江蘇金鼎自動化儀表有限公司 ：姚佳明
焦爐煤氣由于冷卻、凈化等原因，總是含有一定的雜質(zhì)，而焦爐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量儀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)展和自動化管理水平的提高，企業(yè)對氣體流量的測量要求越來越高，由于電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和實驗手段的進一步發(fā)展，各種流量測量儀表也越來越多，如何合理地選擇流量測量儀表就顯得十分重要。
1 測量流體流量的基本原理與分類
1.1 基本原理
單位時間內(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流體流量儀表的分類
流體流量儀表可以分為3大類，即差壓式、速度式和容積式。見圖1。
圖1 流量儀表的分類形式
2 計量煤氣流量的幾種儀表的比較
2.1 孔板流量計
孔板流量計是目前焦化廠采用zui多的一種差壓式流量計。是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量。孔板結(jié)構(gòu)簡單。適用性廣。歷史悠久并已標準化。其測量精度與設(shè)計參數(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)。長期使用經(jīng)驗表明，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化儀表有限公司zui近開發(fā)的并成功用于濟鋼焦化廠的加熱煤氣計量，見圖2。
圖2 內(nèi)藏式雙文丘里管簡圖
內(nèi)藏式雙文丘里管中，外文丘里管起誘導整流作用，內(nèi)文丘里管是核心的一次傳感元件。當流體進人內(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，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，所測壓差變大。根據(jù)內(nèi)流流體力學和相似準則，此壓差是整個工藝管道內(nèi)氣體流量的函數(shù)，所以通過測量此壓差值即可測出管內(nèi)的流量。
該流量計的主要特點是在相同的條件下阻力損失小，僅為標準孔板的3%，測量精度高，性能較穩(wěn)定，量程范圍也較寬，安裝和維修清掃方便，另一個重要特點是對管道安裝幾乎不需要預設(shè)直線段，一般只需要預設(shè)1.25D的直線段即可。因此特別適用于焦爐加熱煤氣的計量安裝要求。
2.3 威力巴流量
威力巴流量計是一種新型產(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取壓孔遍及流體在整個管道的速度分布剖面?；驹硪妶D3。
圖3 威力巴流量計簡圖
從圖3可以看到，迎向流體的取壓孔讀取高壓平均信號，引出壓力為靜壓和動壓之和，在探頭的側(cè)后兩邊，流體與探頭的分離點之前的低壓取壓孔，讀取低壓平均信號，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。
又因為
V=ωA （6）
故
△P=1/2ρV2/A2 （7）
即管道內(nèi)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時所產(chǎn)生的差壓與流量的平方成正比。威力巴流量計具有精度高，流量測量范圍寬，安裝、清洗十分方便。雖有防堵設(shè)計，但因為取壓孔孔徑很小，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，同時在安裝中對前后的直管段有一定的要求，因為湍流對靜壓值影響較大。
2.4 熱式氣體質(zhì)量流量計
熱式氣體質(zhì)量流量計屬于高科技開發(fā)項目，它是由2根鉑熱電阻傳感元件組成，較長的為加熱元件（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)， 目前的相對價格較高。上述計量儀表在濟鋼新建的l、2、5號焦爐上均作過試驗與使用。
3 幾點看法
（1）隨著過程自動化、儀表行業(yè)與計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，流體計量儀表的發(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，作者認為，除了選用常用的孔板流量計外，內(nèi)藏式雙文丘里管流量儀表很適合于較臟煤氣的計量，但還有待于使用時間的考驗。
