差壓式流量計在鋼鐵企業(yè)的應用
差壓式流量計在鋼鐵企業(yè)的應用
1.. 標準節(jié)流裝置的應用
標準型是指只要按照標準文件設計、制造、安裝和使用, 無需實流校準即可確定輸出信號(差壓) 與流量的關(guān)系, 并估算其測量誤差[ 1] 。由于它有國際標準ISO5167支持, 不需標定可直接使用。其研究資料及生產(chǎn)實踐的積累極其豐富, 至今尚無任何一類流量計可與之相比。全部單相流體, 包括液體、氣體、蒸汽皆可測量, 部分混相流, 如氣固、氣液、液固等也可應用, 基本上能滿足一般生產(chǎn)過程各種管徑的計量要求。與之配合的差壓變送器有金屬膜片電容式、陶瓷片電容式、擴散硅式和單晶硅諧振式等, 普遍為小型化、智能型。特別是現(xiàn)在廣泛應用的一體化標準孔板、標準噴嘴等廣泛采用EJA、ABB等寬量程變送器配無紙記錄儀或流量計算機, 有完善的補償功能, 使測量在精度、抗干擾性能以及適應生產(chǎn)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境等方面都有其它儀表不能比擬的優(yōu)勢。其缺點
是壓損大, 運行成本高及要求直管道長度長、測量范圍度窄等。
1..1.. 貿(mào)易結(jié)算采用有國際、國家標準的儀表
隨著市場競爭的日趨激烈, 企業(yè)內(nèi)部降成本的要求越來越高, 因而對計量數(shù)據(jù)越來越..斤斤計較..。一旦發(fā)生計量異議, 有標準支持的儀表數(shù)據(jù)在解決計量異議方面有性。如企業(yè)外購的天然氣計量, 供方采用標準孔板, 企業(yè)也在入口裝同樣流量儀表, 盡管以對方數(shù)據(jù)結(jié)算, 但雙方均采用同樣計量裝置, 輸差過大也好查找原因。企業(yè)內(nèi)部的各天然氣計量點也采用標準孔板, 一旦發(fā)生計量異議, 供用雙方及計量部門也好處理。重鋼使用工業(yè)天然氣已近五十年, 不管是以前用量較大, 還是現(xiàn)在的大幅減少, 計量輸差均控制在較小范圍內(nèi)。
1..2.. 蒸汽、氧氣、水等較重要的計量采用標準節(jié)流裝置的使用效果
( 1) 動力廠鍋爐生產(chǎn)的3..5MPa、400.. 左右的過熱蒸汽采用標準噴嘴計量, 標準噴嘴具有壓損小(與孔板比較) 耐磨損、流出系數(shù)穩(wěn)定, 使用壽命長, 結(jié)構(gòu)已標準化, 有豐富的使用經(jīng)驗等優(yōu)點, 計量精確度相對較高; 但經(jīng)減溫、減壓后的過熱蒸汽壓力均在1..3MPa以下, 計量部門加強了設計計算及計量系統(tǒng)的維護工作, 使總量與分量間輸差大幅下降, 近幾年來達到5% ~ 8% , (未經(jīng)平衡修正) 收到較好效果。但由于濕蒸汽計量的特點, 無法在線測量干度, 由于輸送距離及管道保溫情況等因素, 部分過熱蒸汽變成了飽和蒸汽, 或者濕飽和蒸汽。形成汽液兩相流介質(zhì), 對相流經(jīng)常變化的蒸汽來說, 其流量的精確計量是一個比較困難的問題, 在測量技術(shù)上還有很多問題要解決。要使計量準確進一步提高仍然存在一定難度。
( 2) 使用文丘里管計量要求壓損較小和精度較高的流體, 在標準節(jié)流裝置中, 文丘里管流量特性穩(wěn)定可靠, 壓損僅為其差壓的10% ~ 20%, 對上游直管道長度要求比孔板短。用它進行流體測量, 由于廓形節(jié)流件的結(jié)構(gòu)使流體在流經(jīng)文丘里管時流通順利, 不易堵塞, 只是制造成本較高, 在企業(yè)使用不多。由于文丘里管的優(yōu)良計量性能, 在壓縮空氣產(chǎn)量、較重要用戶的高爐煤氣(干煤氣) 送熱風爐的風量計量上采用文丘里管, 雖然成本較高, 但使用效果很好, 維護量極少。
