氣體流量計(jì)

　　西安華恒儀表制造有限公司是主要生產(chǎn)流量計(jì)和變送器的儀 表廠家，擁有自主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和生產(chǎn)線。可以自主研發(fā)設(shè)計(jì)滿足 各行業(yè)、各環(huán)境下的高精度流量計(jì)。今天和大家分享一下氣體流量計(jì)。

　　一、 大管道氣體流量計(jì)在低溫余熱發(fā)電項(xiàng)目中開始應(yīng)用新型干法水泥工藝氣流活躍在整個(gè)生產(chǎn)過程中， 在窯系統(tǒng)中熱風(fēng)有一次風(fēng)、 二次風(fēng)、 三次風(fēng)， 還有冷卻機(jī)形成的大量熱風(fēng)， 在熱風(fēng)循環(huán)過程中一部分熱風(fēng)用于原料和煤粉的烘干， 還有一部分氣體則作為廢氣被排放在大氣中。 在 2500t/d、 5000t/d 等規(guī)模的水泥生產(chǎn).
 

　　線中為實(shí)現(xiàn)低溫廢氣綜合利用， 將其用于余熱發(fā)電和熱力管網(wǎng)。 低溫余熱發(fā)電主要利用在窯尾一級(jí)筒出口至排風(fēng)機(jī)的管道抽出的廢氣， 同時(shí)在冷卻機(jī)抽出一定流量的廢氣， 進(jìn)入 SP 余熱鍋爐和 AQC 余熱鍋爐， 余熱鍋爐出力， 各自產(chǎn)生壓力約1. 25MPa， 溫度約 250℃~300℃， 流量約 20t/h 的主蒸汽匯總進(jìn)入汽機(jī)， 汽機(jī)發(fā)出的電能并入工廠中壓電網(wǎng)。 在北方地區(qū)低溫余熱也用于熱力管網(wǎng)， 實(shí)現(xiàn)取暖和供熱。 低溫余熱發(fā)電是國家重點(diǎn)支持項(xiàng)目， 近幾年低溫余熱發(fā)電在不斷進(jìn)步及成熟， 并開始把此技術(shù)出口到泰國等國家。

　　入口廢氣溫度和流量是 SP 余熱鍋爐和 AQC 余熱鍋爐重要技術(shù)參數(shù)， 在溫度和流量的測(cè)定中， 流量的測(cè)定有一定的難度， 也日益迫切有待解決。 難度在于新型干法水泥生產(chǎn)線中， 熱風(fēng)管道的口徑大多是大于 500mm； 另被測(cè)的氣流是變化的， 還帶有一定的粉塵， 所測(cè)的介質(zhì)是包含氣固二相。 在流量測(cè)量規(guī)范中管道口徑大于 200mm 就屬于大口徑流量測(cè)量， 氣固二相的流量測(cè)量又是特殊范疇； 常用的氣體測(cè)量傳感器中一般帶有小孔， 熱風(fēng)中含有粉塵， 很容易造成測(cè)量傳感器的堵塞。 如何選用低溫余熱發(fā)電大管道的流量測(cè)量儀表是本文討論的重點(diǎn)。

　　二。 、 大管道氣體流量檢測(cè)儀表當(dāng)今我國倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)能型經(jīng)濟(jì)， 在此前提下，我所介紹的大管道氣體流量檢測(cè)儀表排除了壓損大、 運(yùn)行費(fèi)過高的節(jié)流裝置， 如傳統(tǒng)的孔板式流量計(jì)， 對(duì)大口徑的管道它需要大的安裝法蘭， 不僅笨重， 還有較大壓損， 運(yùn)行中磨損大， 費(fèi)用過高， ISO5167 的新標(biāo)準(zhǔn)還要求前直管段達(dá) 30~40D，現(xiàn)場(chǎng)很難滿足， 為此我們無法考慮采用這類儀表； 也不推薦價(jià)格過高的氣體超聲流量計(jì)。 在余熱發(fā)電工控系統(tǒng)中， 我建議采用取樣原理、 插入安裝方式， 通過測(cè)取管道中一點(diǎn)或多點(diǎn)的流速來推算流量的插入式流量計(jì)。 這類儀表的特點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡單、 性價(jià)比較高、 安裝維護(hù)方便、 重復(fù)性好， 但準(zhǔn)確度一般不高。 較典型的是差壓式均速管流量計(jì)和熱式流量計(jì)， 差壓式均速管流量計(jì)是在上世紀(jì) 60 年代末問世的， 它是基于伯努利能量守恒原則和皮托管測(cè)速原理發(fā)展起來的， 所謂皮托管測(cè)速實(shí)際是測(cè)量管道中圓管直徑上或矩形（菱形） 管長與寬上幾點(diǎn)的流速通過能量守恒原則推算出流量的一種插入式流量儀表， 此圓管或菱形管通常也稱檢測(cè)桿， 常用的是菱形， 但其背壓孔易堵塞， 影響其正常工作， 盡管可加裝粉塵過濾裝置， 但由于水泥工藝的特殊情況， 特別是大口徑的管道選用時(shí)需要格外小心。

