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    浅析测量含杂质流体的时的流量计仪表选型

    发表时间:2017-11-07   点击次数:  技术支持:15601403222

    1 引言

    在冶金工业生产中,进行流量测量时,被测介质含有杂质是很常见的,由于杂质流速低于主体流速而靠近管壁流动,若使用标准孔板测量其流量,当流体流过测量管时,杂质有可能粘附在流量管和孔板上,不但影响了流体通过孔板时的流速分布,在很大程度上影响了测量精度,而且堵塞处于滞留区的取压孔,影响正常工作。
    根据资料介绍,煤气管道中的孔板表面上积垢每月约为0.5~0.62mm,主要杂质为萘及焦油。另外,由于企业生产周期长,工作又是连续的,生产一时停不下来,孔板的清扫工作常常无法进行,因此,被堵孔板的介质流量有时也只能凭以往经验进行估计,长期以去,对生产、对计量管理工作均无益处。
    千亿体育官网 本文介绍几种含杂质流体的流量测量方案,供自动化仪表设计及维护人员参考。

    2 各种测量方案的分析、应用
    2.1 采用插入式文丘里管
    插入式文丘里管系插入式节流元件,它基于伯努利方程、连续性原理及速度分布原理设计而成。当流体流经管道时,通过插入在管道轴线部位的文丘里管,其圆锥形收缩段和喉部圆管,使流束形成局部收缩,导致流速增大,在节流前后产生压力差,经取压管传输给差压仪表,在圆管内的流体介质当其处于充分紊流的条件下具有良好的轴对称流速分布时,根据速度分布原理和流场分布特性,由文丘里管测得的管道内中心流速推算出整个管道截面流量。
    它适用于测量封闭管道中的单相稳定流体(气体、烟尘)的体积流量,与别的差压式流量计相比:直管段要求较低,压力损失小,可靠性高,几乎不用维护且适用范围宽,便于安装。
    例如:邯钢900m3高炉煤气清洗系统的脱水器后高炉煤气流量检测(其工艺参数见表1),该被测介质既含水又含尘,对此,我在设计中选用了开封仪表厂生产的插入式文丘里管配上海自动化仪表一厂的1151DP-型差压变送器,1996年7月投产至今使用良好,末出现过检测元件被堵现象。武钢三炼钢厂及湘钢炼铁厂,在大口径煤气计量中也采用了插入式文丘里管,取得了令人满意的使用效果。可见,插入式文丘里管特别适用于大口径(DN≥1000mm)低压(≤0.6MPa)输送管含尘气体的计量。
    2.2 采用低压损流量管
    对于一些大管径低压力的管路需要测量其流量时,人们往往习惯于选用经典文丘里管,但它有2个不容忽视的缺点:
    (1)经典文丘里管尺寸过于庞大,特别是大管径时,管的轴向尺寸约为管内经的5倍,给运输、安装造成很大困难。在某些现场,由于管路较短,以至不可能采用经典文丘里管。
    (2)经典文丘里管取压口处测得的净压力差较小,经常不得不用微差压变送器测量,该表价格高,稳定性和精确度都不好。
    千亿体育官网 由于流量与差压的平方根成正比,在流量偏小处,很微小的差压处于不稳定和相对误差大的状态,以至使流量的测量误差更大,在某些情况下甚至达到无法接受的程度。

    表1 

    1

    千亿体育官网 流体名称

    千亿体育官网 高炉煤气(脱水之后)

    2

    大流量

    千亿体育官网 170000m3/h

    0℃ 
    760mmHg 
    状态下的值

    3

    千亿体育官网 常用流量

    千亿体育官网 150000m3/h

    4

    小流量

    千亿体育官网 120000m3/h

    5

    千亿体育官网 刻度流量

    千亿体育官网 200000m3/h

    6

    工作压力表

    9kPa 7

    7

    工作温度

    45℃

    8

    相对湿度

    100%

    9

    千亿体育官网 平均大气压

    100.7 kPa

    10

    千亿体育官网 被测介质的粘度

    千亿体育官网 0.01608mPa·s(CP)

    11

    允许压力损失

    Pa

    12

    管道直径(外径×壁厚)

