王在君

(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司)

回爐煤氣流量的測量方法改造

王在君＊

(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司)

從適用和使用角度對原來采用的孔板流量計進(jìn)行改造,并分析了孔板和背靠背防堵系列畢托巴流量計的工作原理、節(jié)能原理,達(dá)到滿足生產(chǎn)要求和節(jié)能要求。

流量測量 孔板流量計 畢托巴流量計 改造

0 前言

回路煤氣流量是炭化爐操作需要控制的重要參數(shù),正確測量炭化爐回爐煤氣流量是炭化爐平穩(wěn)運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。傳統(tǒng)的回爐煤氣流量測量儀表主要采用孔板節(jié)流裝置和差壓變送器配合使用?？装迨搅髁坑嬕话闶艿焦r條件的因素影響,如節(jié)流件加工精度、測量壓差小、引壓管測量誤差、散熱情況、安裝形式、壓力損失大等,往往不能準(zhǔn)確測量回爐煤氣的流量。

神木天元化工有限公司在炭化爐回爐煤氣的流量測量中,原設(shè)計采用的就是標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計,系統(tǒng)投用后一直測量不出回爐煤氣的準(zhǔn)確流量,其原因是系統(tǒng)壓力太小,只有3～5kPa,差壓取不出來;加之煤氣中含有微量的煤焦油和氨水,也給測量造成很大的誤差。這對工藝操作帶來很大的隱患,使炭化爐產(chǎn)出的蘭炭質(zhì)量嚴(yán)重受到影響。因此需要一種原理更可靠,安裝更方便,維護(hù)更簡單的流量計。畢托巴流量計采用非收縮節(jié)流設(shè)計,利用高效、節(jié)能的速度流量探頭,來提取中心流速數(shù)據(jù),從而測量流體流量的差壓式流量計。技術(shù)人員根據(jù)實際工況條件,選用背靠背防堵系列畢托巴流量計(型號為BTB～B-L)作為替代原孔板流量計,經(jīng)投入運(yùn)行后,使用情況良好。筆者從其工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、使用情況、經(jīng)濟(jì)效益幾個方面來分析闡述。

1 畢托巴流量計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及性能特點(diǎn)

實際工況測量時的各工藝參數(shù)如表1所示。

表1 工藝參數(shù)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

防堵型畢托巴流量計中探針傳感器的結(jié)構(gòu)是兩根背靠背的探針,取壓點(diǎn)為帶傾斜角的,其垂直安置在管道上,探頭前部形成高壓區(qū),在高壓區(qū)處形成局部規(guī)則渦流,煤氣中的液體及雜質(zhì)自然下落,具有防堵性能和穩(wěn)定取壓的性能。主要部件加工精度高,每臺產(chǎn)品都在實驗室高精度標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞上進(jìn)行吹風(fēng)標(biāo)定,并把標(biāo)定結(jié)果作成數(shù)據(jù)庫存入單片機(jī)程序中,且一次元件安裝簡便,維護(hù)量小,安裝時只需在介質(zhì)管道上打一個?55mm左右的小孔,便可直接與探針的連接座焊接,配有球閥連接裝置和保護(hù)裝置,可以在線安裝和在線維護(hù)。尤其是對大口徑管道的測量比渦街、孔板等節(jié)流流量計測量優(yōu)越性更為突出。

1.2 工作原理

畢托巴流量計是采用皮托管原理提取流體流速(全壓-靜壓=動壓)再換算成流體體積流量與質(zhì)量流量的差壓式流量計。皮托管原理很早就被廣泛應(yīng)用在航天航空業(yè)中,如飛機(jī)風(fēng)洞的測試和檢測、飛機(jī)發(fā)動機(jī)氣體動力測試、飛機(jī)飛行速度的測速桿等。防堵型畢托巴流量測量系統(tǒng)由防堵塞一次測量傳感器——畢托巴探頭(無需清灰,本身具有防堵耐磨性能)、高精度差壓變送器組成;利用畢托巴作為流量測量的傳感器配合高精度差壓變送器測出差壓,并將差壓信號轉(zhuǎn)換成4～20mA DC標(biāo)準(zhǔn)電流信號,再引入DCS系統(tǒng),由廠家提供的計算模型和參數(shù)表進(jìn)行修正,顯示出差壓、瞬時流量、累積流量、速度等參數(shù)。畢托巴流量計經(jīng)過標(biāo)定的數(shù)據(jù)通過專用的運(yùn)算軟件得出探針的修正系數(shù),使修正后探針提取的中心流速與管道內(nèi)各點(diǎn)流速的平均值形成對應(yīng)關(guān)系。畢托巴流量計的準(zhǔn)確度等級為0.2級。

