摘要：焦化廠在外供煤氣管道上安裝插入式渦街流量計(jì),經(jīng)嚴(yán)格的參數(shù)設(shè)置,投入使用。與孔板流量計(jì)和羅茨流量計(jì)相比,在流速大于5m/s時(shí)渦街流量計(jì)的精度較高,并具有測(cè)量范圍寬,安裝、維修方便,清洗、維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)。
隨著我國(guó)城市煤氣的不斷發(fā)展,一些冶金焦化廠的焦?fàn)t煤氣向供民用煤氣的方向發(fā)展。因此,煤氣計(jì)量問(wèn)題變得比較突出,對(duì)煤氣計(jì)量的精度要求也越來(lái)越高。過(guò)去一般采用差壓流量裝置,80年代初開始采用渦街流量計(jì)測(cè)量焦?fàn)t煤氣流量。
1孔板流量裝置
孔板流量計(jì)量系統(tǒng)一般由標(biāo)準(zhǔn)孔板、差壓變送器、開方器及比例積算器組成,是目前應(yīng)用比較廣泛的流量計(jì)量方法之一,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),目前已形成了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。焦化廠外供煤氣在1985年以前一直采用孔板流量計(jì)進(jìn)行焦?fàn)t煤氣的計(jì)量,在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有以下不足:(1)因煤氣為濕氣體,冬季保溫不好時(shí)孔板易凍,影響計(jì)量裝置正常工作。(2)焦?fàn)t煤氣中成分復(fù)雜,含有焦油、萘等多種雜質(zhì),長(zhǎng)期使用會(huì)使孔板孔徑結(jié)污變小,銳邊被臟物復(fù)蓋,直接影響計(jì)量精度。另外導(dǎo)壓管堵塞的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。(3)因煤氣受溫度、壓力、密度影響較大。一般中小型焦化廠在設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮補(bǔ)償問(wèn)題。因此,冬夏兩季測(cè)量誤差較大。(4)孔板流量計(jì)適用于穩(wěn)定、連續(xù)工作。其量程比為1∶3。(5)孔板流量計(jì)至少每年要清洗一次,清洗時(shí)必須停產(chǎn)。對(duì)于一些大管道拆裝相當(dāng)困難,中小型企業(yè)難以具備孔板裝配能力,有的一安裝而訂終身,難以滿足計(jì)量要求。
2渦街流量計(jì)
2.1渦街流量計(jì)的工作原理
渦街流量計(jì)屬于流體振動(dòng)式流量計(jì),在管道內(nèi)紊亂流動(dòng)的介質(zhì)撞到非線性擋體(發(fā)生器)上,擋體的形狀和紊流速度是兩個(gè)決定參數(shù)。當(dāng)流體流經(jīng)擋體時(shí),在擋體兩側(cè)交替地分離出漩渦,形成“卡門渦街現(xiàn)象”見(jiàn)圖1。卡門渦街的頻率與流速成正比。在流體中插入柱狀物體時(shí)頻率與流體流速的關(guān)系可用式(1)表示:
式中f——漩渦頻率;V——管道內(nèi)平均流速;d——柱狀擋體迎流面寬度;D——流體所在管道內(nèi)徑;St——斯特羅哈爾數(shù),在雷諾數(shù)104～106范圍內(nèi)為無(wú)量綱常數(shù)。
由式1可見(jiàn),通過(guò)測(cè)量渦街頻率,就可算出流速V,再由流速求出流量Q。當(dāng)漩渦在柱體兩側(cè)產(chǎn)生時(shí),柱體受到與流向垂直的交變升力的作用,升力的變化頻率就是漩渦頻率。利用埋設(shè)在柱體內(nèi)的壓電檢測(cè)原件測(cè)出升力的變化,將升力的變化轉(zhuǎn)為電的頻率信號(hào),輸送到轉(zhuǎn)換器,再進(jìn)行放大和整形,形成頻率與電流成正比的模擬電壓或電流可以進(jìn)行瞬時(shí)指示或累和計(jì)算,見(jiàn)圖2。
2.2渦街流量計(jì)的特點(diǎn)
渦街流量計(jì)的特點(diǎn)是:(1)渦街流量計(jì)體積小,重量輕,安裝方便,可以不停產(chǎn)安裝、拆卸、清洗和維修。(2)測(cè)量范圍寬,量程比可達(dá)1∶10,幾乎不受介質(zhì)溫度、壓力、密度的影響。可以測(cè)量空氣、氧氣、煤氣、蒸汽、水和低粘度的其他流體。測(cè)量時(shí)氣體流速應(yīng)大于5m/s,水的流速應(yīng)在0.5～6m/s之間。(3)管道系統(tǒng)振動(dòng)有可能疊加到漩渦分離頻率上,這將使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確,在小流量時(shí)干擾特別突出。
