插入式氣體流量計(jì)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

為了解決節(jié)流式流量計(jì)在煤氣流量測(cè)量中存在的問(wèn)題，上海上儀股份公司設(shè)計(jì)了一種插入式氣體流量計(jì)，包括取壓頭、取壓導(dǎo)通裝置和密封固定裝置三部分。插入式氣體流量計(jì)在山鋼股份萊蕪分公司焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、混合煤氣等煤氣流量測(cè)量應(yīng)用后，煤氣計(jì)量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，生產(chǎn)更加穩(wěn)定，降低了生成成本。

1 前 言

目前用于煤氣流量測(cè)量的裝置主要是節(jié)流式流量計(jì)，如孔板、內(nèi)藏、V錐等，此類流量測(cè)量裝置在使用中存在多個(gè)弊端，如需要停產(chǎn)安裝、壓損大、易堵塞、難疏通等。以焦?fàn)t煤氣為例，因煤氣凈化能力不夠、雜質(zhì)多、低溫時(shí)結(jié)萘等原因造成節(jié)流裝置堵塞，嚴(yán)重影響煤氣流量計(jì)量，甚至造成節(jié)流裝置處管道堵塞。節(jié)流裝置堵塞后只能在工藝停機(jī)時(shí)進(jìn)行疏通，維護(hù)機(jī)會(huì)少，難度大，特別是大口徑管道，拆裝時(shí)需要大型吊裝機(jī)具的配合才能完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為此，需研發(fā)一種能防堵、低壓損、可在線安裝維護(hù)的插入式氣體流量計(jì)。

2 插入式流量計(jì)的工作原理

插入式流量計(jì)是一種采用皮托管原理提取管道中心流速再換算成流體體積流量和質(zhì)量流量的差壓式流量計(jì)，用于測(cè)量介質(zhì)管道中心的流速，包括取壓管和取壓頭，取壓管內(nèi)分別設(shè)置有全壓通道和靜壓通道，取壓頭的應(yīng)流側(cè)開(kāi)設(shè)有與全壓通道連通的全壓孔，背流測(cè)開(kāi)設(shè)有與靜壓通道連通的靜壓孔。工作時(shí)，將插入式流量計(jì)的取壓頭插入管道中心，全壓孔對(duì)正流體的來(lái)流方向，靜壓孔對(duì)正流體的去流方向，全壓與靜壓之差即為管道中心的實(shí)測(cè)差壓，再由該取壓頭的風(fēng)洞標(biāo)定曲線擬合出該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差壓，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差壓來(lái)計(jì)算流體的流量；同時(shí)還需要用壓力變送器測(cè)出流體壓力，用熱電阻測(cè)出流體溫度，把標(biāo)準(zhǔn)差壓信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)同時(shí)引入流量積算儀或進(jìn)入DCS系統(tǒng)，一方面對(duì)取壓頭的流量方程進(jìn)行計(jì)算，另一方面對(duì)流體進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償，以保證測(cè)量精度。

3 插入式流量計(jì)的設(shè)計(jì)與安裝

3.1 取壓頭

取壓頭是插入式流量計(jì)的重要組成部分，用于獲取流體產(chǎn)生的差壓信號(hào)。取壓頭采用弧面設(shè)計(jì)，將取壓頭插入管道中心時(shí)前側(cè)壁以及全壓孔對(duì)正流體的來(lái)流方向，后側(cè)壁以及靜壓孔對(duì)正流體的去流方向，阻擋部位位于全壓孔一側(cè)弧面，阻擋部位能夠促使流體向遠(yuǎn)離后側(cè)壁的方向流去，減少了向后側(cè)壁流動(dòng)的流體，即減少了管道內(nèi)向靜壓孔流動(dòng)的流體，增大了差壓，提高了測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。由于全壓孔正對(duì)來(lái)流方向，孔內(nèi)會(huì)形成高壓區(qū)，壓力略高于管道內(nèi)壓力，從而阻止氣體中的雜質(zhì)進(jìn)入全壓孔，避免了取壓頭被堵。

