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热式质量流量计在煤气测量中的应用

作者:江苏创辉自动化仪表有限公司
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.焦炉煤气测量存在的主要问题
全公司目前共有65套用于焦炉煤气计量的测量设备,在测量过程中一次检测元件多采用孔板类(标准孔板、圆缺孔板、喷嘴等)、巴类流量计或楔型流量计、锥型流量计。使用过程中,zui突出的几个问题是:
2.1煤气所产生的脏污堵塞:煤气中焦油粉尘和水的含量较高,很容易粘结沉积造成取压孔堵塞,使流量计不能正常工作,由于焦煤管线难以停止使用,拆卸起来比较麻烦,工作量大,并在许多区域难以有检修机会。
2.2工况不稳定:煤气在管道输送时不采用保温措施,温度和压力变化较大,使流体的工况密度变化较大,而差压式测量结果为工况下的体积流量,不能反应实际情况。解决方法是同时测量焦炉煤气温度、压力,对工况进行温度、压力补偿,将工况流量换算成标况流量,这样就增加了检测通道,降低了整个系统测量的可靠性,如果温度、压力和流量有一个参数测量失准,整个流量测量失准。
2.3焦炉煤气腐蚀性强,导致阀门受损严重、关闭不严,小流量、低流速煤气在管道中通过,一般流量计无法测量到这种小流量,将影响到整个系统的数据平衡。
2.4安装检修和运输:因为孔板等节流装置体积大,质量重,给安装检修和运输带来了一定困难。在安装检修过程中一般需要搭建支架和使用吊车,管道必须停气,吹扫后方可进行,这样不仅安装检修的难度高、工作量大,而且影响正常的生产。
2.5能源损耗大:当流体流过孔板节流装置时都会有相应的压力损耗,因此用户也要为此付出一定的经济代价。
 
3.热式气体质量流量计测量原理
热式气体质量流量计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。热式气体质量流量计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质量流量计,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。
利用热扩散原理制造的流量计有两种设计方法:基于恒温差原理和基于恒功率原理。具有共同的数据模型,即:P/△T=A+B*QN。其中:P-功率,△T-两个传感器之间的温差,Q-质量流量,N-指数系数,A、B是与气体的热性能有关的系数恒温差原理:温差ΔT保持不变,功率P与流体的流量Q成指数函数递增的关系。恒功率原理:耗散功率P不变,温度差△T与流体的流量Q成指数函数递减的关系。
 
4.与传统流量计相比热式气体质量流量计具有的优势
4.1量程比宽,热式气体质量流量计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由于热式质量流量计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安装简便,仅需要开一个孔,焊好安装座即可,工作量小,不需要截断管道。特殊型号支持在线插拔安装,便于实际使用中维护以及检定。
4.4热式气体质量流量计不需要温压补偿,直接测出气体流量,能胜任温度、压力变化大的工况。
4.5热式气体质量流量计直接输出标准信号,不需要额外计算,同时响应时间短,反映灵敏。
4.6压损小,对直径大于80mm的管道压损可忽略不计。
 
5.热式气体质量流量计在实际中的应用为确定热式质量流量计测量的准确性,在大友佳能化工焦煤管道安装使用,具体测量工
况如表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终采用热式气体质量流量计进行测量.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。但热式气体质量流量计由于敏感元件很小(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.结束语
焦炉煤气稳定、准确计量后,为精细化管理、能源消耗、成本核算等提供准确、可靠的数据支撑,为生产调度调配提供了有效保障,进一步提高各单位能源管理水平。因此热式质量气体流量计在焦炉煤气上的应用可推广至其他介质的流量测量。
 
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