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鋼鐵廠的二次能源主要有高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣3種，這3種氣體燃料約占鋼鐵廠總能耗的30-40%。因此，合理使用二次能源，對(duì)鋼鐵廠的節(jié)能降耗有著十分重要的意義。某鋼廠在高爐熱風(fēng)爐技術(shù)改造XA 中，采用新技術(shù)、節(jié)能型計(jì)量?jī)x表替代高耗能的孔板計(jì)量裝置，獲得了良好的效果。通過這一改造，既解決了計(jì)量不準(zhǔn)的問題又節(jié)約了能源。

GB17167《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》規(guī)定，煤氣計(jì)量準(zhǔn)確度不低于2級(jí)，空氣計(jì)量準(zhǔn)確度不低于2.5級(jí)。為了滿足這一規(guī)定，此次技術(shù)改造要求煤氣總管及煤氣分管和助燃空氣總管及其分管都要分別計(jì)量，以期解決過去高爐煤氣計(jì)量不準(zhǔn)、助燃空氣不計(jì)量的落后局面。

煤氣流量計(jì)量常用的計(jì)量?jī)x表是差壓式節(jié)流裝置，其中以標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)用為最多，此外就是巴類流量計(jì)即均速管流量計(jì)。目前市場(chǎng)上常見的幾種均速管流量計(jì)有威力巴、阿牛巴以及德爾塔巴。均速管流量計(jì)與孔板相比較，其最大的特點(diǎn)是易安裝、少維護(hù)、壓損小、能耗低、精度高、磨損少。而這些特點(diǎn)正是我們所需要的。通過市場(chǎng)調(diào)研并與冶金同行交流后，我們選用了西安三聯(lián)測(cè)控設(shè)計(jì)制造的均速管德爾塔巴流量計(jì)作為這次技改的計(jì)量?jī)x表。

1 均速管流量計(jì)簡(jiǎn)介

   1.1 工作原理

流量計(jì)是基于皮托管測(cè)量流體高低壓的基本原理，由單孔演變成多孔的測(cè)量方式（引壓孔分布在管道內(nèi)徑上）。由于管內(nèi)流速中間快、兩側(cè)慢，不同流速產(chǎn)生的壓力在測(cè)量管內(nèi)取平均。均速管即由此而得名。

流量探頭的測(cè)量原理如圖，所示。將一根中空金屬桿沿直徑插入管道中，采用等面積法，在桿的迎流面和背流面制有成對(duì)的測(cè)壓孔，一般來說是兩對(duì)或多對(duì)。

圖1 測(cè)量原理圖

迎流面的多點(diǎn)測(cè)壓孔測(cè)量的是總壓，背流面測(cè)量的則是靜壓，利用測(cè)量流體的總壓與靜壓之差（d_p）來測(cè)量流量。

1.2 質(zhì)量流量的計(jì)算

流量計(jì)計(jì)算流量的方法與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS05167-1中的方法相似，其計(jì)算公式如下：

（1）

式中，qm為質(zhì)量流量，kg/s；ζ為探頭阻斷系數(shù)；ε為流體膨脹系數(shù)；d為管道內(nèi)徑，m；dp為差壓，Pa；ρB為介質(zhì)工況下密度，kg/m³。

公式中阻斷系數(shù)ζ是一個(gè)只與探頭結(jié)構(gòu)有關(guān)、而與流體或介質(zhì)無關(guān)的參數(shù)。ζ與流量系數(shù)k的關(guān)系如下：

 （2）

膨脹系數(shù)ε在流量測(cè)量過程中，是用來定義壓力損失對(duì)介質(zhì)密度的影響量。對(duì)于不可壓縮性介質(zhì)如液體，其膨脹系數(shù)是1。對(duì)于可壓縮的介質(zhì)，如氣體、蒸汽，隨著管道內(nèi)壓力損失的增加和管道內(nèi)靜壓力的減小，膨脹系數(shù)將從1開始，按比例下降。

因?yàn)榱髁刻筋^只會(huì)引起極小的壓力損失，所以膨脹系數(shù)在大多數(shù)情況下非常接近于1。因此，在計(jì)算過程中，膨脹系數(shù)ε經(jīng)常被假定為一個(gè)常數(shù)。這個(gè)常數(shù)選取最大流量的2/3時(shí)的ε值，并按下面公式計(jì)算：