( 3) 氧氣產(chǎn)量計量使用標準孔板與煉鋼廠標準孔板相比, 在生產(chǎn)正常時輸差較小, 在用戶用量變化較大和用量較小時輸差較大, 這也體現(xiàn)了孔板量程小的缺點。也曾嘗試采用其它儀表, 但效果還不如標準孔板。
( 4) 從長江抽到企業(yè)的總水量計量仍然采用標準孔板, 經(jīng)過幾十年的計量情況看, 當江水較清時, 計量效果好, 而在洪水季節(jié), 由于泥沙多、雜物多, 有時會嚴重影響計量的準確度和儀表的正常運行。由于總水管均在DN1000mm 左右, 采用電磁流量計在引起計量異議時比較麻煩。隨著國家標準GB /T 2624.. 2006 / ISO5167.. 2: 2003的實施, 其更長直管道長度的要求對企業(yè)使用上的確是挑戰(zhàn)。
2.. 非標準節(jié)流裝置的應用
2..1.. 錐形流量計
( 1) 錐形流量計壓力損失相對較小。由于錐形節(jié)流件不象標準孔板那樣直接正面阻擋流體流過向中心收縮, 而是比較平滑地向管道邊緣節(jié)流, 因而壓力損失小。流通面積相等的孔板和錐形流量計, 在同樣流量時錐形比孔板產(chǎn)生差壓小。在長期運行中, 能耗費用相對較少, 有利于降低消耗。
( 2) 要求直管段長度較短。由于錐體所形成的環(huán)形通道逐漸減小, 流體流速加快, 壓力降低因而可減少或消除漩渦; 由于內(nèi)錐不僅具有節(jié)流作用, 還具有類似于流動調(diào)整器整流作用, 經(jīng)我們對DN100、200mm 管徑錐形節(jié)流件的數(shù)十次測試, 比孔板要求的直管道長度要短, 但慎用前3D 后1D 說法。
( 3) 有自清掃能力。根據(jù)流體力學原理, 流體在流過物體曲面時, 產(chǎn)生邊界層效應, 而脫離物體表面, 由于內(nèi)錐流量計的環(huán)形通道, 使污物無法滯留而特別適用于臟污流體如焦爐煤氣、高爐煤氣、濕氣體的測量。
( 4) 量程比較大, 由于內(nèi)錐節(jié)流件的差壓輸出信號中的背景噪聲很小, 較低的差壓值也能有效地被檢測出來, 因此較小的流量也可以測量出來。經(jīng)過我公司對DN 100、DN 200mm 錐形流量計的數(shù)十次試驗, 量程比可達10.. 1, 其重復性和線性度都較好, 管道直徑300mm 內(nèi)可以保證準確度等級為0..5 ~ 1.. 0級。
( 5) 與孔板相比, 節(jié)能效果較好, 標準孔板參數(shù)為: DN100mm, .. 值為0..5268, ..pmax = 51100Pa, qmmax = 50t /h; 錐形參數(shù)為: DN100mm, ..v 值為0..5268, ..pm ax = 23500Pa, qmmax = 50t /h; 我們曾在標準孔板前直管道長度為8700mm 即87D( ISO5167: 2003E 規(guī)定為42D ) 其后裝上與孔板流通面積相等的錐形流量計, 孔板與錐形流量計之間的長度為3400mm即34D, 可認為介質(zhì)是充分發(fā)展流。經(jīng)過數(shù)據(jù)測試, 流通面積相等的孔板和錐形流量計, 在同樣流量時孔板產(chǎn)生差壓51100Pa, 錐形產(chǎn)生差壓23500Pa, 錐形比孔板產(chǎn)生差壓小27600 Pa約為孔板的46% , 錐形確有節(jié)能作用[ 2] 。
( 6) 我們在DN100mm 飽和蒸汽管道和天然氣、DN300mm以下管道的壓縮空氣、水流量的計量中采用錐形流量計均取得良好的效果。
