來說只要采用與工藝管道相同的材質(zhì), 就可以解決。
        彎管流量傳感器的幾何尺寸幾乎沒有限制, 管徑的大小從幾十毫米到2m 以上, 只要彎管的彎徑比符合規(guī)定要求, 都可以做為傳感器進(jìn)行流量測(cè)量。彎管流量計(jì)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)在高溫、高壓狀態(tài)下( 高溫蒸汽、高溫水) 的流量計(jì)量, 可降低能源損耗, 降低壓力損失, 提高供熱效率。彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)10∶1, 孔板流量計(jì)的量程比一般為3. 5∶1。
        3. 5　彎管流量傳感器的耐磨性好
        因彎管流量傳感器的特殊結(jié)構(gòu), 內(nèi)部沒有任何節(jié)流件和插入件, 固彎管流量傳感器幾乎不存在磨損, 是保證彎管流量計(jì)長(zhǎng)期運(yùn)行精度不變的重要條件。孔板流量計(jì)入口邊緣尖銳度對(duì)磨損十分敏感, 只要有微量的磨損, 就會(huì)直接影響到測(cè)量精度, 在氣體的長(zhǎng)期高度沖刷下, 也會(huì)使孔板開孔直角入口的邊緣很快鈍化, 使測(cè)量精度系統(tǒng)發(fā)生變化造成誤差。
        3. 6　彎管流量計(jì)安裝方便, 維護(hù)量小
        彎管流量計(jì)具有良好的耐磨性, 長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性和可在線進(jìn)行清污等特點(diǎn), 可采用直接焊接的方法進(jìn)行安裝, 避免了流量測(cè)量裝置現(xiàn)場(chǎng)跑、冒、滴、漏, 令人頭痛的問題, 降低了安裝費(fèi)用。由于彎管流量計(jì)一次測(cè)量件長(zhǎng)期運(yùn)行無磨損件, 大大降低了維護(hù)費(fèi)用, 幾乎是免維護(hù), 一般可達(dá)到被測(cè)氣體管道的使用壽命。孔板流量計(jì)的插入件和節(jié)流件容易堵塞, 附著臟物, 影響測(cè)量準(zhǔn)確性。為保證孔板流量計(jì)的測(cè)量精度, 必須經(jīng)常進(jìn)行拆除檢查清污, 這樣頻繁的拆裝、檢查、清污維修, 在連續(xù)作業(yè)的冶金企業(yè)難以做到, 特別是對(duì)在較大管道上的孔板流量計(jì)就更難以做到, 可見在工業(yè)煤氣計(jì)量中具有多種不確定因素影響測(cè)量誤差。
       3. 7　彎管流量計(jì)不易凍管
        孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、工作原理達(dá)到的測(cè)量精度, 節(jié)流件起到了決定性的作用。節(jié)流件對(duì)氣體在管道的流動(dòng)具有非常大的阻力, 一般只能利用輸氣管道截面的1/ 3, 大量潮濕含水的氣體在節(jié)流件截面上形成了大量的水珠, 遇冷后結(jié)霜、結(jié)凍堵管。為解決煤氣供應(yīng)的凍管問題, 必須給每套孔板加裝保溫伴熱裝置, 來保證新疆地區(qū)5 個(gè)月的冬季運(yùn)行。表2 為孔板流量計(jì)運(yùn)行費(fèi)用。
        彎管流量計(jì)由于特殊結(jié)構(gòu)和安裝的多樣性( 水平轉(zhuǎn)水平, 水平轉(zhuǎn)垂直向下, 垂直向下轉(zhuǎn)水平, 垂直直管, 水平直管等安裝方式, 見圖3) , 可以有效防止煤氣計(jì)量中凍管的發(fā)生, 節(jié)省熱能源和運(yùn)行費(fèi)用。
        4　應(yīng)用對(duì)比
        盡管孔板流量計(jì)在工業(yè)煤氣測(cè)量計(jì)量中存在不少缺點(diǎn), 但是孔板流量計(jì)仍是測(cè)量計(jì)量行業(yè)使用廣泛的一種流量計(jì)量裝置, 它已有100 多年的歷史, 經(jīng)過各國科學(xué)工作者潛心研究, 個(gè)流量測(cè)量節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167 在1980 年頒布實(shí)施, 經(jīng)過多年的發(fā)展ISO5167 在1993 年、2003 年分別進(jìn)行了改版, 使孔板流量計(jì)更具有完備的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范, 得到了計(jì)量管理部門檢定許可。彎管流量計(jì)在工業(yè)測(cè)量計(jì)量中的優(yōu)勢(shì)已凸顯, 但也需要不斷改進(jìn): ( 1) 彎管流量計(jì)對(duì)低壓低流速的流體不易測(cè)量; ( 2) 彎管流量計(jì)只能在帶有彎管的管道上安裝, 具有一定的局限性; ( 3) 在氣體的測(cè)量時(shí)取壓截面上的密度變化難以修定。
        5　結(jié)束語
        用于各類流量測(cè)量計(jì)量設(shè)備很多, 實(shí)踐證明, 在選擇測(cè)量計(jì)量器具的過程中, 要高度關(guān)注被測(cè)量介質(zhì)的多變性, 工藝參數(shù)的準(zhǔn)確性, 使用環(huán)境的特殊性及整體系統(tǒng)考慮的科學(xué)性, 并不是說流量測(cè)量計(jì)量設(shè)備的價(jià)格越高越好, 也不是精度越高越好, 關(guān)鍵是要達(dá)到被測(cè)介質(zhì)數(shù)據(jù)真實(shí)所需。為此, 工程技術(shù)人員在選擇流量測(cè)量設(shè)備時(shí)要遵循合理、正確、綜合系統(tǒng)的原則: ( 1) 滿足基本功能; ( 2) 避免采用模擬信號(hào)傳輸?shù)南到y(tǒng); ( 3) 既要考慮未來的更新和發(fā)展, 又要與原系統(tǒng)匹配; ( 4) 根據(jù)需要確定精度等級(jí)、價(jià)格性能比; ( 5) 既要考慮安裝、維護(hù)的便利性, 又要注重后期維護(hù)費(fèi)用和可檢定的可行性。