塔型氣體流量計(jì)在鋼廠中的應(yīng)用
摘 要：文章介紹了幾種常見流量計(jì)應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn), 闡述了塔型 (V形錐) 流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、主要特點(diǎn)與應(yīng)用優(yōu)勢, 以及該流量計(jì)在濟(jì)鋼流量檢測中的創(chuàng)新應(yīng)用和效果, 為工業(yè)企業(yè)復(fù)雜環(huán)境下的氣體流量準(zhǔn)確計(jì)量提供參考。
0、引言：
氣體流量檢測是工業(yè)測量的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。 孔板、噴嘴等傳統(tǒng)差壓式流量計(jì)由于先天結(jié)構(gòu)的缺陷, 實(shí)際應(yīng)用效果很不理想: 如流出系數(shù)不穩(wěn)定、線性差, 易積污、壓損大、量程比小, 特別是對直管段的要求在實(shí)際使用中很難滿足。尤其是雜質(zhì)較多的混合煤氣和高溫高壓的蒸汽流量檢測一直是流量測量的難點(diǎn)。我們曾使用過孔板、 超聲波流量計(jì)、渦街流量計(jì)、威力巴流量計(jì)等測量混合煤氣和蒸汽, 但應(yīng)用效果都很不理想, 且問題頻出, 例如數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定、波動(dòng)大、 易臟污、難清理、計(jì)量異議多等。采用塔型流量計(jì) ( 又叫V形錐流量計(jì)) 后, 流量檢測取得了很好的應(yīng)用效果, 解決了困擾生產(chǎn)的諸多計(jì)量難題, 因此塔型流量計(jì)在濟(jì)鋼的應(yīng)用越來越廣泛。
1、部分常用流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：
1. 1、威力巴流量計(jì)：
威力巴流量計(jì)是一種差壓式流量檢測儀表。 其優(yōu)點(diǎn)有:
( 1) 適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng), 在干凈介質(zhì)中運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
( 2) 結(jié)構(gòu)簡單。
(3) 可在線安裝、維護(hù)。
(4) 幾乎無壓力損失。
缺點(diǎn)有:
( 1) 適應(yīng)性差, 不適合臟污介質(zhì)的測量, 取壓管路易堵塞。
(2) 不能測量雙向流和脈動(dòng)流流量。
(3) 選型條件要求嚴(yán)格。
目前, 威力巴流量計(jì)在濟(jì)鋼的應(yīng)用較少。
1. 2、渦街流量計(jì)：
渦街流量計(jì)是根據(jù) “卡門渦街” 原理制造的一種流體振蕩型流量儀表。其優(yōu)點(diǎn)有:
( 1) 適應(yīng)性較強(qiáng), 可測量一般的臟污介質(zhì)和混合氣體。
( 2) 結(jié)構(gòu)簡單, 無可動(dòng)部件。
(3) 量程下限低, 量程范圍寬。
(4) 壓力損失小。
缺點(diǎn)有:
( 1) 氣體介質(zhì)含塵、含油量大時(shí)可能導(dǎo)致旋渦發(fā)生體變形, 影響測量結(jié)果。
(2) 不能測量雙向流和脈動(dòng)流流量。
(3) 不能在線安裝。
( 4) 屬于速度式流量儀表, 需要溫度、壓力補(bǔ)償。
目前, 渦街流量計(jì)在濟(jì)鋼的應(yīng)用比較少, 其他流量計(jì)如孔板、文丘利管、噴嘴、超聲波流量計(jì)等在濟(jì)鋼的應(yīng)用也很少, 這里就不一一列舉闡述。
2、塔型流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理：