( 7) 錐形流量計在我國是一種新型節(jié)流式儀表, 目前生產(chǎn)廠家很多, 它確有一些優(yōu)點, 但廠家大多依據(jù)標準節(jié)流裝置的要求自行設計和制造, 還沒有系統(tǒng)完善的資料, 它可以滿足GB17167.. 2006 的要求, 但在選用時, 由于流出系數(shù)的不確定性, 一定要經(jīng)過標定后方可使用, 且盡量不要在大管道上使用。
2..2.. 楔形流量計
( 1) 以流體通過起節(jié)流作用的圓缺楔時產(chǎn)生壓差的原理而進行流量測量的。楔形流量計的主要結(jié)構(gòu)特點是節(jié)流件設計成V型的楔形件, 這兩塊平板在臨界角上焊接在一起, 然后插入槽內(nèi), 安裝時楔形件的頂部朝下, 其角度設計能消除滯流區(qū)使浮液順利通過楔形節(jié)流件, 防止管道堵塞, 差壓引出管在位于楔形片中心兩邊等距離的地方[ 3] 。當流體流經(jīng)V 形節(jié)流塊時, 流通面積減少, 流速增大, 靜壓減小, 從而產(chǎn)生靜壓力差。而壓差的平方根與流量成正比。測得壓差即可測得管道中的流量。楔形流量計易于通過較臟污的流體, 污物不易積沉、附著, 提高了測量的準確性和使用維護周期, 適合于石油、冶金、化工、電力、環(huán)保等多種介質(zhì)測量。特別在低雷諾數(shù)、高粘度的介質(zhì)使用上, 用途廣泛。量程比寬, 通常可以達到10.. 1 以上; 測量精度經(jīng)標定后在.. 0..5% ~ 1% FS.. 壓損比孔板略小。
( 2) 焦化廠工業(yè)萘初塔循環(huán)流量、精塔循環(huán)、初期塔原料、精塔原料、一段、二段焦油的測量, 過去采用靶式流量計, 使用效果不能令人滿意, 采用楔形流量計后三年多, 計量檢測穩(wěn)定性、可靠性得到大大提高, 數(shù)據(jù)穩(wěn)定, 維護工作量大為減少, 故障率極低, 。中板廠使用的部分蒸汽和天然氣流量的計量也采用了楔形流量計, 經(jīng)過天然氣二年多、蒸汽一年多的使用, 用戶反映良好。
( 3) 重鋼各單位使用最多的工業(yè)水流量的測量, 目前已用了十多臺。由于工業(yè)水含有一定泥沙和雜質(zhì), 以往使用孔板容易使雜質(zhì)在孔板前堆集, 堆集的雜質(zhì)也易造成取壓管發(fā)生堵塞, 儀表維護工作量大, 改用楔形流量計后, 以前存在的問題大大減少, 效果十分明顯。
( 4) 在DN 600mm 以下的高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣中廣泛采用楔形流量計進行測量, 由于每臺流量計出廠前均進行標定, 根據(jù)已使用三年多的情況來看, 既未發(fā)生取壓管堵塞, 數(shù)據(jù)也十分可靠穩(wěn)定。
( 5) 重慶第四鋼廠在全廠天然氣、壓縮空氣計量系統(tǒng)中全部采用重慶昂揚自動化儀表有限公司生產(chǎn)的楔形流量計, 克服了以前用孔板時因用量變化范圍大的難題, 基本滿足了工藝生產(chǎn)的需要。
2..3.. 測管、均速管流量計
( 1) 插入式FJP測管流量計由FJPE 型流速測管和FJPC型測管流量計算機構(gòu)成。FJPE 型流速測管是FIP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(zhuǎn)變成一個對應的差壓信號, 的馬蹄形切口結(jié)構(gòu)使測頭具有測量壓力損失小, 污物不易堵塞的性能, 通過測管上的吹掃接頭, 使用中一旦發(fā)生堵塞可以方便地使用其它氣體在線清掃, 以解決現(xiàn)場堵塞問題。在重鋼部分高爐煤氣及其它企業(yè)的煤氣測量中計量數(shù)據(jù)穩(wěn)定, 使用一段時間后仍需用氮氣吹掃以解決堵塞問題。
