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热式气体质量流量计在氧气放散计量上的应用

作者:江苏创辉自动化仪表有限公司
在钢铁行业生产中氧气是必不可少的载能工质,炼钢吹氧,炼铁富氧等工艺应用于整个钢铁生产中。制氧机是连续性生产,负荷调整范围较小,调整耗时长与炼钢间歇用氧量、炼铁炉况不顺时大量减少富氧等情况造成氧气供需量产生矛盾,供大于求,为了维持制氧机的正常生产所以经常出现氧气放散的情况。但是在实际生产过程中氧气放散量却很少有计量,大多记录氧气放散时间用来参考或是以其他方法间接计量。为了追求精细化管理,对能源消耗、成本核算等能有准确数据做支撑,因此在氧气放散管路上增加流量计用于统计氧气放散量成为许多企业新的需要。下面介绍一下热式气体质量流量计在实际中的使用。
 
1.热式气体质量流量计的工作原理
热式气体质量流量计典型传感元件包括两个热电阻(铂RTD),一个是速度传感器,一个是自动补偿气体温度変化的温度传感器。当这两个RTD被置于介质中时,其中速度传感器被加热到环境温度以上的一个恒定的温差,另一个温度传感器用于感应介质温度流经速度传感器的气体质量流量是通过传感元件的热传递量来计算的。气体速率增加,传感器传递给介质的热量增多,因此需要供给更多的功率,而电子单元加热RTD的功率与质量流量成一定的对应关系。热式气体质量流量计是气体流量计量中新型仪表,区别于其它气体流量计不需要进行压力和温度修正,直接测量气体的质量流量,一支传感器可以做到量程从极低到高量程。它适合单一气体和固定比例多组份气体的测量。它依据的原理是流体吸收热的速度直接与质量流量相关。移动的气体分子撞击热电阻时吸收带走热量,流率越大,接触热电阻的分子越多,吸收的热量越多,热吸收与某种气体的分子数,热学特性和流动特性有关。
十世纪八十年代,美国、英国等开始制造基于这一原理的热式气体质量流量计,开始在各种领域得到广泛应用,成为先进的气体流量计。
 
2.氧气放散计量用流量计的选型
实际生产中氧气放散的量是受用户制约的,例如铁行业中炼铁的高炉富氧是用氧大户,如果遇到高炉短时间炉况波动需要减少或停止富氧量,与此相配合的炼钢系统由于缺少铁水无法继续生产,加之制氧机制氧能力的限制,往往会造成氧气大量放散。此种情况下出现了停制氧机氧气缺口太大、而且制氧机再启动耗时过长,短时间内无法供应氧气的尴尬境界,为了维持连续生产就不得不使氧气放散。由于外部用氧单位的用氧需求不确定性,导致氧气放散量的不确定。因此氧气放散量的不确定且变化快是氧气放散的一大特点。在实际生产中氧气放散量的计量又受氧气放散时氧气工艺生产的制约有如下的特殊要求:
2.1氧气放散时由于实际放散量不确定,通常随管压力变化在一个大范围内波动,变化频繁。氧气放散量不确定、变化大的这特点要求流量计具有大量程比,同时在整个量程范围内需要保证测量精度,不论是在高流量时或是低流量时均要求能保证测量精度
2.2氧气放散流量计对安装的要求较高,为了避免在安装后金属碎屑在氧气中燃烧爆炸要求流量计尽可能减少安装碎屑。
2.3氧气放散流量计安装于放散管道上,紧急情况下氧气放散管道是制氧机迅速排出氧气的唯一出口,因此要求流量的压损尽可能的小,以尽可能减少流量计对氧气放散时的阻碍。
2.4氧气放散过程中流量、压力变化剧烈,氧气流速变化剧烈,因此要求流量计有足够的强度以保证安全。如果在放散过程中出现流量计断裂后果将不堪设想。
2.5氧气放散大多为后改造安装,受场地、管道等限制因素较多,因此,要求氧气放散流量计易于安装,同时对直管段要求不高的流量计。与此同时受放散阀安装位置的影响,氧气放散流量计应能满足适应能放散阀前后不同工作状态的能力。
在氧气放散用流量计的选用上kpl比赛下注首先考虑的是传统的节流式流量计。节流式流量计技术成熟应用zui为广泛,但是其压损大、安装工作量大、需要后续温压补偿、在低流速下精度低等缺陷导致其不易在氧气放散计量中使用。新一代的威力巴、威锥流量计有着安装简单、压损小的特点,但是其同样存在在低流速是精度低、流量计属中空结构形式会出现折断的情况,出于安全考虑也不能选择此种流量计。其他容积式、转子式流量计均因这些流量计在接触氧气部分有易损件而不能选择。经多方面考虑,kpl比赛下注选用热式质量流量计作为氧气放散用计量装置。
与传统流量计相比热式气体质量流量计具有的优势:
a.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,因此其量程比为1000.1,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変化剧烈的工况。±1%的测量精满足实际精度要求。
b.安装简便,仅需要开一个孔,焊好安装座即可,工作量小,不要断管道。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。
c.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。特别是可以安装在放散后直接对大气的管路上,对安装场地有所限制的情况下,放散后压力、温度变化剧烈且不确定的情况下能有良好的表现。
d.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。
e.压损小,对直径大于80mm的管道压损可忽略不计。正式基于上述的原因考虑kpl比赛下注选择热式质量流量计用于氧气放散的计量。
 
3.热式气体质量流量计在实际中的应用
热式气体质量流量计在流量、温度、压力变化大的场合,同时其可测量大口径小流量的场合,zui大可测量直径4米的管道,管道压损小,它适合单一气体和固定比例多组份气体的测量,但是对气体中含有气液两相成分的气体测量对其精度影响较大。流量计本身为不锈钢材质制成,强度较高,能适用流速变化较大的场合。需要注意的是热式质量流量计是基于温度变化测量流量的,因此其在管道内介质流速高的情况下其精度会受到影响。在实际选型中应考虑管道介质的实际流速,如果流速快应采用将管道扩经来降低流速以保证精度,这样的要求也同时间接降低了氧气管道内氧气的流速,对安全有所保障。在实际使用中,在低流速下表现较好,在外压缩流程制氧机氧气放散时十几个甚至几个千帕的压力下能准确的测量。
目前承德燕山气体有限公司有1*42000m³/h、1*21000m³/h、1*15000m³/h、2*6500m³/h共5套制氧机,2*6500m³/h为外压缩流程制氧机其余均为内压流程制氧机。目前各套制氧机均在氧气放散管道上安装热式气体质量流量计。受实际场地限制,放散用流量计有的安装在放散阀前有的安装放散阀后,目前流量计已使用近2年。
热式质量流量计在实际中使用效果良好,特别是部安装在放散阀后的流量计表现较为突出,在直接对大气放散的情况下仍能保证精度以及稳定性。与此同时由于其结构简单因此易于维护与检定,连续使用2年未曾出现过任何故障,可见可靠性较高。
氧气放散计量后,为精细化管理、能源消耗、成本核算等能有准确、可靠的数据支撑,为生产调度调配提供了有效保障,进一步提高了企业管理水平。热式质量流量计在氧气放放上的应用可推广至其他有类似需求的单位使用。
 
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