新型流量計在本鋼煤氣計量中的應用

李光遠，張 凱

(本溪鋼鐵公司計控廠，遼寧 本溪117002)

利用差壓原理進行流量測量是當今世界上最可靠的流量測量方式之一，代表產(chǎn)品孔板、噴嘴，他們有著悠久的歷史，人們對它的安裝、使用和檢修都非常熟悉。流量測量系統(tǒng)由節(jié)流裝置、差壓變送器以及流量積算儀等二次儀表組成。

隨著電子技術的突飛猛進，變送器、積算儀等二次儀表的準確度、靈敏度發(fā)生了質的變化，達到了極高的水平，尤其是進口變送器以其穩(wěn)定、精確基本達到了免維護的程度。

1 新老流量計在實際應用中的對比

長期以來，節(jié)流裝置(孔板、噴咀、文丘利管)因適用于多種流體(氣體、液體、蒸汽)，且耐高溫高壓，在許多行業(yè)多采用它用以監(jiān)測流量參數(shù)。對于這種量大面廣的儀表，國際標準化組織“封閉管道中流體流量測量專業(yè)委員會”(ISOTC30)極為重視，制定了節(jié)流裝置流量測量標準ISO5167，并根據(jù)使用中出現(xiàn)的問題不斷進行修改、完善。我國的節(jié)流裝置國家標準(GB/T2624－93)與其接軌，也等效采用ISO5167。其涉及到流量計部分修改的主要內(nèi)容;對節(jié)流裝置(孔板、文丘利管)上游所要求的直管段普遍提出了更長的要求;ISO5167新標準對孔板前直管段長度的要求增大了4～17D。這個長度在工程實施中存在相當大的難度。流量儀表在工程中的應用，不外乎以下幾種情況:(1)能源計量，進行成本的核算，準確度是首要的，如直管段達不到標準要求，直接影響到準確度的下降;(2)工藝流程的監(jiān)測;主要了解工藝流程是否正常，可靠性是主要的;(3)工控系統(tǒng)中的檢測環(huán)節(jié)，作為調(diào)節(jié)的依據(jù);用于(2)、(3)種情況還可考慮，而第(1)種情況則難以選用。而本鋼面對不斷激烈的市場競爭，內(nèi)部管控不斷升級，降能源成本是其降本增效的有效措施，廠際間能源消耗計量的精準性是其作為考核的主要依據(jù)。所以，孔板、噴咀、文丘利管老式節(jié)流裝置已不能滿足現(xiàn)實廠際間成本核算。以畢托巴為巴類代表的流量計在本鋼實際應用中既保證了精準度又克服了直管段的不足，在現(xiàn)場實際應用中，通過風洞實驗對流體力學的研究，對不同管道流速分布建立實驗仿真模型，形成一個龐大的改良數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同工況，自動生成流量校正參數(shù)，形成實際的線性度和誤差。

畢托巴流量計系統(tǒng)構成圖

流體計量不僅僅在直管段方面要求提高了，在本鋼實際生產(chǎn)環(huán)境中，煤氣分高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣及混合煤氣，各種介質組分不同。在工況條件下，為了提高量程比及精確度，孔板等節(jié)流裝置只有不斷增加節(jié)流面積。流體通過面只有四分之一到三分之一，由此帶來的弊端也隨之體現(xiàn):焦爐煤氣含焦油等成分比較大，在節(jié)流件的作用下，流速降低了、損耗增加了、節(jié)流件前后掛垢現(xiàn)象特別明顯。曾在連軋中修時拆下的煤氣管道，由于焦爐煤氣含焦油成分雜質的掛垢使原本DN600管道流通面積大大減少，影響了廠礦正常生產(chǎn)，且這種影響技術工作人員不易察覺，只一味的要求提高管網(wǎng)壓力，對于運行成本及管網(wǎng)的安全性影響不小。

