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塔型气体流量计在钢厂中的应用



摘 要:文章介绍了几种常见流量计应用的优缺点, 阐述了塔型 (V形锥) 流量计的结构原理、主要特点与应用优势, 以及该流量计在济钢流量检测中的创新应用和效果, 为工业企业复杂环境下的气体流量准确计量提供参考。
0、引言:
  气体流量检测是工业测量的重点也是难点。 孔板、喷嘴等传统差压式流量计由于先天结构的缺陷, 实际应用效果很不理想: 如流出系数不稳定、线性差, 易积污、压损大、量程比小, 特别是对直管段的要求在实际使用中很难满足。尤其是杂质较多的混合煤气和高温高压的蒸汽流量检测一直是流量测量的难点。我们曾使用过孔板、 超声波流量计、涡街流量计、威力巴流量计等测量混合煤气和蒸汽, 但应用效果都很不理想, 且问题频出, 例如数据不准确、不稳定、波动大、 易脏污、难清理、计量异议多等。采用塔型流量计 ( 又叫V形锥流量计) 后, 流量检测取得了很好的应用效果, 解决了困扰生产的诸多计量难题, 因此塔型流量计在济钢的应用越来越广泛。
1、部分常用流量计的优缺点:
1. 1、威力巴流量计:
  威力巴流量计是一种差压式流量检测仪表。 其优点有:
( 1) 适应环境能力强, 在干净介质中运行稳定、可靠。
( 2) 结构简单。
(3) 可在线安装、维护。
(4) 几乎无压力损失。
  缺点有:
( 1) 适应性差, 不适合脏污介质的测量, 取压管路易堵塞。
(2) 不能测量双向流和脉动流流量。
(3) 选型条件要求严格。
目前, 威力巴流量计在济钢的应用较少。
1. 2、涡街流量计:
  涡街流量计是根据 “卡门涡街” 原理制造的一种流体振荡型流量仪表。其优点有:
( 1) 适应性较强, 可测量一般的脏污介质和混合气体。
( 2) 结构简单, 无可动部件。
(3) 量程下限低, 量程范围宽。
(4) 压力损失小。
缺点有:
( 1) 气体介质含尘、含油量大时可能导致旋涡发生体变形, 影响测量结果。
(2) 不能测量双向流和脉动流流量。
(3) 不能在线安装。
( 4) 属于速度式流量仪表, 需要温度、压力补偿。
目前, 涡街流量计在济钢的应用比较少, 其他流量计如孔板、文丘利管、喷嘴、超声波流量计等在济钢的应用也很少, 这里就不一一列举阐述。
2、塔型流量计的结构原理:
塔型流量计与其他差压式流量计原理相同, 都遵循封闭管道中流体质量守恒和能量守恒定律, 塔型流量计是通过管道中心轴线处的流体节流件达到流体的均速测量效果, 塔型流量计结构示意图如图1所示。
图1 塔型流量计结构示意图
图1 塔型流量计结构示意图
  塔型流量计的管道中心处悬挂着一个V形锥体 ( 也叫V锥) , 当流体经锥体后速度加快, 动能增加, 这部分增加的动能是由锥体下游静能 ( 压力) 的下降而转换过来的, 即V形锥的下游会形成一个低压带。流体的流量与其流经V形锥前后所产生的差压形成一定的关系。这便是基于封闭管道中能量相互转换的伯努利定理的应用。关系如下:
基本流量方程为:
计算公式
 
