江蘇金鼎自動(dòng)化儀表有限公司 ：姚佳明
焦?fàn)t煤氣由于冷卻、凈化等原因，總是含有一定的雜質(zhì)，而焦?fàn)t加熱用的高爐煤氣或水煤氣也同樣含有較多的雜質(zhì)。因此，尋找適用于各類煤氣的計(jì)量?jī)x表始終是困擾焦化企業(yè)的技術(shù)難題。隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化管理水平的提高，企業(yè)對(duì)氣體流量的測(cè)量要求越來越高，由于電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段的進(jìn)一步發(fā)展，各種流量測(cè)量?jī)x表也越來越多，如何合理地選擇流量測(cè)量?jī)x表就顯得十分重要。
1 測(cè)量流體流量的基本原理與分類
1.1 基本原理
單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)通道任一截面的流體量稱為流體的流量。流量有2種表示方法：
（1）體積流量。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)通道任一截面的流體體積稱為體積流量。即：
（1）
（2）質(zhì)量流量。單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)通道任一截面的流體質(zhì)量。稱為質(zhì)量流量。即：
（2）
式中，Qv為體積流量，m3/s；V為流體體積，m3；t為時(shí)間，S；Qm為質(zhì)量流量，kg/s；ρ為流體密度，kg/m3；m為流體質(zhì)量，kg；ω為管內(nèi)流體平均速度，m/s；A為管道橫截面積，m2。兩者關(guān)系為：
（3）
總流量為：
（4）
1.2流體流量?jī)x表的分類
流體流量?jī)x表可以分為3大類，即差壓式、速度式和容積式。見圖1。
圖1 流量?jī)x表的分類形式
2 計(jì)量煤氣流量的幾種儀表的比較
2.1 孔板流量計(jì)
孔板流量計(jì)是目前焦化廠采用zui多的一種差壓式流量計(jì)。是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量?？装褰Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。適用性廣。歷史悠久并已標(biāo)準(zhǔn)化。其測(cè)量精度與設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性、安裝條件、孔板光潔度與磨損以及氣體的凈化程度有關(guān)。長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)表明，因壓損特別大，因而有必要規(guī)定煤氣壓力的下限值， 以防回火。并須定期進(jìn)行清掃。
2.2 內(nèi)藏式雙文丘里管
內(nèi)藏式雙文丘里管是由江蘇金鼎自動(dòng)化儀表有限公司zui近開發(fā)的并成功用于濟(jì)鋼焦化廠的加熱煤氣計(jì)量，見圖2。
圖2 內(nèi)藏式雙文丘里管簡(jiǎn)圖
內(nèi)藏式雙文丘里管中，外文丘里管起誘導(dǎo)整流作用，內(nèi)文丘里管是核心的一次傳感元件。當(dāng)流體進(jìn)人內(nèi)文丘里管外壁和外文丘里管內(nèi)壁組成的環(huán)錐流道時(shí)，因流通面積變小、流速加快和靜壓降低，從而在內(nèi)文丘里管進(jìn)出口形成一定的差壓，致使內(nèi)文丘里管內(nèi)的流體流速增加，所測(cè)壓差變大。根據(jù)內(nèi)流流體力學(xué)和相似準(zhǔn)則，此壓差是整個(gè)工藝管道內(nèi)氣體流量的函數(shù)，所以通過測(cè)量此壓差值即可測(cè)出管內(nèi)的流量。
該流量計(jì)的主要特點(diǎn)是在相同的條件下阻力損失小，僅為標(biāo)準(zhǔn)孔板的3%，測(cè)量精度高，性能較穩(wěn)定，量程范圍也較寬，安裝和維修清掃方便，另一個(gè)重要特點(diǎn)是對(duì)管道安裝幾乎不需要預(yù)設(shè)直線段，一般只需要預(yù)設(shè)1.25D的直線段即可。因此特別適用于焦?fàn)t加熱煤氣的計(jì)量安裝要求。
2.3 威力巴流量
威力巴流量計(jì)是一種新型產(chǎn)品，也屬于差壓式，它用31b不銹鋼制成的單片雙腔結(jié)構(gòu)探頭，截面采用了子 彈頭形狀，在通過面積積分所得的多對(duì)取壓孔遍及流體在整個(gè)管道的速度分布剖面。基本原理見圖3。
圖3 威力巴流量計(jì)簡(jiǎn)圖
從圖3可以看到，迎向流體的取壓孔讀取高壓平均信號(hào)，引出壓力為靜壓和動(dòng)壓之和，在探頭的側(cè)后兩邊，流體與探頭的分離點(diǎn)之前的低壓取壓孔，讀取低壓平均信號(hào)，引出壓力為靜壓，其壓差為△P，即：
（5）
式中，△P為高壓端與低壓端壓差，Pa；ω為流體的流速，m/s；P1、P2分別為高壓端與低壓端的靜壓，兩者相等，Pa。
又因?yàn)?/strong>
V=ωA （6）
故
△P=1/2ρV2/A2 （7）
即管道內(nèi)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)所產(chǎn)生的差壓與流量的平方成正比。威力巴流量計(jì)具有精度高，流量測(cè)量范圍寬，安裝、清洗十分方便。雖有防堵設(shè)計(jì)，但因?yàn)槿嚎卓讖胶苄?，因此只適用于較清潔的流體，不適用于介質(zhì)中含有焦油類的流體，同時(shí)在安裝中對(duì)前后的直管段有一定的要求，因?yàn)橥牧鲗?duì)靜壓值影響較大。
2.4 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)屬于高科技開發(fā)項(xiàng)目，它是由2根鉑熱電阻傳感元件組成，較長(zhǎng)的為加熱元件（TS），較短的為介質(zhì)溫度傳感元件（TA）。它的基本原理為流體流經(jīng)加熱元件時(shí)將熱量帶走，帶的熱量與流體的速度與密度成正比，為了使TS-TA保持固定的溫差，電路必須向加熱元件提供更多的功率，電路中輸出的功率大小與流體的質(zhì)量流量有關(guān)， 目前的相對(duì)價(jià)格較高。上述計(jì)量?jī)x表在濟(jì)鋼新建的l、2、5號(hào)焦?fàn)t上均作過試驗(yàn)與使用。
3 幾點(diǎn)看法
（1）隨著過程自動(dòng)化、儀表行業(yè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，流體計(jì)量?jī)x表的發(fā)展很快，從文中的儀表分類與分析可以證明。
（2）焦化廠的煤氣儀表由于受煤氣中的雜質(zhì)及安裝條件的限制，作者認(rèn)為，除了選用常用的孔板流量計(jì)外，內(nèi)藏式雙文丘里管流量?jī)x表很適合于較臟煤氣的計(jì)量，但還有待于使用時(shí)間的考驗(yàn)。
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