　　熱式流量計(jì)則是利用傳熱原理， 以熱電阻為敏感元件， 當(dāng)流速高時(shí)將帶走更多的熱量， 降低了熱電阻溫度。 在測(cè)量橋路上熱電阻是作為橋路的一臂， 由于溫度變化引起阻值的變化， 這將破壞橋路的平衡， 為保持橋路的平衡， 加在反饋電路上的功率必須變化， 由它的變化能間接測(cè)定流量值。 它最大特點(diǎn)是可測(cè)量低于5m/s

　　的流速， 傳熱與流體質(zhì)量有關(guān)， 因此所測(cè)的流量為質(zhì)量流量。 從發(fā)展方向看如一旦能改進(jìn)熱式流量計(jì)的準(zhǔn)確度， 它將會(huì)有較大發(fā)展?jié)摿Γ?由于流量計(jì)的準(zhǔn)確度對(duì)低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)廢氣大管道的測(cè)量要求不是很高， 主要是重復(fù)性指標(biāo)， 故更適宜熱式流量計(jì)的推廣和選用。

　　三、 一種典型的熱式流量計(jì)美國 KURZ 儀表公司專業(yè)生產(chǎn)的熱式流量計(jì)， 包括 450 系列單點(diǎn)式測(cè)速熱式流量計(jì)和 K-BAR2000 系列多點(diǎn)式測(cè)速熱式流量計(jì)兩種， 其測(cè)速范圍是 0Nm/s~120Nm/s， 工作溫度最高可達(dá)+500℃， 工作壓力最高可達(dá) 2MPa， 重復(fù)性指標(biāo)為 0. 25%， 速度傳感器響應(yīng)時(shí)間為 1 秒， 溫度傳感器響應(yīng)時(shí)間為 3 秒， 插入式安裝， 可適合于 2. 5 寸以上管道。

　　熱式流量計(jì)的測(cè)量探頭有兩個(gè)傳感器， 一個(gè)是速度傳感器， 一個(gè)是溫度傳感器， 兩個(gè)傳感器都是基準(zhǔn)級(jí)鉑電阻傳感器。 鉑電阻固定在堅(jiān)固、 密封的不銹鋼套管中， 在測(cè)量電路中它們也作為測(cè)量橋路的兩個(gè)臂， 溫度傳感器在工作中測(cè)量被測(cè)氣體的溫度， 它作為參比溫度， 而速度傳感器被加熱， 并使其被加熱的溫度和參比溫度有一固定的溫差  T， 當(dāng)參比溫度變化， 則  T 也隨著變化， 可以通過加熱功率的變化來測(cè)量氣體的質(zhì)量流量。

　　加熱功率 P， 溫差  T， 質(zhì)量流量 qm 之間的關(guān)系如下：

　　P/ T=K1+K2（qmK3） 其中 K1， 、 K2、 K3 是與氣體物性等有關(guān)的常數(shù)。  T一般控制在 55℃恒定值， 則通過測(cè)量 P（I） 就能計(jì)算出管道內(nèi)的質(zhì)量流量 qm.四。 低溫余熱發(fā)電選用熱式流量計(jì)幾個(gè)方面對(duì)于水泥行業(yè)特殊的氣體狀況， 在選用熱式流量計(jì)必須要考慮以下幾方面：

　　1. 測(cè)單點(diǎn)流速還是測(cè)多點(diǎn)流速一根插入的檢測(cè)桿可以測(cè)大管道中某一點(diǎn)的流速， 如 450 系列； 也可測(cè)多點(diǎn)的流速， 它可反映管道內(nèi)多點(diǎn)的流速分布， 如K-BAR2000 系列。 考慮到投資的因素， 另單點(diǎn)測(cè)量通過補(bǔ)償修正也可推算出大管道的平均流速。 故筆者建議余熱發(fā)電系統(tǒng)還是用 450 系列單點(diǎn)式測(cè)速熱式流量計(jì)。

　　2. 提供正確的流量和管道數(shù)據(jù)選用熱式流量計(jì)時(shí)， 一定要正確提供給制造商流量、 溫度、 壓力等數(shù)據(jù)和管道尺寸和管道布置情況， 包括直管段的大小和管配件情況， 流量計(jì)供貨商可確定插入位置、 插入深度和不同耐溫等級(jí)的檢測(cè)桿。 理論上測(cè)量管道必須確保有前 10 后 5 的直管段長度， 但現(xiàn)場(chǎng)情況是實(shí)現(xiàn)不了的，供貨商會(huì)根據(jù)具體管道布置確定補(bǔ)償修正方案。