3渦街流量計(jì)的應(yīng)用
3.1渦街流量計(jì)的安裝
焦化廠三組六六型焦?fàn)t,向棗莊市供應(yīng)煤氣10萬(wàn)m3/d。1990年10月在外供煤氣管道上帶壓不停產(chǎn)安裝了雙發(fā)生體CWL-G104C-1插入式渦街流量計(jì),整個(gè)安裝過(guò)程從開口焊接到參數(shù)設(shè)置調(diào)試完成僅用3h。
3.2現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試
3.2.1儀表常數(shù)的計(jì)算儀表出廠時(shí)已給出了探頭插入管道中心的儀表常數(shù),安裝時(shí)只需按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件換算成儀表流量常數(shù)KQ即可。為此,需進(jìn)行流場(chǎng)修正和阻塞修正換算:
KQ=KV/TUA(2)
式中KQ——儀表常數(shù);KV——儀表出廠時(shí)的標(biāo)定常數(shù);T——流場(chǎng)修正系數(shù);U——阻塞修正系數(shù);A——管道內(nèi)斷面面積,A=πD2/4。
流場(chǎng)修正系數(shù)α可按下式計(jì)算:
式中θ——管道內(nèi)平均突出物高度,mm;Re——雷諾準(zhǔn)數(shù),Re=354×10-3qDV;q——體積流量,m3/s;V——工作狀態(tài)下介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘度,m2/s。
阻塞修正系數(shù)U按下式計(jì)算:
式中d——插入桿直徑,mm;D——管道內(nèi)徑,mm。
3.2.2由不銹鋼探頭引起的流量修正系數(shù)KT為:
KT=1-4.8×10-5(T-20)(5)
式中T——使用狀態(tài)下的溫度。
3.2.3K′Q值的換算
測(cè)量煤氣時(shí),需要把儀表顯示值換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)P=101325Pa,T=20℃的流量,并對(duì)儀表常數(shù)進(jìn)行溫度壓力修正:
式中P——使用狀態(tài)下的壓力,Pa;T——使用狀態(tài)下的溫度,℃。
根據(jù)上述計(jì)算值設(shè)置流量計(jì)積算儀的常數(shù)開關(guān)。
4對(duì)比標(biāo)定
氣源廠、煤氣公司和儀表制造廠三家共同對(duì)渦街、孔板、羅茨三種流量計(jì)進(jìn)行了對(duì)比標(biāo)定。三種儀表的安裝位置見(jiàn)圖3,標(biāo)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表。
從計(jì)量裝置的角度出發(fā),羅茨流量計(jì)是容積式,計(jì)量值在小流量時(shí)比渦街和孔板流量計(jì)高。從表中看出流速低于5m/s時(shí)羅茨表計(jì)量值高于渦街和孔板流量計(jì),說(shuō)明渦街和孔板流量計(jì)在流速低時(shí)計(jì)量值偏低。高流速時(shí)渦街流量計(jì)的量值大于羅茨流量計(jì)的顯示值,說(shuō)明渦街流量計(jì)在流速大于5m/s才能發(fā)揮理想計(jì)量性能。從工藝上看出,渦街流量計(jì)在羅茨表之前,無(wú)旁通,無(wú)泄漏。而羅茨表前有干脫設(shè)備,煤氣中的一些雜質(zhì),已被過(guò)濾,再加上閥門的泄漏,因此,羅茨表計(jì)量值低于渦街流量計(jì)是正常的。
5結(jié)語(yǔ)
5.1對(duì)渦街流量計(jì)的跟蹤對(duì)比和數(shù)據(jù)分析表明,在流量正常情況下,渦街流量計(jì)精度比孔板高。在低流速或間斷供氣時(shí),流量計(jì)量值偏低,有時(shí)有失準(zhǔn)現(xiàn)象。
5.2渦街流量計(jì)拆裝,維護(hù)方便,清洗、維護(hù)費(fèi)用低,不會(huì)因拆裝、檢修而影響生產(chǎn)。
5.3在煤氣溫度較低時(shí),渦街探頭易結(jié)萘及臟物,實(shí)際使用時(shí)應(yīng)加以注意。
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