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高爐煤氣計量中均速管流量計的應用分析
發布時間：2017-09-01
重慶鋼鐵集團公司高爐煤氣、焦爐煤氣的測量大多采用圓缺孔板。由于工藝的改進, 高爐煤氣的工作狀況有了較大變化, 介質溫度由過去的35℃變為130℃,流量也大幅度增加, 造成阻損過大而不能滿足生產工藝的要求。
為了減少壓力損失, 我公司選用了北京某公司生產的FJP系列測速管流量計。經過一年多的使用, 發現該套系統性能穩定, 并且由于測速管流量計的永久壓力損失約為孔板的1/50, 采用該套系統后永久壓力損失降低了2kPa。該測速管流量計由FJPE型流速測管和FJPC型測管流量計算機構成(如圖1所示)。FJPE型流速測管是FJP系列測管式流量計的傳感部分, 它將管道中某點的流體流速轉變成一個對應的差壓信號; 獨有的馬蹄形切口結構使測頭具有測量壓力損失小, 污物不易堵塞的特點; 通過測管上的吹掃接頭, 使用中一旦發生堵塞, 可以方便地使用其他氣體在線清掃, 以解決現場使用中的堵塞問題。
一、測量原理
FJPE型流速測管是依據動壓轉變靜壓原理工作的。測頭迎流面的測孔測出流體的總壓, 其背流面的測孔測出流體的靜壓。根據伯努利方程可得測量頭處流速與差壓的關系:
式中: V―――測量頭處流速, m/s; ρ―――被測介質密度 , kg/m3; ΔP―――FJPE 型 流 速 測 管 測 出 的 差 壓 , Pa;Kv―――FJPE測管儀表系數。
流量計算機接入3支測速管輸出的差壓信號, 被校阻流件輸出的差壓信號以及溫度、壓力信號, 流量計算機根據以上參數計算出實際流量值:
式中: Q―――體積流量, m3/h; α―――流速分布系數;β―――阻塞系數; γ―――截面修正系數; A―――管道公稱截面積, m2; V―――測量頭處流速, m/s。
測量頭插入管道中特定位置, 測量該處局部流速,然后根據管道內流速分布和傳感器的幾何尺寸等推算管道內的流量。為求出平均流速, 應該測量管路截面的各點流速, 并求出平均值。
用各點流速的平均值表示的平均流速為:
式中: k1~kn為各點流速系數。
儀表測出的各點差壓ΔPn與流速Vn的關系為:
顯然, 式(6) 括號中的差壓根值的平均值與差壓平均值的根值是不一樣的。因而用測得的式( 5) 差壓平均值代替差壓根值的平均值算出的平均流量值與實際值不會相符。其平均流速并不是求各個測量點流速的算術平均值, 而是應按式(6) 計算“流速”, 并乘以“具有該流速的截面積”, 求出此乘積對管路總截面積的積分, 再用管路的總截面積除此積分而得到平均流速。該測速管流量計還可把被測流體的溫度、壓力送入流量計算機進行適時補正。
二、安裝和使用
1.安裝
(1) 測量頭的迎流偏角可分為偏角和俯仰角。偏角是指繞測量頭本身軸線的轉角, 俯仰角是指測量頭與來流流線的垂直度。俯仰角用在管道基座上安裝的垂直度來保證, 一般來說, 偏角在10°內可保證儀表系數變化在允許的誤差范圍內。
(2) 應盡可能將其安裝在阻力件上游, 這樣流量系數的偏差可控制在3%以內。
(3) 若必須安裝在阻力件下游時, 如為閘閥, 應與其平行; 如為彎頭, 則應處于彎頭平面, 曲率半徑內側。在下游8D后, 阻力件的影響基本消失。
2.使用
為了保證FJP系列測速管流量計的準確度, 最好的方法還是在現場進行實流標定。然而, 盡管每支測管都由制造廠在中國氣象局的風洞中進行了標定, 給出了表系數, 但由于在風洞均勻流場下游, 不能提供多種規格、足夠長的直管段; 此外, 還由于現場管徑較大(DN1408mm) 而且標定時管路的參比條件、流體種類、環境等與實際測量的高爐煤氣不同, 特別是冶金工廠現場直管段長度不夠, 工藝條件較復雜, 管道粗糙度對流速
分布系數的影響隨使用時間改變, 很難掌握, 特別是干擾系數γ, 其定義是流量計所處管段前后阻力件之間直管段長度不足所引起的儀表系數變化的修正系數, 但此修正系數目前還缺乏成熟的試驗數據, 造成準確標定的難以實施。據有關資料顯示, 一般可在現場直接校驗確定。而現場校驗存在的問題較多, 因而難免測量中產生附加誤差。計量部門可以根據新裝并正常運行時的計量數據、生產狀況、產量等情況作為參考,
將儀表計量檢測數據升華為計量結算數據。
三、節能效果計算
以前的計量裝置為圓缺孔板:
Qmax=127710m3/h, ΔPmax=4000Pa; 管 道 工 作 壓 力10kPa, 管道直徑DN1408mm, 圓缺高度為649.6mm, h/D=0.4614, 其直徑比β=0.671, 永久壓力損失參照孔板的壓損公式:
則, ΔP=(1- 0.6711.9)×4000=2125.7Pa新安裝的測管流量計:
Qmax=139625m3/h, ΔPmax=850Pa; 壓力損失參照插入式渦街流量計的壓損公式:
則, ΔP≈ρv2=1.33×24.9=33.1Pa永久壓損的差值為:
ΔP1=2125.7- 33.1=2092.6Pa用圓缺孔板多消耗的功率(能耗計算式):
從以上計算可以看出, 將原用的圓缺孔板換為測管流量計后, 永久壓力損失比用圓缺孔板時減少了98.5%,每年節約的電費達444301元, 節能效果十分明顯。
四、結束語
FJP系列測速管流量計系統使用一年多, 未發現測管被堵塞的現象, 而且原來使用的圓缺孔板的壓力損失大大降低了, 其最顯著的特點是節能效果顯著。對管道壓力僅有10kPa的高爐煤氣來說, 換一個測管檢測裝置即可減少2kPa的永久壓力損失。儀表按工藝參數, 根據有關國際標準與建議、國家與行業標準進行溫度、壓力補償, 計量數據穩定, 滿足了工藝要求。
摘自：中國計量測控網