( 2) 在大管道的風管、煤氣管道上85、86型均速管流量計使用也比較普遍, 我們在1350m3 高爐熱風爐DN1800、1320mm 高爐煤氣管道和DN1400mm 冷風管; 中板廠DN630mm 450.. 熱風管測量中均采用均速管流量計配E JA 變送器, 使用已兩年未發(fā)生堵塞, 測量數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定。均速管流量計的優(yōu)點是壓力損失小, 約為孔板的1 /50; 安裝、拆卸方便, 對上游流體擾動不敏感, 即要求的直管段比孔板短, 重復性好。主要缺點由于儀表未能逐臺標定而用計算得到儀表系數(shù)值, 現(xiàn)場前后直管道長度根本無法滿足要求, 因而測量精度不高, 產(chǎn)生差壓小, 取壓孔易堵塞, 為了可靠運行, 現(xiàn)場一般都須加上氮氣或壓縮空氣的吹掃接頭。其數(shù)據(jù)的流量信息主要反映在流量的變化上, 不適宜作計量數(shù)據(jù), 由于數(shù)據(jù)的重復性好( 約1% ) , 用作工藝控制參數(shù)。
2..4.. 圓缺孔板、彎管流量計
以前在企業(yè)高爐煤氣、焦爐煤氣等得到廣泛應用, 目前已被性能更好的楔形孔板逐漸取代。彎管流量計在水、壓縮空氣等流體中也有一定數(shù)量的應用。
3.. 流體測量系統(tǒng)的準確度
各種流體選擇安裝好計量儀表后, 測量系統(tǒng)的準確度就是供用雙方關(guān)注的。儀表的準確度等級不一定就是測量結(jié)果的準確度等級。流量計出廠前的校驗或標定是在實驗室的參比工作條件下進行的, 此時儀表的準確度達到設計要求方能出廠。可是鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場工藝管道的條件差別很大, 絕大多數(shù)管道無法滿足儀表在實驗室校驗或標定時的要求, 實驗室中管道流體的流動條件為穩(wěn)定流, 也可認為是充分發(fā)展流, 而現(xiàn)場因受條件限制基本上是非充分發(fā)展流, 因而會產(chǎn)生計量的附加誤差, 就是標準節(jié)流裝置盡管設計、加工、檢定后都很準確, 可是一裝在現(xiàn)場由于流體和環(huán)境所限, 也可能成為非標了。企業(yè)除對用于貿(mào)易結(jié)算的能源和自產(chǎn)能源總量計量數(shù)據(jù)要求高以外, 根據(jù)我們的體會, 對內(nèi)部的計量檢測更為關(guān)注的是要求儀表使用可靠、耐久、維護量小, 發(fā)生計量異議時能方便溯源。對液體計量系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)能達到.. 2%、氣體.. 5% 以下就可以了, 因為計量檢測數(shù)據(jù)并不是用戶的結(jié)算數(shù)據(jù), 企業(yè)還要根據(jù)各種流體的總量和分量進行平衡, 最后提供出使供用雙方都能接受的計量結(jié)算數(shù)據(jù)。
4.. 結(jié)語
企業(yè)用量較大的差壓式流量計到底如何選用和評價, 筆者根據(jù)所在鋼鐵企業(yè)差壓式流量計的使用情況認為: 只要選擇合理, 設計準確, 加強儀表的維護, 隨著高精度、體積小、性能好的E JA、ABB 等寬量程差壓變送器和無紙記錄儀、流量計算機的使用, 測量范圍度可明顯提高, 故障率大為降低, 維護量減小, 各種差壓式流量計在企業(yè)流體計量中完夠勝任并取得較好的效果。