塔型流量計(jì)與其他差壓式流量計(jì)原理相同, 都遵循封閉管道中流體質(zhì)量守恒和能量守恒定律, 塔型流量計(jì)是通過管道中心軸線處的流體節(jié)流件達(dá)到流體的均速測量效果, 塔型流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1 塔型流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
塔型流量計(jì)的管道中心處懸掛著一個(gè)V形錐體 ( 也叫V錐) , 當(dāng)流體經(jīng)錐體后速度加快, 動(dòng)能增加, 這部分增加的動(dòng)能是由錐體下游靜能 ( 壓力) 的下降而轉(zhuǎn)換過來的, 即V形錐的下游會形成一個(gè)低壓帶。流體的流量與其流經(jīng)V形錐前后所產(chǎn)生的差壓形成一定的關(guān)系。這便是基于封閉管道中能量相互轉(zhuǎn)換的伯努利定理的應(yīng)用。關(guān)系如下:
基本流量方程為:
可化簡為實(shí)用流量方程:
3、塔型流量計(jì)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢：
塔型流量計(jì)與孔板、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、威力巴流量計(jì)的應(yīng)用相比, 其特點(diǎn)顯著, 優(yōu)勢明顯, 現(xiàn)將應(yīng)用情況總結(jié)如下。
3. 1、對流體的均速作用：
塔型流量計(jì)的流量測量公式與其他差壓式儀表相似, 但幾何結(jié)構(gòu)卻截然不同。懸掛在管道中的V型錐體, 迫使流體中心部分的流體包圍著V型錐體流過, 管壁附近的流速逐漸加快, 從而達(dá)到使流速 “均化”的效果。其他差壓流量計(jì)的中心處是空的, 不能使流速 “均化”。這是塔型流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一, 使得流體在低速時(shí)仍能產(chǎn)生足夠的差壓, 而傳統(tǒng)的差壓儀表可能早已不能測量。 這種幾何上的設(shè)計(jì)使其具有傳統(tǒng)差壓流量計(jì)所沒有的優(yōu)點(diǎn)。塔型流量計(jì)的信號干擾非常低, 在低流量、低差壓的情況下, 仍能保持較高的測量精度和穩(wěn)定性。
3. 2、強(qiáng)抗干擾能力：
流體在管道內(nèi)流動(dòng)遇到阻礙物會產(chǎn)生 “卡曼旋渦”現(xiàn)象, 這對于差壓式儀表屬于有害干擾, 而塔型流量計(jì)的結(jié)構(gòu)是邊壁節(jié)流, 節(jié)流件后部產(chǎn)生的干擾流分布是等量相反而相互抵消, 因此干擾很小, 這就是塔型流量計(jì)在低流量低差壓時(shí)還能保持較高測量精度和重復(fù)性的原因。
3. 3、無苛刻的直管段要求：
直管段長度的要求是制約許多流量計(jì)在現(xiàn)場應(yīng)用的關(guān)鍵問題, 塔形流量計(jì)通過中心懸掛的流線形錐體能重塑流速曲線, 在緊靠流體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi), 將流速不規(guī)則的流體直接整流成理想流體, 可以獲得很高的測量精度而不需要長直管段整流, 因此, 只需極短的直管段就能取得準(zhǔn)確的測量值, 這也是塔型流量計(jì)的***大優(yōu)勢所在。
3. 4、具有自清潔功能和防堵專利技術(shù)：
流體在管道中流動(dòng), 因管壁的阻力流體在管壁處的流速***慢, 流體中雜質(zhì)臟污顆粒容易沉積在管壁上。但當(dāng)流體接近V型錐體時(shí), 管道中央流速變慢, 管壁附近流速逐漸加快, 在到達(dá)節(jié)流件測量的關(guān)鍵部位時(shí)流速***快, 從而對管壁、節(jié)流件表面附近形成了吹掃沖刷作用, 因此雜質(zhì)不會在錐體附近沉積。這一特性決定了流量計(jì)長期使用不易堵、基本免維護(hù)。飛龍生產(chǎn)的塔型流量計(jì)由于具有可控加熱、多孔取壓和噴涂特殊材料等專利技術(shù), 因此具有極強(qiáng)的自清潔和防堵功能。