    千亿体育官网 φ1820×8mm

    13

    管道粗糙度

    千亿体育官网 0.1 mm

    14

    管材线膨胀系数

    千亿体育官网 11.6×10-6 mm /mm℃

    15

    板材线膨胀系数

    千亿体育官网 16.6×10-6 mm /mm℃

    16

    等熵指数

    1.38

    17

    标准状态下介质重度

    千亿体育官网 1.334kg/m3

    18

    工作温度下饱和蒸汽压力

    0.09771 kPa

    19

    工作温度下饱和蒸汽密度

    千亿体育官网 0.06544kg/m3

    20

    千亿体育官网 节流体前后直管段

    千亿体育官网 前4.5D 后3.5D

    21

    节流件安装在管道位置

    千亿体育官网 垂直:流向自上而下

    22

    压缩系数

    1

    23

    千亿体育官网 基准温度

    千亿体育官网 273.15K

         选用低压损流量管,它与经典文丘里管相对具有以下优点:
    (1)结构尺寸较为紧凑,管的轴向尺寸约为管内径的2倍,运输、安装较为方便。
    (2)相同流量下在取压口处测得的净压力差较大,便于选用精确度和稳定性都较好的差压变送器。
    (3)净压力差相同时压力损失较小,仅为压力差的5%左右,而经典文丘里管为压力损失差的11%左右,因而有明显的节能效果,可以用于管道压力较低的场合。
    它适用的管道公称通径为150~3000mm,适用的流体介质为空气、天然气、煤气等压力损失较小的流量测量。
    在邯钢2000m3高炉工程设计中,煤气清洗系统采用了2个低压损流量管用于高炉煤气流量检测,其中一个主要工艺参数为:工作表压力0.135MPa,管径φ1420×8,允许压力损失400Pa;另一个工作表压力为0.01MPa,管径为φ1620×10,允许压力损失400Pa。在其集中制粉站项目设计中,由于工作表压力为8kPa,而要求高炉煤气压力损失仅为50~100Pa,因而采用了低压损流量管测量高炉煤气流量。

    2.3 采用偏心孔板或圆缺孔板(弦月孔板)
    偏心孔板和圆缺孔板均属于非标准节流件,目前进行现场流量测量所用的节流体在多是标准节流件。标准孔板由于孔板与管轴同心,对流动有相同的节流效果,这对测量均匀流体没什么问题,但对湿蒸汽、发生炉煤气、含水油类、含固体颗粒的气体及夹带空气的液体等,经过节流件时产生分离,沉淀在上游侧,从而改变了管道截面,影响了测量精度,严重的还会堵塞孔板,使得测量工作根本无法进行。
    偏心孔板和圆缺孔板就是为了防止上述情况而设计研究的,许多研究和实验均已表明偏心孔板和圆缺孔板用于水平管道时都有利于减轻和避免在孔板附近积聚杂质的特性,特别适用于测量湿蒸汽、发生炉煤气、含水、油、固体颗粒的气体等,偏心孔板适用的管道公称通径为100~1000mm,而圆缺孔板适用的管道公称通径为150~350mm。邯钢焦化分厂已有用圆缺孔板检测焦炉煤气流量的工程实例。

    2.4 采用涡街流量计
    涡街流量计系利用流体绕流非流线形物体时产生卡门涡街这一流体振动现象制成的流量计。这种流量计给出只与流速成正比的脉冲频率信号,而与流体的温度、压力、成分、粘度以及密度等均无关系,适用于气体、蒸汽、液体,具有测量精度高、压力损失小、量程范围宽、通用性好的特点,但涡街流量计对流体流向稳定性有较高要求,且上下游应按要求加配置直管段。
    例如:邯钢第三轨钢分厂加热炉使用高炉煤气,管道口径为φ800mm,原先采用孔板流量计,高炉煤气压力一般为5kPa左右,经孔板压力损失太大,有时会影响生产,后来决定采用插入式涡街流量计,经使用效果很好,再也没有因压力损失大而影响生产的现象。另外,高炉煤气含杂质较多,仪表在使用一段时间后,其发生体上附有瓦斯灰,但插入式涡街流量计可在不断流的情况下清洗,并且效果很好,使用方便。

    2.5 采用热式气体质量流量计
    不规则的流体分布降低了大多数流量测量系统的有效性,插入式热气体质量流量计的探头有两个传感器,一个是速度传感器,一个是用来自动补偿气体温度变化的温度传感器。这两个传感器都是基准的铂电阻温度检测器,具有无与伦比的稳定性和可重复性,其具有技术的电路将速度传感器加热到环境温度以上一个恒定的温差,然后测量气流的冷却效果,高水平电压输出提供了非常好的敏感性和可重复性,可用加热的传感器直接测量气体质量速度V,因而总的质量流量速度M可用插入式质量流量计测得的气体质量速度V乘以截面积A来得到,即M=V×A。
    热式气体质量流量计具有一体化结构设计,由于其对颗粒浮着不敏感,因而可用于各种气体,包括天然气、煤气及烟道气质量流量监测,特别适用于大管径低流速的特殊工况,无需温压补偿。其特点是:性能可靠、结构牢固、压损小、响应快、灵敏度高、量程比宽、无可动部件、安装方便且无需调试。
    千亿体育官网 自1997年开始,邯钢28m2烧结机工程40 m2电除尘除尘器出口直径为2000mm的管道上选用热气体质量流量计测量除尘器出口烟气流量以来,邯钢已有近十台的应用实例,使用效果良好,免维护,具有佳性能价格比。

    3 结束语
    千亿体育官网 综上所述,流量仪表在冶金工业中扮演着十分重要的角色,本文提供了几个切实可行的测量含杂质流体介质的方案,各有其特点,在实际工作中,应具体问题具体分析,以选择适合的测量方法。


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