　　3. 正確選擇檢測(cè)桿前述在低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中廢氣流量是變化的， 還帶有一定的粉塵， 為此確定檢測(cè)桿的材質(zhì)和傳感器的材質(zhì)是非常重要的， 余熱發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)選耐磨的哈氏合金探頭， 檢測(cè)桿長度也必須根據(jù)管道的資料確定。

　　4. 校驗(yàn)和修正大管道氣體流量檢測(cè)儀表的精度一般不高， 但已能滿足工控的要求， 450 系列單點(diǎn)式的精度為1%的讀數(shù)， 由于流速大小直接影響傳熱的快慢，間接影響測(cè)量準(zhǔn)確度， 故其1%的讀數(shù)后還要加上 0. 1Nm/s 的附加值。 管道內(nèi)氣體的流速分布是影響流量測(cè)量的準(zhǔn)確度的主要因素， 對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)盡量使流速

　　分布對(duì)稱于軸線， 即充分發(fā)展紊流， 只有這樣， 僅測(cè)幾點(diǎn)的流速才能推算流經(jīng)整個(gè)截面的流量。

　　熱式流量計(jì)在出廠前已通過風(fēng)洞標(biāo)定， 在現(xiàn)場(chǎng)投入運(yùn)行前， 供貨商會(huì)根據(jù)具體管道的外形和直接， 通過網(wǎng)格法測(cè)量前管段某一位置， 不同插入深度的約十幾個(gè)點(diǎn)的流速， 并通過積累的經(jīng)驗(yàn)公式推算出平均流速的補(bǔ)償值， 確保了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

　　5. 重復(fù)性在余熱發(fā)電的自動(dòng)化系統(tǒng)中， 熱式流量計(jì)只是在某一工藝點(diǎn)提供信息源的檢測(cè)環(huán)節(jié)， 它的輸出所反映的氣體流量信息， 并不要求是某一確切值， 而應(yīng)是正確無誤地反映流量的變化， 如測(cè)定 SF 鍋爐的進(jìn)口廢氣量并不一定是風(fēng)量的確切值， 我們主要看它在工藝過程中的變化， 通過調(diào)節(jié)以保持風(fēng)量的恒定。 這里要求熱式流量計(jì)工作可靠， 其輸出與流量存在的單值函數(shù)關(guān)系不隨意變化， 即重復(fù)性較好就可以了。 一般來講直管段達(dá)不到要求的情況下， 重復(fù)性可做到0. 25%， 而誤差可能超過 3%. 6. 加裝必要的吹掃裝置由于廢氣帶有一定的粉塵，筆者建議在現(xiàn)場(chǎng)加裝必要的檢測(cè)桿吹掃裝置， 以確保插入式熱式流量計(jì)正常工作， 供貨商有專用的檢測(cè)桿的可供選擇。

　　五、 結(jié)論 1. 我國水泥行業(yè)當(dāng)今大力推廣廢棄物綜合和低溫余熱發(fā)電， 十一五 期間新型干法水泥生產(chǎn)線 40%要上低溫預(yù)熱發(fā)電。

　　2. 低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中， 入口廢氣溫度和流量是 SP 余熱鍋爐和 AQC 余熱鍋爐重要技術(shù)參數(shù)， 在低溫余熱發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)中， 采用結(jié)構(gòu)簡單的插入式熱式流量計(jì)測(cè)量廢氣流量有諸多的優(yōu)勢(shì)。 另外在水泥生產(chǎn)流程中， 也可用插入式熱式流量計(jì)監(jiān)控如窯系統(tǒng)和立磨系統(tǒng)的廢氣流量。

　　3. 由于水泥工藝中廢氣含粉塵， 而且在大管道以一定的流速流動(dòng)， 在選用時(shí)務(wù)必與熱式流量計(jì)供貨商量身定制 ， 并確定直接安裝時(shí)每一細(xì)節(jié)， 有些必要的附件一定要在定貨時(shí)確定。

　　4. 目前插入式熱式流量計(jì)在國內(nèi)其他行業(yè)， 如電廠、 鋼廠、 有色冶金等已較多采用， 并取得了較好的效果。 氣體流量計(jì)熱式氣 體流量計(jì)用于 水泥廠低溫余 熱發(fā)電一、 大 管道氣體流量 計(jì)在低溫余熱 發(fā)電項(xiàng)目中開 始應(yīng)用新型干 法水泥工藝氣 流活躍在整個(gè) 生產(chǎn)過程中， 在窯系統(tǒng)中熱 風(fēng)有一次風(fēng)、 二次風(fēng)、 三次 風(fēng)， 還有冷卻 機(jī)形成的大量 熱風(fēng)， 在熱風(fēng) 循環(huán)過程中一 部分熱風(fēng)用于 原料和煤粉的 烘干，

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