可化简为实用流量方程:
计算公式
 
计算公式
 
3、塔型流量计的主要特点及应用优势:
塔型流量计与孔板、涡街流量计、超声波流量计、威力巴流量计的应用相比, 其特点显著, 优势明显, 现将应用情况总结如下。
3. 1、对流体的均速作用:
  塔型流量计的流量测量公式与其他差压式仪表相似, 但几何结构却截然不同。悬挂在管道中的V型锥体, 迫使流体中心部分的流体包围着V型锥体流过, 管壁附近的流速逐渐加快, 从而达到使流速 “均化”的效果。其他差压流量计的中心处是空的, 不能使流速 “均化”。这是塔型流量计的优点之一, 使得流体在低速时仍能产生足够的差压, 而传统的差压仪表可能早已不能测量。 这种几何上的设计使其具有传统差压流量计所没有的优点。塔型流量计的信号干扰非常低, 在低流量、低差压的情况下, 仍能保持较高的测量精度和稳定性。
3. 2、强抗干扰能力:
  流体在管道内流动遇到阻碍物会产生 “卡曼旋涡”现象, 这对于差压式仪表属于有害干扰, 而塔型流量计的结构是边壁节流, 节流件后部产生的干扰流分布是等量相反而相互抵消, 因此干扰很小, 这就是塔型流量计在低流量低差压时还能保持较高测量精度和重复性的原因。
3. 3、无苛刻的直管段要求:
  直管段长度的要求是制约许多流量计在现场应用的关键问题, 塔形流量计通过中心悬挂的流线形锥体能重塑流速曲线, 在紧靠流体上游和下游较窄的区域内, 将流速不规则的流体直接整流成理想流体, 可以获得很高的测量精度而不需要长直管段整流, 因此, 只需极短的直管段就能取得准确的测量值, 这也是塔型流量计的最大优势所在。
3. 4、具有自清洁功能和防堵专利技术:
  流体在管道中流动, 因管壁的阻力流体在管壁处的流速最慢, 流体中杂质脏污颗粒容易沉积在管壁上。但当流体接近V型锥体时, 管道中央流速变慢, 管壁附近流速逐渐加快, 在到达节流件测量的关键部位时流速最快, 从而对管壁、节流件表面附近形成了吹扫冲刷作用, 因此杂质不会在锥体附近沉积。这一特性决定了流量计长期使用不易堵、基本免维护。飞龙生产的塔型流量计由于具有可控加热、多孔取压和喷涂特殊材料等专利技术, 因此具有极强的自清洁和防堵功能。
3. 5、相对压损小:
  一般流量计测量时压力损失较大, 塔型流量计由于采用 “逐渐节流方式”工作, 完全不同于孔板等传统仪表 “突然节流”的工作方式, 压损很小, 压力损失仅为孔板的1 /3, 比传统仪表有很大的优越性。
3. 6、耐磨损, 长期稳定性好:
  由于塔型流量计的节流锥体下游边缘是钝角, 流动时形成边界层, 使流体离开了节流缘, 带有杂质的流体不易磨损节流缘, 其 β 值长期不变, 使节流体无需重复标定, 具有长期的稳定性。而孔板等流量计投用一段时间后, 边缘容易磨损, 导致 β 值改变, 出现测量偏差。
3. 7、适应性强:
  与济钢目前使用的其他类型流量计相比, 塔形流量计由于特殊的节流体构造, 应用范围广泛, 可测蒸汽、煤气、各种混合气体和其他液体等。 塔型流量计工作温度可达500 ℃, 可测量雷诺数为8 000 - 1 × 107。塔型流量计的信号干扰非常低, 它在低流量、低差压的情况下, 仍能保持较高的测量精度和稳定性, 因此, 塔形流量计适应性非常强, 应用也越来越广泛。
4、塔型流量计在济钢的创新应用:
  我们对塔型流量计的安装及取压部分进行了应用创新, 以更好地满足现场计量的需求。主要是: ( 1) 适当缩短取压管长度; ( 2) 蒸汽冷凝罐等采取焊接方式, 减少管件硬连接, 以适应蒸汽高温高压, 杜绝蒸汽泄露, 避免仪表损坏, 保证计量精度; ( 3) 采用取压管道倾斜安装, 杜绝静压差。以塔型流量计在蒸汽计量的创新应用为例, 图2为原计量安装方式, 图3为创新后的计量安装方式。
图2 原来计量安装方式
图2 原来计量安装方式
 
图3 创新后的计量安装方式
图3 创新后的计量安装方式
 
4. 1、创新应用优势:
( 1) 仍保留原塔型流量计的所有优点, 完善部分不足之处。
( 2) 适当缩短取压管, 方便保温, 压力传导快捷, 适合济钢流体介质压力波动大的特点, 适应济钢快速自动调节系统, 更好地满足计量需求。
(3) 便于维护, 延长变送器的使用寿命。
(4) 安装施工方便。
( 5) 杜绝正负静压差。
4. 2、创新应用实际效果:
(1) 得到生产岗位操作人员的认可。
(2) 蒸汽汽配更加合理。
( 3) 方便维护检修。
( 4) 变送器使用寿命延长1倍。
( 5) 仪表故障率明显降低, 流体产供销数据更加平衡。
5、结束语:
  塔型流量计因其具有无苛刻直管段要求、无压力损失、具有自清洁功能、适应性强、运行稳定可靠、基本免维护等优势, 极大地方便了企业生产, 满足了生产计量的需要, 为企业节约能源提供了有利条件。


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