摘要：焦化厂在外供煤气管道上安装插入式涡街流量计,经严格的参数设置,投入使用。与孔板流量计和罗茨流量计相比,在流速大于5m/s时涡街流量计的精度较高,并具有测量范围宽,安装、维修方便,清洗、维护费用低等特点。
随着我国城市煤气的不断发展,一些冶金焦化厂的焦炉煤气向供民用煤气的方向发展。因此,煤气计量问题变得比较突出,对煤气计量的精度要求也越来越高。过去一般采用差压流量装置,80年代初开始采用涡街流量计测量焦炉煤气流量。
1孔板流量装置
孔板流量计量系统一般由标准孔板、差压变送器、开方器及比例积算器组成,是目前应用比较广泛的流量计量方法之一,它具有结构简单、使用寿命长等优点,目前已形成了标准化和系列化。焦化厂外供煤气在1985年以前一直采用孔板流量计进行焦炉煤气的计量,在实际应用中发现有以下不足:(1)因煤气为湿气体,冬季保温不好时孔板易冻,影响计量装置正常工作。(2)焦炉煤气中成分复杂,含有焦油、萘等多种杂质,长期使用会使孔板孔径结污变小,锐边被脏物复盖,直接影响计量精度。另外导压管堵塞的现象也时有发生。(3)因煤气受温度、压力、密度影响较大。一般中小型焦化厂在设计中没有考虑补偿问题。因此,冬夏两季测量误差较大。(4)孔板流量计适用于稳定、连续工作。其量程比为1∶3。(5)孔板流量计至少每年要清洗一次,清洗时必须停产。对于一些大管道拆装相当困难,中小型企业难以具备孔板装配能力,有的一安装而订终身,难以满足计量要求。
2涡街流量计
2.1涡街流量计的工作原理
涡街流量计属于流体振动式流量计,在管道内紊乱流动的介质撞到非线性挡体(发生器)上,挡体的形状和紊流速度是两个决定参数。当流体流经挡体时,在挡体两侧交替地分离出漩涡,形成“卡门涡街现象”见图1�？盼薪值钠德视肓魉俪烧�。在流体中插入柱状物体时频率与流体流速的关系可用式(1)表示:
式中f——漩涡频率;V——管道内平均流速;d——柱状挡体迎流面宽度;D——流体所在管道内径;St——斯特罗哈尔数,在雷诺数104～106范围内为无量纲常数。
由式1可见,通过测量涡街频率,就可算出流速V,再由流速求出流量Q。当漩涡在柱体两侧产生时,柱体受到与流向垂直的交变升力的作用,升力的变化频率就是漩涡频率。利用埋设在柱体内的压电检测原件测出升力的变化,将升力的变化转为电的频率信号,输送到转换器,再进行放大和整形,形成频率与电流成正比的模拟电压或电流可以进行瞬时指示或累和计算,见图2。
2.2涡街流量计的特点
涡街流量计的特点是:(1)涡街流量计体积小,重量轻,安装方便,可以不停产安装、拆卸、清洗和维修。(2)测量范围宽,量程比可达1∶10,几乎不受介质温度、压力、密度的影响�？梢圆饬靠掌�、氧气、煤气、蒸汽、水和低粘度的其他流体。测量时气体流速应大于5m/s,水的流速应在0.5～6m/s之间。(3)管道系统振动有可能叠加到漩涡分离频率上,这将使测量结果不准确,在小流量时干扰特别突出。
3涡街流量计的应用
3.1涡街流量计的安装
焦化厂三组六六型焦炉,向枣庄市供应煤气10万m3/d。1990年10月在外供煤气管道上带压不停产安装了双发生体CWL-G104C-1插入式涡街流量计,整个安装过程从开口焊接到参数设置调试完成仅用3h。
3.2现场调试
3.2.1仪表常数的计算仪表出厂时已给出了探头插入管道中心的仪表常数,安装时只需按现场实际条件换算成仪表流量常数KQ即可。为此,需进行流场修正和阻塞修正换算:
KQ=KV/TUA(2)
式中KQ——仪表常数;KV——仪表出厂时的标定常数;T——流场修正系数;U——阻塞修正系数;A——管道内断面面积,A=πD2/4。
流场修正系数α可按下式计算:
式中θ——管道内平均突出物高度,mm;Re——雷诺准数,Re=354×10-3qDV;q——体积流量,m3/s;V——工作状态下介质的运动粘度,m2/s。
阻塞修正系数U按下式计算:
式中d——插入杆直径,mm;D——管道内径,mm。
3.2.2由不锈钢探头引起的流量修正系数KT为:
KT=1-4.8×10-5(T-20)(5)
式中T——使用状态下的温度。
3.2.3K′Q值的换算
测量煤气时,需要把仪表显示值换算为标准状态P=101325Pa,T=20℃的流量,并对仪表常数进行温度压力修正:
式中P——使用状态下的压力,Pa;T——使用状态下的温度,℃。
根据上述计算值设置流量计积算仪的常数开关。
4对比标定
气源厂、煤气公司和仪表制造厂三家共同对涡街、孔板、罗茨三种流量计进行了对比标定。三种仪表的安装位置见图3,标定数据见表。
从计量装置的角度出发,罗茨流量计是容积式,计量值在小流量时比涡街和孔板流量计高。从表中看出流速低于5m/s时罗茨表计量值高于涡街和孔板流量计,说明涡街和孔板流量计在流速低时计量值偏低。高流速时涡街流量计的量值大于罗茨流量计的显示值,说明涡街流量计在流速大于5m/s才能发挥理想计量性能。从工艺上看出,涡街流量计在罗茨表之前,无旁通,无泄漏。而罗茨表前有干脱设备,煤气中的一些杂质,已被过滤,再加上阀门的泄漏,因此,罗茨表计量值低于涡街流量计是正常的。
5结语
5.1对涡街流量计的跟踪对比和数据分析表明,在流量正常情况下,涡街流量计精度比孔板高。在低流速或间断供气时,流量计量值偏低,有时有失准现象。
5.2涡街流量计拆装,维护方便,清洗、维护费用低,不会因拆装、检修而影响生产。
5.3在煤气温度较低时,涡街探头易结萘及脏物,实际使用时应加以注意。
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