智能插入式工況流量計在高爐煤氣上的應(yīng)用分析

李燕平，朱 林

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南271100）

1 前 言

作為鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，能源消耗在生產(chǎn)成本中的比例高達20%～40%。現(xiàn)在的鋼鐵生產(chǎn)已成為微利行業(yè)，外部市場的利潤越來越低，因此企業(yè)開展內(nèi)部挖潛，向內(nèi)部要效益、降成本成為企業(yè)管理的重要內(nèi)容。高效利用能源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是泰鋼集團近年來的管理重點。在生產(chǎn)和經(jīng)營管理過程中，更好地實施能源介質(zhì)的合理調(diào)配、精準地核算生產(chǎn)成本，需要準確的能源計量數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。如果沒有準確可靠的能源計量數(shù)據(jù)，能源管理和節(jié)能工作將失去可靠、準確的指導(dǎo)方向，造成能源浪費，增加生產(chǎn)（消費）成本。因此，作為各單位重要能源消耗的高爐煤氣，其準確計量數(shù)據(jù)成為各單位成本核算的重要依據(jù)。由于高爐煤氣的大管徑、低流速、易堵塞、直管段不足和含有濕氣等問題，對高爐煤氣的計量帶來不利影響，因此采用可實現(xiàn)數(shù)字化分析和工況標定智能插入式工況流量計，可以有效降低不利影響，從而提高煤計量的精度。

2 高爐煤氣總管計量現(xiàn)狀及計量問題分析

煉鐵兩座1 780 m3高爐，其產(chǎn)生的高爐煤氣經(jīng)過TRT降溫降壓后，由管道輸送至各個單位。高爐煤氣主管上最初安裝均速管類流量計（德爾塔巴流量計），由于現(xiàn)場高爐煤氣含粉塵、積水，造成均速管類流量計的取壓孔、取壓管產(chǎn)生堵塞，流量計無法正常使用。現(xiàn)場實施過反吹掃，但由于均速管類流量計正壓側(cè)開孔過多，導(dǎo)致反吹掃時只要吹開一個孔，其余孔因泄壓而無法吹掃開。后來又采用氣體超聲波流量計，但由于高爐煤氣在TRT發(fā)電停用后重新恢復(fù)時煤氣溫度超過100 ℃，超出超聲波流量計的溫度適用范圍，煤氣計量不能正常進行。此外，高爐煤氣含濕問題一直沒有得到有效解決。高爐煤氣總管流向見圖1。

圖1 高爐煤氣總管流向示意圖

1#高爐的煤氣計量存在的主要問題：1）煤氣壓力波動導(dǎo)致煤氣流量波動，根據(jù)現(xiàn)場提供的數(shù)據(jù)可知，壓力波動范圍為10～20 kPa；2）高爐煤氣含濕問題對計量有影響，經(jīng)過測試，高爐煤氣含濕對計量可以造成百分之十幾以上的影響；3）TRT機組停止運行重新恢復(fù)前，煤氣溫度迅速升高（可達100 ℃以上），導(dǎo)致之前安裝的超聲波流量計超出適用范圍（不超過90 ℃），無法正常工作；4）高爐煤氣含有粉塵，之前安裝的均速管流量計經(jīng)常堵塞，而均速管流量計由于取壓結(jié)構(gòu)原因，無法徹底吹掃；5）現(xiàn)場直管段約為10D，導(dǎo)致一般廠家的流量計無法滿足直管段要求。

3 高爐煤氣總管計量改造實施

1）壓力波動問題。煤氣壓力波動會導(dǎo)致流量波動，從而引起量程比的變化。根據(jù)上述分析，1#高爐的煤氣流量量程比為3.5∶1，屬于流量計可接受范圍，只要在現(xiàn)場配合溫度、壓力補償措施，可消除壓力波動帶來的氣體密度變化，通過選擇合適的流量傳感器，可以達到良好的計量效果。

2）高爐煤氣含濕問題。采用具有溫度、壓力、濕度實時補償?shù)闹悄懿迦胧焦r流量計，該流量計將溫度、壓力、濕度集中在智能插入式工況流量計傳感器中，不需要現(xiàn)場額外提供溫度、壓力、濕度等傳感器，不需要現(xiàn)場額外多開孔。

3）煤氣在非正常工況下溫度過高問題。在流量計選型的時候，應(yīng)該選擇耐溫能力強的流量計。因公司整個高爐煤氣管道串聯(lián)，無法停氣，只能選擇在線的插入式流量計。

4）高爐煤氣含有粉塵問題。粉塵容易對流量計傳感器造成堵塞，導(dǎo)致壓力無法正常傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致流量無法正常測量，此時應(yīng)選擇適合機械設(shè)計合理的防堵性流量計。均速管類流量計由于其正負壓側(cè)取壓孔太小，且無法將粉塵排出等（末端封閉）原因，不適合用在1#高爐煤氣總管等含粉塵的場合。其次，為了進一步防止粉塵堵塞，建議在選擇的流量計上帶上反吹掃裝置，改變傳統(tǒng)流量測量裝置分散安裝模式，減少安裝帶來的測量誤差。

5）針對1#高爐煤氣總管直管段不夠的問題，選擇了對直管段要求較短的插入式流量計，同時配合工況校準儀的工況校準，可以達到良好的計量效果。根據(jù)流場分布情況，采用了帶反吹掃功能的智能單點插入式工況流量計，并確定最終流量計安裝位置，如圖2所示。為了避免高爐煤氣總管上方氧氣管的影響，安裝插入式流量計時，將角度進行了稍微傾斜。

圖2 1#高爐煤氣總管流量計安裝位置

4 實施效果

1）按照現(xiàn)場給定的流量100 000～350 000 m/h進行工況標定，獲得工況條件下的流量計精度為1.0級，滿足了現(xiàn)場計量的需求，各工況對應(yīng)的差壓及系數(shù)如表1所示。

表1 1#高爐煤氣總管工況線性度

2）智能插入式工況流量計自投入使用以來，數(shù)據(jù)一直很穩(wěn)定。通過對煤氣產(chǎn)生量、冷風(fēng)量、噴煤量等相關(guān)因素的數(shù)據(jù)比較，各參數(shù)間數(shù)據(jù)變化趨勢一致，真實地反映出了高爐煤氣的產(chǎn)生量，使用效果良好。

5 結(jié) 語

智能插入式工況流量計解決了溫度過高、直管段不夠長、濕度大等因素帶來的不利影響，使得外供煤氣計量的數(shù)據(jù)能夠更精確地反映實際情況。這些參數(shù)的變化通過工況校準儀進行自適應(yīng)匹配，讓不同流量范圍的計算后臺對應(yīng)各自的計算公式，達到了較為可靠的管網(wǎng)平衡，提高了公司高爐煤氣計量的精度，為公司生產(chǎn)能源有效調(diào)度和能耗核算奠定了堅實的基礎(chǔ)。