（3）

  1.3 帶溫壓補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)算

帶溫壓補(bǔ)償?shù)臍怏w和蒸汽的流量由下式計(jì)算：

 （4）

式中，q_mD為流量探頭計(jì)算書中質(zhì)量流量（設(shè)計(jì)狀態(tài)），后面的開方項(xiàng)是來自于差壓變送器的輸出信號(hào)，即流量的百分比。中間開方項(xiàng)是考慮了溫壓補(bǔ)償，它是理想氣體的溫壓補(bǔ)償運(yùn)算。

溫壓補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)是被測(cè)介質(zhì)在溫度和壓力偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，其密度發(fā)生了變化。因此，通過理想氣體公式可以對(duì)蒸汽或者其它氣體進(jìn)行密度計(jì)算，從而達(dá)到溫壓補(bǔ)償?shù)哪康?。密度?jì)算公式如下：

式中，下標(biāo)為D的是指設(shè)計(jì)值，下標(biāo)為B的指工況值。

1.4 測(cè)量系統(tǒng)

測(cè)量系統(tǒng)由流量傳感器、閥組、在線吹掃裝置、差壓變送器和DCS系統(tǒng)組成（見圖2）。運(yùn)行時(shí)，將流量探頭測(cè)得的差壓、溫度和壓力信號(hào)（4-20mA）送至控制室盤后，采集到DCS系統(tǒng)中進(jìn)行模塊化組態(tài)，最終轉(zhuǎn)換成帶溫壓補(bǔ)償?shù)模ㄐ枰獣r(shí)）質(zhì)量流量（或體積流量）。

圖2 測(cè)量系統(tǒng)示意圖

2 流量計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

均速管流量計(jì)與孔板相比較，我們認(rèn)為該流量計(jì)有以下6個(gè)方面的技術(shù)特點(diǎn)。

（1）應(yīng)用廣泛

可測(cè)量氣體，液體和蒸汽，不受介電常數(shù)限制，可以滿足同一工程中不同被測(cè)介質(zhì)的測(cè)量需要。

 （2）管道動(dòng)力損失小、運(yùn)行成本低

探頭的壓力損失僅有孔板的2-5%，節(jié)能效果十分明顯。而加裝流量計(jì)的根本目的是節(jié)能降耗，因此運(yùn)行時(shí)的耗能即壓力損失一直是我們的關(guān)注點(diǎn)之一。

（3）安裝維護(hù)簡(jiǎn)單

流量計(jì)安裝為開孔安裝無需斷開管道，較同規(guī)格的孔板安裝可節(jié)省90%的時(shí)間，而且費(fèi)用低。根據(jù)安裝需要還可以實(shí)現(xiàn)在線開孔安裝和進(jìn)行在線拆卸與維護(hù)，這一特點(diǎn)對(duì)煤氣測(cè)量非常重要。

（4）防堵性能好

對(duì)于煤氣等帶有顆粒的介質(zhì)，堵的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，是一個(gè)不好解決的問題。流量計(jì)在保證小壓損高強(qiáng)度的同時(shí)，引壓孔達(dá)到8mm，使探頭具有自清洗的防堵功能。而對(duì)于具有高密度的塵埃物質(zhì)的被測(cè)介質(zhì)，還可以加裝在線吹掃裝置，以保障惡劣工況下的正常使用。

（5）高精度

西安三聯(lián)SLFS系列均速管德爾塔巴流量計(jì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)試，最新的數(shù)據(jù)表明，該流量計(jì)在直管段為7ID（ID管道內(nèi)徑）時(shí)，測(cè)量精度優(yōu)于1%，重復(fù)性優(yōu)0.1%，滿足了熱風(fēng)爐實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及安裝條件下所選用流量計(jì)的準(zhǔn)確度需要。

（6）探頭截面創(chuàng)新、差壓大

特別的探頭截面設(shè)計(jì)，使流量計(jì)具有壓損小、差壓大的效果，量程比達(dá)到30：1，且可實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)量；探頭有明顯的高低壓分界點(diǎn)和加速段，加速段對(duì)流體產(chǎn)生平均3倍的加速效果，因此可以產(chǎn)生大而穩(wěn)定的差壓。

