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热式質量流量計在煤气测量中的应用

作者:江蘇MG娱乐 自動化儀表有限公司
1.概述
冶金企业的焦炉煤气,除了正常的成份外,还含有水蒸汽、灰尘及许多有机物和无机物杂质。焦炉煤气出焦炉进入煤气管道,由于环境温度与煤气温度之间存在温差,使煤气温度在输送过程中随着管壁的散热而逐渐降低,zui后降到与大气温度几乎相等,焦炉煤气中原来没有达到饱和的萘蒸汽在这个过程中饱和度逐渐增大,zui后达到饱和状态,甚至超过饱和度而凝结析出,附着在管壁和节流装置上,春、冬季尤为严重。如不及时疏水或清除所析出的杂质,不可避免的积聚在管道和节流装置下部。这些杂质不仅容易腐蚀管道及节流装置,还容易造成管道和节流装置的结垢、堆积堵塞等 一系列不可预想的后果,对冶金企业的生产和计量产生直接的影响。
 
2.焦爐煤氣測量存在的主要問題
全公司目前共有65套用于焦爐煤氣計量的測量設備,在測量過程中一次檢測元件多采用孔板類(標准孔板、圓缺孔板、噴嘴等)、巴類流量計或楔型流量計、錐型流量計。使用過程中,zui突出的幾個問題是:
2.1煤氣所産生的髒汙堵塞:煤氣中焦油粉塵和水的含量較高,很容易粘結沈積造成取壓孔堵塞,使流量計不能正常工作,由于焦煤管線難以停止使用,拆卸起來比較麻煩,工作量大,並在許多區域難以有檢修機會。
2.2工況不穩定:煤氣在管道輸送時不采用保溫措施,溫度和壓力變化較大,使流體的工況密度變化較大,而差壓式測量結果爲工況下的體積流量,不能反應實際情況。解決方法是同時測量焦爐煤氣溫度、壓力,對工況進行溫度、壓力補償,將工況流量換算成標況流量,這樣就增加了檢測通道,降低了整個系統測量的可靠性,如果溫度、壓力和流量有一個參數測量失准,整個流量測量失准。
2.3焦爐煤氣腐蝕性強,導致閥門受損嚴重、關閉不嚴,小流量、低流速煤氣在管道中通過,一般流量計無法測量到這種小流量,將影響到整個系統的數據平衡。
2.4安裝檢修和運輸:因爲孔板等節流裝置體積大,質量重,給安裝檢修和運輸帶來了一定困難。在安裝檢修過程中一般需要搭建支架和使用吊車,管道必須停氣,吹掃後方可進行,這樣不僅安裝檢修的難度高、工作量大,而且影響正常的生産。
2.5能源損耗大:當流體流過孔板節流裝置時都會有相應的壓力損耗,因此用戶也要爲此付出一定的經濟代價。
 
3.热式气体質量流量計測量原理
热式气体質量流量計是利用传热原理检测流量的仪表,即流动中的流体与热源之间热量交换关系来直接测量气体质量流量的仪表。热式气体質量流量計是基于金氏定律结合现代微电子技术新开发出的新型热式質量流量計,即利用流体流过发热物体时,发热物体的热量散失多少与流体的流量成一定的比例关系。具体来说,该流量计的传感器有两只标准级的RTD,只用来做热源,另一只用来测量流体温度,流体流过时,两者之间的温度差与流量的大小成非线性关系,该仪表就可以把这种关系转换为测量流量信号后线性输出。
利用熱擴散原理制造的流量計有兩種設計方法:基于恒溫差原理和基于恒功率原理。具有共同的數據模型,即:P/△T=A+B*QN。其中:P-功率,△T-兩個傳感器之間的溫差,Q-質量流量,N-指數系數,A、B是與氣體的熱性能有關的系數恒溫差原理:溫差ΔT保持不變,功率P與流體的流量Q成指數函數遞增的關系。恒功率原理:耗散功率P不變,溫度差△T與流體的流量Q成指數函數遞減的關系。
 
4.与传统流量计相比热式气体質量流量計具有的优势
4.1量程比宽,热式气体質量流量計就其原理来看仅与气体流速有关,其量程比可达1000:1,并在量程范围内能保证精度,较传统流量计相比更能胜任流量变化剧烈的工况。
4.2由于热式質量流量計直接在焦煤管道内测量流量,不需要引出焦炉煤气,因此可以避免焦煤含有的杂质堵塞差压式流量测量的导压管造成计量不准。
4.3安裝簡便,僅需要開一個孔,焊好安裝座即可,工作量小,不需要截斷管道。特殊型號支持在線插拔安裝,便于實際使用中維護以及檢定。
4.4热式气体質量流量計不需要温压补偿,直接测出气体流量,能胜任温度、压力变化大的工况。
4.5热式气体質量流量計直接输出标准信号,不需要额外计算,同时响应时间短,反映灵敏。
4.6壓損小,對直徑大于80mm的管道壓損可忽略不計。
 
5.热式气体質量流量計在实际中的应用为确定热式質量流量計测量的准确性,在大友佳能化工焦煤管道安装使用,具体测量工
況如表1所示。
从表1可以看出,大友佳能化工焦煤量测量属于小流量测量,使用焦煤的过程中,由于管道使用前期的高煤管道,管道管径较大,而大友佳能化工使用焦煤量较少,采用使用较多的差式测量方法,属于典型的大管径、小流量测量,测量误差较大,通过各种流量计利弊对照,zui终采用热式气体質量流量計进行测量.流量计从2013年3月中旬投入运行一直连续稳定地工作至今,同前期所使用的均速管流量计相比较,信号复现性好,未发现漂移等异常情况,测量趋势稳定(如图1所示)。由于煤气净化不够,一般其它类型检测元件很容易产生结垢、堵塞等问题。但热式气体質量流量計由于敏感元件很小(Φ3×37.5mm),故不易脏污和堵塞,且由于采用带球阀的插入式安装方式,可以不停气将传感器取出,在现场清洗后随即插入恢复工作,从使用情况看,一季度清洗检修一次,便可保证测量精度。
 
6.結束語
焦爐煤氣穩定、准確計量後,爲精細化管理、能源消耗、成本核算等提供准確、可靠的數據支撐,爲生産調度調配提供了有效保障,進一步提高各單位能源管理水平。因此熱式質量氣體流量計在焦爐煤氣上的應用可推廣至其他介質的流量測量。
 
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