渦街流量計(jì)在貴溪冶煉廠的優(yōu)化應(yīng)用

帥煒俠

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠內(nèi)測(cè)量蒸汽流量大部分使用的是羅斯蒙特公司的渦街流量計(jì)，其測(cè)量不帶溫壓補(bǔ)償功能，輸出結(jié)果為蒸汽體積流量，無法直接輸出質(zhì)量流量信號(hào)。而根據(jù)國家規(guī)定，能源統(tǒng)計(jì)熱力方面，其計(jì)算方法是根據(jù)鍋爐出口蒸汽和熱水的溫度壓力在焓熵圖（表）內(nèi)查得每千克的熱焓減去給水（或回水）熱焓，乘上鍋爐實(shí)際產(chǎn)出的蒸汽或熱水?dāng)?shù)量（流量表讀出）計(jì)算。其簡(jiǎn)單的換算方式為：1t標(biāo)煤產(chǎn) 29302/（2802-436）=12.38t蒸汽是按照100% 熱效率得出的（實(shí)際上是不可能的），其所需的是質(zhì)量單位。為此，將渦街流量計(jì)［1］輸出體積流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成質(zhì)量流量是有必要的。

2 渦街流量計(jì)原理

我廠測(cè)量蒸汽用主要用渦街流量計(jì)測(cè)量［2］。渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門（Karman）渦街原理研究生產(chǎn)的測(cè)量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。如圖1，在流體前進(jìn)的方向上放置一個(gè)非流線型的物體，在一定的條件下可以在物體后面得到穩(wěn)定的漩渦列，通過測(cè)量出漩渦列的頻率就可以得到流體的速度從而得到其體積流量［3］。

圖1 渦街流量計(jì)原理圖

隨著時(shí)代的發(fā)展，目前的渦街流量計(jì)都能輸出質(zhì)量流量，只是根據(jù)廠家型號(hào)不同，有的渦街流量計(jì)內(nèi)置溫壓補(bǔ)償裝置，儀表內(nèi)部就能進(jìn)行體積/質(zhì)量轉(zhuǎn)換，能顯示輸出質(zhì)量流量到系統(tǒng)中；不帶溫度補(bǔ)償?shù)臏u街流量計(jì)，只能通過在流量計(jì)中設(shè)置固定的工況介質(zhì)密度來實(shí)現(xiàn)固定補(bǔ)償將體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量后輸出。

3 公式原理

理論上介質(zhì)的質(zhì)量流量等于體積流量與密度的乘積，如果使用不具有溫度補(bǔ)償功能的渦街流量計(jì)測(cè)量流量，同時(shí)又要得到質(zhì)量流量，需要通過在流量計(jì)中設(shè)置固定的工況介質(zhì)密度來實(shí)現(xiàn)固定補(bǔ)償將體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量后輸出，或者流量計(jì)輸出體積流量，在DCS中輸入固定的密度進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到介質(zhì)的質(zhì)量流量。但由于負(fù)荷的變化，飽和蒸汽壓力可能存在大幅波動(dòng)，采用這種方式得到的質(zhì)量流量，與實(shí)際流量會(huì)有較大的偏差。

飽和蒸汽壓力-密度-溫度對(duì)照關(guān)系如表1。

表1 飽和蒸汽溫度密度壓力對(duì)照表

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，飽和水蒸汽密度與壓力及密度的關(guān)系［4］如表2。

表2 飽和水蒸汽密度與壓力及密度關(guān)系表

根據(jù)工廠正常生產(chǎn)時(shí)，低壓鍋爐房給工藝蒸汽壓力不會(huì)低于0.2MPa不會(huì)高于1.6MPa。在這個(gè)壓力范圍取5個(gè)點(diǎn)根據(jù)公式計(jì)算，參照對(duì)應(yīng)表確認(rèn)準(zhǔn)確度，見表3。

表3 計(jì)算密度與表密度對(duì)比

經(jīng)確認(rèn)，壓力越低則相對(duì)誤差越大［5］。從圖2中可以看出，工廠正常生產(chǎn)時(shí)在這區(qū)間內(nèi)的均相對(duì)誤差在允許范圍之內(nèi)。

圖21 #鍋爐給工藝蒸汽管道壓力趨勢(shì)圖

4 DCS編程

一般情況下，蒸汽的質(zhì)量流量只考慮壓力或者溫度補(bǔ)償之中的一種，飽和蒸汽就只用當(dāng)前壓力下的密度就行了，再根據(jù)質(zhì)量流量＝密度×體積流量，就能計(jì)算出工況下的質(zhì)量流量。

工廠內(nèi)低壓鍋爐房出來的蒸汽為飽和蒸汽，裝渦街流量計(jì)的管道上前后至少有1個(gè)壓力表，同時(shí)x信號(hào)均進(jìn)DCS同一控制柜，則默認(rèn)同一管道上流量計(jì)壓力測(cè)量位置一致。

假設(shè)蒸汽總管流量計(jì)FI4670，蒸汽總管壓力PI1010根據(jù)上面的公式，在和利時(shí)MACSV系統(tǒng)［6］中編寫程序，同時(shí)增加中間點(diǎn)變量Z1010為密度，F(xiàn)I4670H為蒸汽總管流量，單位為t/h。根據(jù)蒸汽總管壓力PI1010就能計(jì)算出的質(zhì)量流量。

工廠正常生產(chǎn)時(shí)低壓鍋爐房壓力范圍在0.6MPa與0.9MPa之間，不會(huì)低于0.4MPa。壓力為0.2時(shí)用Z=-1.25x2+5.745x+0.0281計(jì)算結(jié)果為1.1271，則把壓力為0.2以下時(shí)默認(rèn)密度取固定值1.13，方便計(jì)算。然后編寫程序如下：

最后根據(jù)流量計(jì)參數(shù)4～20mA中對(duì)應(yīng)單位體積流量量程，體積流量×密度/1000=質(zhì)量流量，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)質(zhì)量流量，圖3為換算示意圖。

圖3 體積質(zhì)量換算示意圖

最后在DCS畫面上引用FI4670H就能顯示蒸汽體積流量對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流量，同理，所需的累計(jì)質(zhì)量等數(shù)據(jù)就能根據(jù)FI4670H計(jì)算出來。

5 結(jié)束語

類似渦街流量計(jì)的體積流量計(jì)，都能利用同一蒸汽管道上的壓力表進(jìn)行換算，在DCS系統(tǒng)中算出相應(yīng)的質(zhì)量流量，而不用更換新的設(shè)備，這是渦街流量計(jì)利用DCS系統(tǒng)功能的一種優(yōu)化應(yīng)用。