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插入式流量计在热电行业的应用
发布时间：2019-09-24

摘要：在热电行业中，同一工况下不同类型的流量计往往会达到不同的测量精度等级，进而影响到后续生产运行。以计算流体力学为依据，采用数字化分析技术和工况标定的方法，分析了现场旋翼式流量计产生测量误差的原因，选择了合适的位置安装插入式流量计，并得到了插入式流量计的精度等级。结果表明，在同一工况下，合理的流量计安装位置以及合适的流量计类型，能够显著提高工业现场流量的测量精度。
0引言
　　流量仪表在热电行业的应用非常普遍，流量测量与供热发电的经济性和安全性紧密相关。随着工业自动化水平的提高，对流量测量仪表精度的要求也越来越严格。热电行业现场常常存在大管径、直管段不足、流量波动大等复杂工况，相同工况下，不同的流量计类型和安装位置所能达到的精度等级不同。对某热电厂一次风热风左支管风量测量进行了数字化分析和工况标定，分析现场原本采用的旋翼式流量计产生计量误差的原因，选取合理的位置安装插入式流量计并进行数字化标定，解决了测量精度问题。
1某热电厂工况条件
　　某热电厂一次风总进风管后方进入空气预热器加热后，分成左右两条支管进入左右风室，由于左右支管结构对称，因此只取其中左风室支管进行建模研究。该测量管道管径D为800mm，管道具体尺寸见图1(d)。管道内介质为150～160℃的空气，密度为0.8509kg/m3，动力粘度为2.4×10-5Pa?s，操作压力为9000～9500Pa，数字化标定时选取刻度流量45000Nm3/h，最大流量40000Nm3/h，常用流量为20000Nm3/h，最小流量10000Nm3/h。


　　根据现场测量获得三号锅炉一次风管道尺寸，确定管道计算模型。见图1(a)为一次风总进风管道，风机位于流量计安装位置下层约6.7D处，流体自下向上流动，管道上方弯头距离流量计安装位置大于6D，此处安装直管段长度符合插入式流量计的直管段要求，因此不必进行模拟分析。一次风总进风管道后方进入空气预热器加热后分成左右两条支管进入左右风室，由于左右支管结构对称，因此只取其中一次风热风左支管进行建模研究。图1(b)、(c)火力发电插入式流量计在热电行业的应用为所研究一次风热风左支管出口垂直管道和一次风热风左支管入口水平管道。根据三号锅炉一次风热风左支管管道参数建立三维模型，见图1(d)，图中标注位置为原旋翼式流量计安装位置。
2流场分析
　　根据数字化流场分析技术，采用现场提供的运行参数对管道流场进行数值计算，以常用流量20000Nm3/h为例，其分析结果见图2。流体从右侧入口向下进入管道，经过弯头后水平流动，在第二个弯头后存在T形支管，原有旋翼型流量计安装在T形支管上方，由图2(d)可知，此处流场受弯头影响并未恢复，又因为T形支管影响，此处流速分布并不均匀，原旋翼型流量计安装在此处容易产生计量误差。



　　在流量计安装直管段沿流体流动方向每隔0.5m取一个横截面，共7个面积相等截面，流速分布见图3(a)，各横截面平均流速分布见图3(b)，可以看出，随着与弯头距离的增大截面平均流速波动逐渐减小。现场原旋翼型流量计安装坐标为Z=1.4m附近，见图3(b)，与弯头距离较短，此处流场受弯头影响明显，流速波动剧烈，引起流量测量不准，根据直管段各截面流速分布选择流速平稳截面安装插入式流量计见图3(b)。
插入式流量计三维模型图示
　　图4为插入式流量计模型图，该插入式流量计的取压孔位于传感器下端，且正负压侧角度保持一定的匹配关系，流量计表面采用表面喷涂技术，可保证介质不易在取压孔堵塞，防止脏污介质中的粘性杂质粘连探头或阻塞管道，现场安装时可根据需要配备吹扫装置。该插入式流量计所需直管段短，例如该工况的管道类型只需要4D的直管段�；咕哂辛砍瘫却�、精度高、可在线安装等优点。
3标定结果及安装位置
　　综上分析，插入式流量计最合适的安装位置为图5的红色标注位置。为了便于实际工程中的安装，进一步给出了插入式流量计的安装位置，见图5，插入式流量计沿竖直方向插入深度为400mm，距离左弯头起始线(直管段与主流方向下游弯头交接处)594.5mm。至此，插入式流量传感器的最终位置确定，进而分析其计量精度。
插入式流量计安装位置图示

　　根据表1可得，测风管道上安装插入式流量计后的平均仪表系数为0.5051，仪表线性度0.65%，符合1级精度表，最小流量的工况下产生差压值52.54Pa，能够满足工程测量需求。
4结论
　　综上所述，通过对一次风热风左支管风量测量进行数值模拟，发现原有旋翼型流量计计量不准的原因为安装位置处流场受弯头影响并未恢复，又受到T形支管影响，流速分布并不均匀，采用以下手段可以提高风量测量的精度。
1)选择不同测量原理的、管道长度能够满足性能与直管段要求的流量计；
2)对热一次风管道进行数值模拟，风量管道的流场分布规律，并据此寻找流场稳定的位置，进而确定流量计的安装位置；
3)通过对安装后的流量计进行工况条件下的分析，确定了插入式流量计的仪表系数、计量精度和最小差压值，均可满足计量需求。由于左右风室管道的结构对称，一次风热风左支管数值模拟结果可对称移植到一次风热风右支管使用。

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