摘要:在熱電行業(yè)中，同一工況下不同類型的流量計往往會達(dá)到不同的測量精度等級，進(jìn)而影響到后續(xù)生產(chǎn)運行。以計算流體力學(xué)為依據(jù)，采用數(shù)字化分析技術(shù)和工況標(biāo)定的方法，分析了現(xiàn)場旋翼式流量計產(chǎn)生測量誤差的原因，選擇了合適的位置安裝插入式流量計，并得到了插入式流量計的精度等級。結(jié)果表明，在同一工況下，合理的流量計安裝位置以及合適的流量計類型，能夠顯著提高工業(yè)現(xiàn)場流量的測量精度。
0引言
流量儀表在熱電行業(yè)的應(yīng)用非常普遍，流量測量與供熱發(fā)電的經(jīng)濟性和安全性緊密相關(guān)。隨著工業(yè)自動化水平的提高，對流量測量儀表精度的要求也越來越嚴(yán)格。熱電行業(yè)現(xiàn)場常常存在大管徑、直管段不足、流量波動大等復(fù)雜工況，相同工況下，不同的流量計類型和安裝位置所能達(dá)到的精度等級不同[1-7。對某熱電廠一次風(fēng)熱風(fēng)左支管風(fēng)量測量進(jìn)行了數(shù)字化分析和工況標(biāo)定，分析現(xiàn)場原本采用的旋翼式流量計產(chǎn)生計量誤差的原因，選取合理的位置安裝插入式流量計并進(jìn)行數(shù)字化標(biāo)定，解決了測量精度問題。
1.某熱電廠工況條件
某熱電廠一次風(fēng)總進(jìn)風(fēng)管后方進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱后，分成左右兩條支管進(jìn)入左右風(fēng)室，由于左右支管結(jié)構(gòu)對稱，因此只取其中左風(fēng)室支管進(jìn)行建模研究。該測量管道管徑D為800mm，管道具體尺寸見圖1(d)。
管道內(nèi)介質(zhì)為150~160℃的空氣，密度為0.8509kg/m3,動力粘度為2.4×10-5~Paos，操作壓力為9000~9500Pa，數(shù)字化標(biāo)定時選取刻度流量45000Nm3/h，最大流量40000Nm3/h，常用流量為20000Nm'/h,最小流量10000Nm3/h。
根據(jù)現(xiàn)場測量獲得三號鍋爐一次風(fēng)管道尺寸，確定管道計算模型。見圖1(a)為一次風(fēng)總進(jìn)風(fēng)管道，風(fēng)機位于流量計安裝位置下層約6.7D處，流體自下向上流動，管道上方彎頭距離流量計安裝位置大于6D，此處安裝直管段長度符合插入式流量計的直管段要求，因此不必進(jìn)行模擬分析。一次風(fēng)總進(jìn)風(fēng)管道后方進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱后分成左右兩條支管進(jìn)入左右風(fēng)室，由于左右支管結(jié)構(gòu)對稱，因此只取其中一次風(fēng)熱風(fēng)左支管進(jìn)行建模研究。圖1(b)、(c)
為所研究一次風(fēng)熱風(fēng)左支管出口垂直管道和一次風(fēng)熱風(fēng)左支管入口水平管道。根據(jù)三號鍋爐一次風(fēng)熱風(fēng)左支管管道參數(shù)建立三維模型，見圖1(d),圖中標(biāo)注位置為原旋翼式流量計安裝位置。
2流場分析
根據(jù)數(shù)字化流場分析技術(shù)，采用現(xiàn)場提供的運行參數(shù)對管道流場進(jìn)行數(shù)值計算，以常用流量20000Nm3/h為例，其分析結(jié)果見圖2。流體從右側(cè)入口向下進(jìn)入管道，經(jīng)過彎頭后水平流動，在第二個彎頭后存在T形支管，原有旋翼型流量計安裝在T形支管上方，由圖2(d)可知，此處流場受彎頭影響并未恢復(fù)，又因為T形支管影響，此處流速分布并不均勻，原旋翼型流量計安裝在此處容易產(chǎn)生計量誤差。
