摘要：焦化廠在外供煤氣管道上安裝插入式渦街流量計,經(jīng)嚴(yán)格的參數(shù)設(shè)置,投入使用。與孔板流量計和羅茨流量計相比,在流速大于5m/s時渦街流量計的精度較高,并具有測量范圍寬,安裝、維修方便,清洗、維護費用低等特點。
隨著我國城市煤氣的不斷發(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,煤氣計量問題變得比較突出,對煤氣計量的精度要求也越來越高。過去一般采用差壓流量裝置,80年代初開始采用渦街流量計測量焦?fàn)t煤氣流量。
1孔板流量裝置
孔板流量計量系統(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量方法之一,它具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長等優(yōu)點,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進(jìn)行焦?fàn)t煤氣的計量,在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有以下不足:(1)因煤氣為濕氣體,冬季保溫不好時孔板易凍,影響計量裝置正常工作。(2)焦?fàn)t煤氣中成分復(fù)雜,含有焦油、萘等多種雜質(zhì),長期使用會使孔板孔徑結(jié)污變小,銳邊被臟物復(fù)蓋,直接影響計量精度。另外導(dǎo)壓管堵塞的現(xiàn)象也時有發(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)計中沒有考慮補償問題。因此,冬夏兩季測量誤差較大。(4)孔板流量計適用于穩(wěn)定、連續(xù)工作。其量程比為1∶3。(5)孔板流量計至少每年要清洗一次,清洗時必須停產(chǎn)。對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,難以滿足計量要求。
2渦街流量計
2.1渦街流量計的工作原理
渦街流量計屬于流體振動式流量計,在管道內(nèi)紊亂流動的介質(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決定參數(shù)。當(dāng)流體流經(jīng)擋體時,在擋體兩側(cè)交替地分離出漩渦,形成“卡門渦街現(xiàn)象”見圖1�？ㄩT渦街的頻率與流速成正比。在流體中插入柱狀物體時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)為無量綱常數(shù)。
由式1可見,通過測量渦街頻率,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,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)的壓電檢測原件測出升力的變化,將升力的變化轉(zhuǎn)為電的頻率信號,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)行瞬時指示或累和計算,見圖2。
2.2渦街流量計的特點
渦街流量計的特點是:(1)渦街流量計體積小,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�？梢詼y量空氣、氧氣、煤氣、蒸汽、水和低粘度的其他流體。測量時氣體流速應(yīng)大于5m/s,水的流速應(yīng)在0.5～6m/s之間。(3)管道系統(tǒng)振動有可能疊加到漩渦分離頻率上,這將使測量結(jié)果不準(zhǔn)確,在小流量時干擾特別突出。
3渦街流量計的應(yīng)用
3.1渦街流量計的安裝
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,整個安裝過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)場調(diào)試
3.2.1儀表常數(shù)的計算儀表出廠時已給出了探頭插入管道中心的儀表常數(shù),安裝時只需按現(xiàn)場實際條件換算成儀表流量常數(shù)KQ即可。為此,需進(jìn)行流場修正和阻塞修正換算:
KQ=KV/TUA(2)
式中KQ——儀表常數(shù);KV——儀表出廠時的標(biāo)定常數(shù);T——流場修正系數(shù);U——阻塞修正系數(shù);A——管道內(nèi)斷面面積,A=πD2/4。
流場修正系數(shù)α可按下式計算:
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)的運動粘度,m2/s。
阻塞修正系數(shù)U按下式計算:
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
測量煤氣時,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)上述計算值設(shè)置流量計積算儀的常數(shù)開關(guān)。
4對比標(biāo)定
氣源廠、煤氣公司和儀表制造廠三家共同對渦街、孔板、羅茨三種流量計進(jìn)行了對比標(biāo)定。三種儀表的安裝位置見圖3,標(biāo)定數(shù)據(jù)見表。
從計量裝置的角度出發(fā),羅茨流量計是容積式,計量值在小流量時比渦街和孔板流量計高。從表中看出流速低于5m/s時羅茨表計量值高于渦街和孔板流量計,說明渦街和孔板流量計在流速低時計量值偏低。高流速時渦街流量計的量值大于羅茨流量計的顯示值,說明渦街流量計在流速大于5m/s才能發(fā)揮理想計量性能。從工藝上看出,渦街流量計在羅茨表之前,無旁通,無泄漏。而羅茨表前有干脫設(shè)備,煤氣中的一些雜質(zhì),已被過濾,再加上閥門的泄漏,因此,羅茨表計量值低于渦街流量計是正常的。
5結(jié)語
5.1對渦街流量計的跟蹤對比和數(shù)據(jù)分析表明,在流量正常情況下,渦街流量計精度比孔板高。在低流速或間斷供氣時,流量計量值偏低,有時有失準(zhǔn)現(xiàn)象。
5.2渦街流量計拆裝,維護方便,清洗、維護費用低,不會因拆裝、檢修而影響生產(chǎn)。
5.3在煤氣溫度較低時,渦街探頭易結(jié)萘及臟物,實際使用時應(yīng)加以注意。
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