3.2 取壓導(dǎo)通裝置

取壓導(dǎo)通裝置是把取壓頭產(chǎn)生的差壓傳遞給差壓變送器進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)轉(zhuǎn)換的裝置，取壓頭通過(guò)2根導(dǎo)壓管與上方的三閥組連接，三閥組再與差壓變送器連接，從而測(cè)得取壓頭兩側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)差壓。三閥組采用3051型號(hào)，可與市面上的絕大部分差壓變送器直接連接。導(dǎo)壓管采用小截面設(shè)計(jì)，外部直徑只有30 mm，使用過(guò)程中幾乎不阻擋管道內(nèi)氣體流動(dòng)，管道內(nèi)氣體壓力損失小。

3.3 密封固定裝置

密封底座主要用于插入式流量計(jì)的固定與密封，由于管道內(nèi)的氣體可能是有毒氣體，氣體泄漏后有可能造成重大事故，所以流量計(jì)的密封非常重要。密封固定裝置主要由管道焊接底座、球閥、彈性密封圈和密封壓緊裝置構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。其中管道焊接底座直接焊接在管道上，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)與管道的設(shè)備連接；球閥用于對(duì)管道內(nèi)的氣體進(jìn)行封堵，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)插入前和拔出后的管道氣體密封；彈性密封圈為耐腐蝕耐高溫彈性石墨材質(zhì)，其內(nèi)徑與導(dǎo)壓管外徑尺寸一致，流量計(jì)插入后通過(guò)密封壓緊裝置對(duì)彈性密封圈施加壓力，彈性密封圈受力后發(fā)生形變，與導(dǎo)壓管緊密貼合，從而實(shí)現(xiàn)氣體的密封。

3.4 計(jì)算方法

插入式流量計(jì)出廠前需要用風(fēng)洞進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流量與標(biāo)準(zhǔn)差壓計(jì)算出該流量計(jì)的流量倍率 K 。實(shí)際使用時(shí)需要根據(jù)流體的密度、壓力、溫度進(jìn)行補(bǔ)償，流量計(jì)算選用差壓模型，其計(jì)算公式為：式中： M 為質(zhì)量流量，kg； K 為流量倍率；Δ P 為差壓值，kPa； ρ 為介質(zhì)密度，kg/m 3 ； ρ 標(biāo) 為介質(zhì)標(biāo)況密度，kg/m 3 。

3.5 安裝方法

插入式流量計(jì)可以斷流安裝，也可通過(guò)帶壓開(kāi)孔工具在線安裝。安裝時(shí)，只需在管道上開(kāi)一直徑30 mm的圓孔，在圓孔上方焊接密封固定裝置，把流量計(jì)插入即可。因支持在線插拔的特性，避免停氣影響生產(chǎn)，可在某些因生產(chǎn)工藝要求而無(wú)法停氣的計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行安裝。插入管道前，應(yīng)計(jì)算插入尺寸并檢查取壓頭全壓和靜壓孔方向，保證安裝后兩個(gè)取壓孔的端部位于管道中心線上，即管道中心處，并且使全壓孔對(duì)正流體的來(lái)流方向、靜壓孔對(duì)正流體的去流方向。

4 結(jié) 語(yǔ)

插入式氣體流量計(jì)已在山鋼股份萊蕪分公司的焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、混合煤氣等煤氣流量測(cè)量，其徹底解決了孔板等節(jié)流元件存在安裝、測(cè)量、維護(hù)中的弊端，上海上儀股份公司具有測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，防堵、低壓損、可在線安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是替代傳統(tǒng)流量計(jì)的理想測(cè)量裝置。采用插入式流量計(jì)進(jìn)行煤氣計(jì)量后，煤氣計(jì)量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，生產(chǎn)更加穩(wěn)定，降低了成本；為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供了準(zhǔn)確、可靠的監(jiān)測(cè)和計(jì)量數(shù)據(jù)，有利于企業(yè)合理調(diào)度煤氣、加強(qiáng)成本核算、降低能耗、提高效益。