煤气计量和检测仪表的合理选择
时间：2012-04-01 阅读：561
江苏金鼎自动化仪表有限公司 ：姚佳明
焦炉煤气由于冷却、净化等原因，总是含有一定的杂质，而焦炉加热用的高炉煤气或水煤气也同样含有较多的杂质。因此，寻找适用于各类煤气的计量仪表始终是困扰焦化企业的技术难题。随着现代化生产技术的发展和自动化管理水平的提高，企业对气体流量的测量要求越来越高，由于电子技术、传感器技术和实验手段的进一步发展，各种流量测量仪表也越来越多，如何合理地选择流量测量仪表就显得十分重要。
1 测量流体流量的基本原理与分类
1.1 基本原理
单位时间内流经通道任一截面的流体量称为流体的流量。流量有2种表示方法：
（1）体积流量。单位时间内流经通道任一截面的流体体积称为体积流量。即：
（1）
（2）质量流量。单位时间内流经通道任一截面的流体质量。称为质量流量。即：
（2）
式中，Qv为体积流量，m3/s；V为流体体积，m3；t为时间，S；Qm为质量流量，kg/s；ρ为流体密度，kg/m3；m为流体质量，kg；ω为管内流体平均速度，m/s；A为管道横截面积，m2。两者关系为：
（3）
总流量为：
（4）
1.2流体流量仪表的分类
流体流量仪表可以分为3大类，即差压式、速度式和容积式。见图1。
图1 流量仪表的分类形式
2 计量煤气流量的几种仪表的比较
2.1 孔板流量计
孔板流量计是目前焦化厂采用zui多的一种差压式流量计。是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量。孔板结构简单。适用性广。历史悠久并已标准化。其测量精度与设计参数的合理性、安装条件、孔板光洁度与磨损以及气体的净化程度有关。长期使用经验表明，因压损特别大，因而有必要规定煤气压力的下限值， 以防回火。并须定期进行清扫。
2.2 内藏式双文丘里管
内藏式双文丘里管是由江苏金鼎自动化仪表有限公司zui近开发的并成功用于济钢焦化厂的加热煤气计量，见图2。
图2 内藏式双文丘里管简图
内藏式双文丘里管中，外文丘里管起诱导整流作用，内文丘里管是核心的一次传感元件。当流体进人内文丘里管外壁和外文丘里管内壁组成的环锥流道时，因流通面积变小、流速加快和静压降低，从而在内文丘里管进出口形成一定的差压，致使内文丘里管内的流体流速增加，所测压差变大。根据内流流体力学和相似准则，此压差是整个工艺管道内气体流量的函数，所以通过测量此压差值即可测出管内的流量。
该流量计的主要特点是在相同的条件下阻力损失小，仅为标准孔板的3%，测量精度高，性能较稳定，量程范围也较宽，安装和维修清扫方便，另一个重要特点是对管道安装几乎不需要预设直线段，一般只需要预设1.25D的直线段即可。因此特别适用于焦炉加热煤气的计量安装要求。
2.3 威力巴流量
威力巴流量计是一种新型产品，也属于差压式，它用31b不锈钢制成的单片双腔结构探头，截面采用了子 弹头形状，在通过面积积分所得的多对取压孔遍及流体在整个管道的速度分布剖面。基本原理见图3。
图3 威力巴流量计简图
从图3可以看到，迎向流体的取压孔读取高压平均信号，引出压力为静压和动压之和，在探头的侧后两边，流体与探头的分离点之前的低压取压孔，读取低压平均信号，引出压力为静压，其压差为△P，即：
（5）
式中，△P为高压端与低压端压差，Pa；ω为流体的流速，m/s；P1、P2分别为高压端与低压端的静压，两者相等，Pa。
又因为
V=ωA （6）
故
△P=1/2ρV2/A2 （7）
即管道内流体流经节流装置时所产生的差压与流量的平方成正比。威力巴流量计具有精度高，流量测量范围宽，安装、清洗十分方便。虽有防堵设计，但因为取压孔孔径很小，因此只适用于较清洁的流体，不适用于介质中含有焦油类的流体，同时在安装中对前后的直管段有一定的要求，因为湍流对静压值影响较大。
2.4 热式气体质量流量计
热式气体质量流量计属于高科技开发项目，它是由2根铂热电阻传感元件组成，较长的为加热元件（TS），较短的为介质温度传感元件（TA）。它的基本原理为流体流经加热元件时将热量带走，带的热量与流体的速度与密度成正比，为了使TS-TA保持固定的温差，电路必须向加热元件提供更多的功率，电路中输出的功率大小与流体的质量流量有关， 目前的相对价格较高。上述计量仪表在济钢新建的l、2、5号焦炉上均作过试验与使用。
3 几点看法
（1）随着过程自动化、仪表行业与计算机技术的飞速发展，流体计量仪表的发展很快，从文中的仪表分类与分析可以证明。
（2）焦化厂的煤气仪表由于受煤气中的杂质及安装条件的限制，作者认为，除了选用常用的孔板流量计外，内藏式双文丘里管流量仪表很适合于较脏煤气的计量，但还有待于使用时间的考验。