差壓式流量計在鋼鐵企業的應用
差壓式流量計在鋼鐵企業的應用
1.. 標準節流裝置的應用
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現場的惡劣環境等方面都有其它儀表不能比擬的優勢。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.. 貿易結算采用有國際、國家標準的儀表
隨著市場競爭的日趨激烈, 企業內部降成本的要求越來越高, 因而對計量數據越來越..斤斤計較..。一旦發生計量異議, 有標準支持的儀表數據在解決計量異議方面有性。如企業外購的天然氣計量, 供方采用標準孔板, 企業也在入口裝同樣流量儀表, 盡管以對方數據結算, 但雙方均采用同樣計量裝置, 輸差過大也好查找原因。企業內部的各天然氣計量點也采用標準孔板, 一旦發生計量異議, 供用雙方及計量部門也好處理。重鋼使用工業天然氣已近五十年, 不管是以前用量較大, 還是現在的大幅減少, 計量輸差均控制在較小范圍內。
1..2.. 蒸汽、氧氣、水等較重要的計量采用標準節流裝置的使用效果
( 1) 動力廠鍋爐生產的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、流出系數穩定, 使用壽命長, 結構已標準化, 有豐富的使用經驗等優點, 計量精確度相對較高; 但經減溫、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, 對相流經常變化的蒸汽來說, 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, 在標準節流裝置中, 文丘里管流量特性穩定可靠, 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, 由于廓形節流件的結構使流體在流經文丘里管時流通順利, 不易堵塞, 只是制造成本較高, 在企業使用不多。由于文丘里管的優良計量性能, 在壓縮空氣產量、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) 氧氣產量計量使用標準孔板與煉鋼廠標準孔板相比, 在生產正常時輸差較小, 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) 從長江抽到企業的總水量計量仍然采用標準孔板, 經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, 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使用上的確是挑戰。
2.. 非標準節流裝置的應用
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; 由于內錐不僅具有節流作用, 還具有類似于流動調整器整流作用, 經我們對DN100、200mm 管徑錐形節流件的數十次測試, 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。根據流體力學原理, 流體在流過物體曲面時, 產生邊界層效應, 而脫離物體表面, 由于內錐流量計的環形通道, 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, 由于內錐節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。經過我公司對DN 100、DN 200mm 錐形流量計的數十次試驗, 量程比可達10.. 1, 其重復性和線性度都較好, 管道直徑300mm 內可以保證準確度等級為0..5 ~ 1.. 0級。
( 5) 與孔板相比, 節能效果較好, 標準孔板參數為: DN100mm, .. 值為0..5268, ..pmax = 51100Pa, qmmax = 50t /h; 錐形參數為: 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, 可認為介質是充分發展流。經過數據測試, 流通面積相等的孔板和錐形流量計, 在同樣流量時孔板產生差壓51100Pa, 錐形產生差壓23500Pa, 錐形比孔板產生差壓小27600 Pa約為孔板的46% , 錐形確有節能作用[ 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流式儀表, 目前生產廠家很多, 它確有一些優點, 但廠家大多依據標準節流裝置的要求自行設計和制造, 還沒有系統完善的資料, 它可以滿足GB17167.. 2006 的要求, 但在選用時, 由于流出系數的不確定性, 一定要經過標定后方可使用, 且盡量不要在大管道上使用。
2..2.. 楔形流量計
( 1) 以流體通過起節流作用的圓缺楔時產生壓差的原理而進行流量測量的。楔形流量計的主要結構特點是節流件設計成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, 安裝時楔形件的頂部朝下, 其角度設計能消除滯流區使浮液順利通過楔形節流件, 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V 形節流塊時, 流通面積減少, 流速增大, 靜壓減小, 從而產生靜壓力差。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、環保等多種介質測量。特別在低雷諾數、高粘度的介質使用上, 用途廣泛。量程比寬, 通常可以達到10.. 1 以上; 測量精度經標定后在.. 0..5% ~ 1% FS.. 壓損比孔板略小。
( 2) 焦化廠工業萘初塔循環流量、精塔循環、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, 計量檢測穩定性、可靠性得到大大提高, 數據穩定, 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水流量的測量, 目前已用了十多臺。由于工業水含有一定泥沙和雜質, 以往使用孔板容易使雜質在孔板前堆集, 堆集的雜質也易造成取壓管發生堵塞, 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, 根據已使用三年多的情況來看, 既未發生取壓管堵塞, 數據也十分可靠穩定。
( 5) 重慶第四鋼廠在全廠天然氣、壓縮空氣計量系統中全部采用重慶昂揚自動化儀表有限公司生產的楔形流量計, 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變成一個對應的差壓信號, 的馬蹄形切口結構使測頭具有測量壓力損失小, 污物不易堵塞的性能, 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它氣體在線清掃, 以解決現場堵塞問題。在重鋼部分高爐煤氣及其它企業的煤氣測量中計量數據穩定, 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, 使用已兩年未發生堵塞, 測量數據十分穩定。均速管流量計的優點是壓力損失小, 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值, 現場前后直管道長度根本無法滿足要求, 因而測量精度不高, 產生差壓小, 取壓孔易堵塞, 為了可靠運行, 現場一般都須加上氮氣或壓縮空氣的吹掃接頭。其數據的流量信息主要反映在流量的變化上, 不適宜作計量數據, 由于數據的重復性好( 約1% ) , 用作工藝控制參數。
2..4.. 圓缺孔板、彎管流量計
以前在企業高爐煤氣、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量的應用。
3.. 流體測量系統的準確度
各種流體選擇安裝好計量儀表后, 測量系統的準確度就是供用雙方關注的。儀表的準確度等級不一定就是測量結果的準確度等級。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。可是鋼鐵企業現場工藝管道的條件差別很大, 絕大多數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定流, 也可認為是充分發展流, 而現場因受條件限制基本上是非充分發展流, 因而會產生計量的附加誤差, 就是標準節流裝置盡管設計、加工、檢定后都很準確, 可是一裝在現場由于流體和環境所限, 也可能成為非標了。企業除對用于貿易結算的能源和自產能源總量計量數據要求高以外, 根據我們的體會, 對內部的計量檢測更為關注的是要求儀表使用可靠、耐久、維護量小, 發生計量異議時能方便溯源。對液體計量系統檢測數據能達到.. 2%、氣體.. 5% 以下就可以了, 因為計量檢測數據并不是用戶的結算數據, 企業還要根據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算數據。
4.. 結語
企業用量較大的差壓式流量計到底如何選用和評價, 筆者根據所在鋼鐵企業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流體計量中完夠勝任并取得較好的效果。