在流量計安裝直管段沿流體流動方向每隔0.5m取一個橫截面，共7個面積相等截面，流速分布見圖3(a)，各橫截面平均流速分布見圖3(b)，可以看出，隨著與彎頭距離的增大截面平均流速波動逐漸減小。現(xiàn)場原旋翼型流量計安裝坐標(biāo)為Z=1.4m附近，見圖3(b)，與彎頭距離較短，此處流場受彎頭影響明顯，流速波動劇烈，引起流量測量不準(zhǔn)，根據(jù)直管段各截面流速分布選擇流速平穩(wěn)截面安裝插入式流量計見圖3(b)。
圖4為插入式流量計模型圖，該插入式流量計的取壓孔位于傳感器下端，且正負(fù)壓側(cè)角.度保持一定的匹配關(guān)系，流量計表面采用表面噴涂技術(shù)，可保證介質(zhì)不易在取壓孔堵塞，防止臟污介質(zhì)中的粘性雜質(zhì)粘連探頭或阻塞管道,現(xiàn)場安裝時可根據(jù)需要配備吹掃裝置。該插入式流量計所需直管段短，例如該工況的管道類型只需要4D的直管段。還具有量程比大、精度高、可在線安裝等優(yōu)點。
3標(biāo)定結(jié)果及安裝位置
綜上分析，插入式流量計最合適的安裝位置為圖5的紅色標(biāo)注位置。為了便于實際工程.中的安裝，進(jìn)一步給出了插入式流量計的安裝位置，見圖5，插入式流量計沿豎直方向插入深度為400mm,距離左彎頭起始線(直管段與主流方向下游彎頭交接處)594.5mm。至此，插入式流量傳感器的最終位置確定，進(jìn)而分析其計量精度。
| 流量計類型 |
工況/(Nm3/h) |
差壓/Pa |
儀表系數(shù)K |
結(jié)果 |
插入式流量計 |
刻度流量45000 |
1047.232 |
0.504575772 |
平均儀表系數(shù)：0.5051線性度：0.65% |
最大流量40000 |
826.948 |
0.504727053 |
常用流量20000 |
205.972 |
0.505663118 |
最小流量10000 |
52.537 |
0.500615235 |
根據(jù)表1可得，測風(fēng)管道上安裝插入式流量計后的平均儀表系數(shù)為0.5051，儀表線性度0.65%，符合1級精度表，最小流量的工況下產(chǎn)生差壓值52.54Pa，能夠滿足工程測量需求。
4結(jié)論
綜上所述，通過對一次風(fēng)熱風(fēng)左支管風(fēng)量測量進(jìn)行數(shù)值模擬的研究，發(fā)現(xiàn)原有旋翼型流量計計量不準(zhǔn)的原因為安裝位置處流場受彎頭.影響并未恢復(fù)，又受到T形支管影響，流速分布并不均勻，采用以下手段可以提高風(fēng)量測量的精度。
1)選擇不同測量原理的、管道長度能夠滿足性能與直管段要求的流量計;
2)對熱-次風(fēng)管道進(jìn)行數(shù)值模擬，研究風(fēng)量管道的流場分布規(guī)律，并據(jù)此尋找流場穩(wěn)定的位置，進(jìn)而確定流量計的安裝位置;
3)通過對安裝后的流量計進(jìn)行工況條件下的分析，確定了插入式流量計的儀表系數(shù)、計量精度和最小差壓值，均可滿足計量需求。由于左右風(fēng)室管道的結(jié)構(gòu)對稱，一次風(fēng)熱風(fēng)左支管數(shù)值模擬結(jié)果可對稱移植到一次風(fēng)熱風(fēng)右支管使用。
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