本鋼礦渣廠、磁材廠位于興安地區(qū)，屬于管網(wǎng)末端，管網(wǎng)壓力本身就比主管網(wǎng)壓力低，通常只有3～4kPa左右，原本安裝的孔板在生產(chǎn)不緊張的時候壓力損耗、流速損耗不太明顯，而在冬季，解凍庫等取暖設備開始使用煤氣的時候，由于節(jié)流件的阻塞，動力損耗已經(jīng)影響到生產(chǎn)的質量，甚至管網(wǎng)壓力在1kPa左右，為了防止明火倒灌管網(wǎng)而停氣，這將會導致企業(yè)停產(chǎn)。

經(jīng)過節(jié)流件管道內(nèi)的靜壓分布

以畢托巴為巴類代表的流量計，插入式探頭的截面呈一條線，而非孔板等是一個面，這樣基本不會引起管道橫截面收縮，壓損可以降到忽略不計。同時，其獨特的曲面，具有流體加速和尖銳的高低壓分界點。流體經(jīng)過曲面加速段的加速，到分界點時，流速提高了幾倍。尖銳的分界點形成了真空，在前后取壓孔產(chǎn)生了明顯的壓差，在不影響壓力損失的同時測量精確度也大大提高。

由于畢托巴流量計特殊的設計，擺脫了孔板等流量計傳感器易堵的弊端，傳感器前部形成高壓區(qū)，壓力略高于管道靜壓，阻止了顆粒進入，在傳感器的高壓取壓孔流體的速度是零，沒有物體會進入取壓孔。在剛開機運行時，流體在管道靜壓作用下，進入導壓管，很快形成了壓力平衡狀態(tài)。當壓力平衡狀態(tài)形成后，流體在導壓管進口遇到高壓，繞道而行，不再進入導壓管中。而灰塵、雜質、焦油等在渦街力作用下，集中在傳感器的后部，加上自身重力作用下自然下落，阻止了顆粒及油污的進入。這種設計從本質上防止了堵塞并且能產(chǎn)生一個非常穩(wěn)定的取壓信號。

傳統(tǒng)計量儀表的安裝需要在停產(chǎn)時進行安裝調(diào)試操作，而對于本鋼這種特大型企業(yè)來說停產(chǎn)安表在大部分工況下是達不到的，這就造成了新上表沒機會上，表壞了沒法維修。此時計量只有靠經(jīng)驗，在高爐休風、部分停產(chǎn)檢修時的計量就容易出現(xiàn)異議，而畢托巴在生產(chǎn)運行的主管道上安裝流量計無需停產(chǎn)而直接可以在線開孔，且由于開孔室在完全封閉的空腔內(nèi)進行，刀具切削的過程與空氣隔絕，對介質的開孔作業(yè)具有可靠的安全保障。

在儀表維護方面，只要離加壓機有一定距離且管道無振動現(xiàn)象，變送器可以安裝在管道取壓口上部，縮短了導壓管的長度，在冬季大大減少了維護工人的工作量;由于畢托巴具有反吹掃裝置，可實現(xiàn)在線疏通、在線吹掃。提高了儀表的可靠性，降低了維護工作量。

2 經(jīng)濟效益

以DN350管徑、壓力7kPa，溫度25℃，密度1.293kg/m3流量2 970Nm3/h為例，畢托巴傳感器所產(chǎn)生的差壓為0.202kPa。畢托巴傳感器所產(chǎn)生的壓損:0.03(壓損系數(shù))×0.202=6.06×10－3kPa;如果使用孔板測量，在同樣條件下孔板的壓差為1kPa，孔板所產(chǎn)生的壓損:0.5(壓損系數(shù))×1=0.5 kPa。

從以上計算看，兩者的耗能比為1.21∶100，每年光是煤氣能耗損失的電費就相差幾千元，如果是蒸汽等管網(wǎng)壓力大的介質，能耗損失的電費能相差幾萬元。

3 結語

新型儀表從誕生到廣泛使用需要經(jīng)過各方面的檢測，在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)實踐中，能使準確度、量程比、安裝維護都向著理想狀態(tài)提高的設備，應該大力推廣，只有設備性能良好、運行穩(wěn)定，生產(chǎn)質量才能逐步提高，對改善經(jīng)濟技術指標有著重大意義。