1.3 其性能特點(diǎn)

(1)畢托巴傳感器能保持長期的高精度,在3%～100%的額定流量量程范圍準(zhǔn)確度為0.2%其決定因素有:

第一,畢托巴流量計可實現(xiàn)每臺探針都是在高精度標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞上從0 m/s的風(fēng)速到150 m/s的吹風(fēng)標(biāo)定,且測點(diǎn)在管道中心區(qū),并把標(biāo)定的數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算得出探針的修正系數(shù),從而使修正后探針提取的中心流速與管道內(nèi)各點(diǎn)流速的平均值形成對應(yīng)關(guān)系。其管道內(nèi)各點(diǎn)流速的平均值與探針提取中心流速之間的關(guān)系是以清華大學(xué)幾十年的吹風(fēng)數(shù)據(jù)為依據(jù)的。

第二,在流體力學(xué)中流速(差壓換算成流速)和流量并不是簡單的線性關(guān)系,計算流量時采用分段修正的方法對所測信號進(jìn)行修正。計算時將差壓變送器輸出的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)直流信號分n段,用n個修正系數(shù)來修正,從而保證畢托巴流量計在全量程范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度。

(2)背靠背防堵型畢托巴流量計的獨(dú)特結(jié)構(gòu)不易受磨損、雜質(zhì)的影響,沒有活動的部件,一體化結(jié)構(gòu)避免了高、低壓腔室之間的信號滲漏,具有可以在線疏通、在線清洗、方便拆卸等功能。

(3)畢托巴壓力損失小(高節(jié)能)。畢托巴采用了子彈頭形的革命性設(shè)計,使其不僅在流量測量上保持了高精度、高強(qiáng)度和大量程比,還使得管道壓損大大降低。一次測量元件畢托巴是?20mm不銹鋼制成,其截面積很小,在介質(zhì)管道中壓力損失很小,幾乎無壓力損失,這可使運(yùn)行成本大大減小。與渦街、孔板、機(jī)翼等節(jié)流流量測量裝置相比較具有明顯的節(jié)能效果。畢托巴流量計與孔板等節(jié)流流量計的壓損的比較如下所示。

畢托巴流量計和孔板流量計的壓損比較:

設(shè)計及試驗數(shù)據(jù)表明,孔板永久壓力損失PPL0=(0.5～0.6)×ΔP,約為20～50 kPa。

孔板壓損的經(jīng)驗公式:

當(dāng)β=0.6時,PPLo=0.6×ΔP

當(dāng)β=0.7時,PPLo=0.5×ΔP

其中 β——孔板的孔徑比;

ΔP——孔板產(chǎn)生的差壓;

PPLo——孔板產(chǎn)生的壓損。

通過實驗可以得出,畢托巴流量計的壓損大約為PPLv=0.03×ΔP。

由于畢托巴流量計的差壓ΔP比孔板流量計的差壓ΔP小一個數(shù)量級,而壓損的比例又小了一個數(shù)量級,所以畢托巴流量計的壓損和孔板流量計的壓損相比是微乎其微的。經(jīng)過計算可知,畢托巴流量計與孔板流量計的永久壓損比為1.2∶100,畢托巴流量計與孔板流量計的耗能比為1.2∶100。

2 結(jié)語

畢托巴流量計是一種從根本上解決氣體測量波動、防堵、耐磨問題的流量計。適合高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣等氣體流量的測量。

我公司采用該流量計后,經(jīng)投用運(yùn)行表明,效果較好。每當(dāng)工藝需要改變閥門的開度以及啟動備用風(fēng)機(jī)時,該流量計流量都有準(zhǔn)確顯示,而且其流量和工藝參數(shù)能夠與該流量計對應(yīng)。二期工程建設(shè)時又選用了幾臺,使用效果均良好。

＊王在君,男,1972年11月生,工程師。榆林市,719319。

2010-02-25)