3 應(yīng)用效果

項(xiàng)目實(shí)施過程主要有以下幾個(gè)方面：流量計(jì)選型方案的確定、流量計(jì)的安裝、精度分析與節(jié)能分析。

3.1 流量計(jì)選型方案的確定

根據(jù)流量計(jì)廠家西安三聯(lián)測(cè)控選型要求，我們提供了介質(zhì)、流量、溫度和壓力、管內(nèi)徑及壁厚和管道方向等工藝參數(shù)。據(jù)此獲得選型方案如表1所示。

上述方案基于以下考慮：

（1）由于高爐煤氣含有較多的粉塵，采用在線可插拔結(jié)構(gòu)方便維護(hù)拆裝。后經(jīng)廠家建議加裝了帶差壓保持功能的在線吹掃裝置。實(shí)踐證明，有了在線吹掃裝置后，大大減少了拆出探頭的維護(hù)工作量。

（2）煤氣總管和分管直管段足夠長(zhǎng)（大于廠家規(guī)定的前4ID后3ID），流體在管道中的分布基本對(duì)稱，因此，采用了部分插入探頭（約為全部插入長(zhǎng)度的1/3），使單臺(tái)購(gòu)置成本減少了約2/5。

（3）助燃空氣粉塵較少，采用非在線插拔結(jié)構(gòu)一次性安裝，且由于垂直分管直管段較短，探頭選擇為全插長(zhǎng)度，以保證較高的測(cè)量精度。

3.2 流量計(jì)安裝

根據(jù)西安三聯(lián)測(cè)控提供的安裝方案（包括安裝示意圖、安裝步驟、安裝注意事項(xiàng)、信號(hào)設(shè)置），以保證流量計(jì)的安裝符合規(guī)定的要求。安裝中需要注意的問題如下：

（1）盡可能地將探頭安裝在上游沒有閥門的管線上，因?yàn)殚y門對(duì)流體的干擾最大，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量精度。

（2）差壓變送器應(yīng)高于探頭輸出位置安裝，以免造成引壓管中積存冷凝液影響測(cè)量效果。

（3）根據(jù)廠家安裝要求，達(dá)到1%測(cè)量精度的直管段長(zhǎng)度是前4ID后3ID，安裝時(shí)應(yīng)盡可能的滿足。當(dāng)直管段不滿足要求時(shí)，探頭的安裝位置采用前2/3后1/3實(shí)際直管段長(zhǎng)度的分布方式，有利于保證測(cè)量效果。

4 結(jié)束語

在煤氣測(cè)量和助燃風(fēng)測(cè)量中，流量?jī)x表的選型是關(guān)鍵一環(huán)。在當(dāng)今流量?jī)x表種類繁多的情況下，差壓式流量計(jì)的選型應(yīng)盡量滿足以下5方面的要求：

（1）重復(fù)性要好（優(yōu)于0.1%），準(zhǔn)確度要高（0.5%-1.0%），量程比要寬（30：1）；
   （2）相同精度情況下對(duì)直管段的要求要低；
   （3）壓力損失小，耗能要低；
   （4）流量計(jì)本身具有防堵能力，性能要長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠耐用；
   （5）安裝維護(hù)簡(jiǎn)單費(fèi)用要低，且能滿足不停車檢修的特殊需要。

通過技術(shù)改造，已有的使用情況和測(cè)試結(jié)果證明，均速管流量計(jì)能較好地全面滿足差壓式流量計(jì)選型的這些基本要求。并且在直管段少，介質(zhì)比較臟的情況下具有較好的適用性。

均速管流量計(jì)的應(yīng)用，為我們解決了孔板測(cè)量精度低、維護(hù)不便（必須停產(chǎn)）、壓損大能耗高的問題，對(duì)鋼鐵廠合理使用二次能源、節(jié)能降耗有著十分重要的意義，給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是可觀的。

熱風(fēng)爐計(jì)量系統(tǒng)改造投運(yùn)兩年多以來，計(jì)量精度較高，數(shù)據(jù)可靠，測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度維持在2%左右，達(dá)到了技術(shù)改造目標(biāo)