3. 5、相對壓損小：
一般流量計(jì)測量時(shí)壓力損失較大, 塔型流量計(jì)由于采用 “逐漸節(jié)流方式”工作, 完全不同于孔板等傳統(tǒng)儀表 “突然節(jié)流”的工作方式, 壓損很小, 壓力損失僅為孔板的1 /3, 比傳統(tǒng)儀表有很大的優(yōu)越性。
3. 6、耐磨損, 長期穩(wěn)定性好：
由于塔型流量計(jì)的節(jié)流錐體下游邊緣是鈍角, 流動(dòng)時(shí)形成邊界層, 使流體離開了節(jié)流緣, 帶有雜質(zhì)的流體不易磨損節(jié)流緣, 其 β 值長期不變, 使節(jié)流體無需重復(fù)標(biāo)定, 具有長期的穩(wěn)定性。而孔板等流量計(jì)投用一段時(shí)間后, 邊緣容易磨損, 導(dǎo)致 β 值改變, 出現(xiàn)測量偏差。
3. 7、適應(yīng)性強(qiáng)：
與濟(jì)鋼目前使用的其他類型流量計(jì)相比, 塔形流量計(jì)由于特殊的節(jié)流體構(gòu)造, 應(yīng)用范圍廣泛, 可測蒸汽、煤氣、各種混合氣體和其他液體等。 塔型流量計(jì)工作溫度可達(dá)500 ℃, 可測量雷諾數(shù)為8 000 – 1 × 107。塔型流量計(jì)的信號干擾非常低, 它在低流量、低差壓的情況下, 仍能保持較高的測量精度和穩(wěn)定性, 因此, 塔形流量計(jì)適應(yīng)性非常強(qiáng), 應(yīng)用也越來越廣泛。
4、塔型流量計(jì)在濟(jì)鋼的創(chuàng)新應(yīng)用：
我們對塔型流量計(jì)的安裝及取壓部分進(jìn)行了應(yīng)用創(chuàng)新, 以更好地滿足現(xiàn)場計(jì)量的需求。主要是: ( 1) 適當(dāng)縮短取壓管長度; ( 2) 蒸汽冷凝罐等采取焊接方式, 減少管件硬連接, 以適應(yīng)蒸汽高溫高壓, 杜絕蒸汽泄露, 避免儀表損壞, 保證計(jì)量精度; ( 3) 采用取壓管道傾斜安裝, 杜絕靜壓差。以塔型流量計(jì)在蒸汽計(jì)量的創(chuàng)新應(yīng)用為例, 圖2為原計(jì)量安裝方式, 圖3為創(chuàng)新后的計(jì)量安裝方式。
圖2 原來計(jì)量安裝方式
圖3 創(chuàng)新后的計(jì)量安裝方式
4. 1、創(chuàng)新應(yīng)用優(yōu)勢：
( 1) 仍保留原塔型流量計(jì)的所有優(yōu)點(diǎn), 完善部分不足之處。
( 2) 適當(dāng)縮短取壓管, 方便保溫, 壓力傳導(dǎo)快捷, 適合濟(jì)鋼流體介質(zhì)壓力波動(dòng)大的特點(diǎn), 適應(yīng)濟(jì)鋼快速自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng), 更好地滿足計(jì)量需求。
(3) 便于維護(hù), 延長變送器的使用壽命。
(4) 安裝施工方便。
( 5) 杜絕正負(fù)靜壓差。
4. 2、創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)際效果：
(1) 得到生產(chǎn)崗位操作人員的認(rèn)可。
(2) 蒸汽汽配更加合理。
( 3) 方便維護(hù)檢修。
( 4) 變送器使用壽命延長1倍。
( 5) 儀表故障率明顯降低, 流體產(chǎn)供銷數(shù)據(jù)更加平衡。
5、結(jié)束語：
塔型流量計(jì)因其具有無苛刻直管段要求、無壓力損失、具有自清潔功能、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、基本免維護(hù)等優(yōu)勢, 極大地方便了企業(yè)生產(chǎn), 滿足了生產(chǎn)計(jì)量的需要, 為企業(yè)節(jié)約能源提供了有利條件。