目前,机械、冶金、建材、陶瓷行业的许多企业,大多都建有自己的煤气站,产出的煤气供其加热或烧制产品燃用。煤气站中针对煤气的热工测量仪表较多,其中煤气温度和压力的检测一直备受设计单位及建站企业的重视,因为这两项指标直接关系系列煤气发生炉炉况的控制和煤气的质量。近几年,由于市场经济的冲击,各企业纷纷开始注意降低能耗,最大限度地减少其产出成本,于是煤气流量的检测也开始受到同样的重视。企业通过对煤气流量的计量,核算出生产单位体积煤气所消耗的燃料、原料和动力量,从而估算出煤气生产成本,以便进行经济核算。用气单位、部门的煤气计量控制,燃气成本核算,同样达到了控制成本,节能降耗的目的。
1. 发生炉煤气流量检测的特点及对其测量仪表的相应要求
首先,煤气中含有一定的杂质及净度不稳定。发生炉生产出的煤气为热脏煤气,必须经过一系列的冷却及净化工序,才能成为较为洁净的冷煤气,加压外供。而冷煤气中仍含有一定量的油、尘及水汽,而且一旦煤气净化工序出现问题,影响其净化效果,则煤气净度便会下降。这就要求其流量测量仪表对脏污流的敏感程度不高为好。
其次,一般煤气站煤气的输送管管径较粗,其直径大多都在DN500mm以上,这就要求其测量仪表必须满足大管径测量的要求。
另外,煤气属于易燃易爆有毒气体,其输送管道和各连接件处要求密封严格,所以要求所选仪表便于维护,尽量避免较频繁的折装维修。
更为重要的是煤气输送有一定的安全流速限制,这样造成煤气流速低,同时煤气介质脏污,造成煤气测量的难度。
2. 煤气流量测量仪表的选择
2.1仪表选择原则
(1)针对煤气站煤气的特点,所选仪表应满足其基本测量要求。
(2)煤气站煤气流量的检测主要是提供企业成本核算的依据,所选仪表精度也应达到要求。
2.2仪表的分析比较和选择
目前工业上常用的流量测量仪表有差压式流量计、速度式流量计、容积式流量计及其它一些如涡街流量计等新型流量计。容积式流量计一般用于液体流量的测量,不适于煤气测量;速度式流量计一般要求安装于输送液体的竖直管段上,而且仅适于管道通径不可过大的场合,这一点也不符合煤气站煤气流量测量要求;而涡街式流量计用于小通径管道煤气测量还可以,但就一般煤气站大通管道煤气的测量便显得经济性较差。至今煤气站的煤气流量测量仪表大多选用差压式流量计, 其中孔板式流量计较为普及。
近几年,随着电子靶流量计技术的日益完善和成熟,在大量实际应用中,电子靶流量计在发生炉煤气流量检测中显示出了其特有的一些优势。
2.2.1 孔板式流量计
(1)孔板式流量计基本原理
当充满管道的流体流经管道内的节流件时,流束将在节流件处形成局部收缩,因而流速增加,静压力降低,于是在节流件前后产生压差,流体流量越大,产生的压差愈大,因而可依据此压差来计算介质流量。
(2)节流装置的分类及选用
节流装置按照用途分类,可分为标准节流装置、低雷诺数装置、脏污流用装置、低压损节流装置、临界流节流装置和混相流节流装置等六种。其中脏污流用装置比较适合于煤气流量检测。
脏污流装置包括有园缺孔板、偏心孔板、楔形孔板等。园缺孔板可以避免标准孔板入口处积存脏物,水平安装时,气体中含有的固体污物可以顺利通过;偏心孔板作用与园缺孔板相同,但其流出系数随取压口的位置而变化;楔形孔板同样可以使气体中的固体污物通过。
由以上分析可知,被测量的煤气介质净度不高的问题,脏污流装置的三种节流元件均可解决,但偏心孔板公称直径范围一般在DN50~DN350之间,而楔形孔板公称直径仅在DN25~DN250范围内,若煤气管径合适,可以选用偏心孔板或楔形孔板。但若煤气输送管径较大,则只有选择园缺孔板,其公称管径范围在DN50~DN1500内,只是其测量精度不高,量程比窄。
2.2.2 电子靶流量计
(1)电子靶量计基本原理
电子靶流量计是在管道中间插入一个圆形或方形的阻流件(靶),当介质在测量管中流动时,因其自身的动能通过阻流件(电子靶)时对阻流件有一作用力,其作用力的大小与介质流速的平方成正比,其数学方式表达如下:
F=CdAP·V2/2………………⑴
式中:F ——阻流件所受的作用力(Kg)
Cd——物体阻力系数
A ——阻流件对测量管轴向投影面积(mm2)
P ——工况下介质密度(Kg/m3)
v ——介质在测量管中的平均流速(m/s)
阻流件(电子靶)接受的作用力F,经刚性连接的传递件(测杆)传至电容力传感器,电容力传感器产生电压信号输出:
V=KF………………⑵
式中: V——电容力传感器输出的电压(mV), K——比例常数 , F——阻流件(电子靶)所受的作用力(Kg)
由此,此电压信号经前置放大、AD转换及计算机处理后,即可得到相应的瞬时流量和累积总量。
(2)电子靶流量计优势
·无可动部件,防堵塞,抗过载,拆卸方便
·压力损失小,仅为标准孔板的1/2△P左右
·插入式结构,安装简单,无须笨重的壳体,节省费用
·计量准确,精度可达到0.2%
·传感器不与被测介质接触,不存在零部件磨损,使用安全可靠
·具有多种安装方式供选择,如选择在线插入式,安装费用低;在线拆卸式主干管网无须停车
·具有一体化温度、压力补偿,直接输出质量或标方
·具有可选小信号切除、非线性修正、滤波时间可选择
·能准确测量各种常温、高温500度、低温-200度工况下的气体、液体流量
·重复性好,一般为0.05~0.08%,测量快速
·抗干扰,抗杂质能力特强
·抗震动性强,一定范围内可测脉动流
3. 发生炉煤气流量计的应用
国内大多数选用孔板式流量计的发生炉煤气站,其节流元件大多选用标准孔板,其优点是计算数据成熟,其差压式流量计不经算定便可使用。但运行一段时间后,由于煤气净度不够造成标准孔板表面太脏,致使仪表计量误差增大,甚至导致取压孔堵塞。而且因为煤气压力一般不高,孔板流量计的压力损失过大,是孔板流量计测量煤气的致命缺点。
现在,国内选用电子靶流量计的发生炉煤气站越来越多,电子靶流量计较孔板式流量计用于发生炉煤气流量检测有诸多优势,主要体现在以下几方面:
(1)压损仅为标准孔板的1/2;
(2)无可动部件,结构牢固,安装使用简单;
(3)抗干扰、干杂质能力强;
(4)经过长周期运行,其稳定性、灵敏度、准确性不会发生明显变化;
(5)具有一体化温度、压力补偿,直接输出标准方。
总结
煤气站煤气流量的检测,虽然近几年才开始受到重视,但检测仪表的选用却很重要,选择不当,不但增加煤气站的检修工作量,而且计量不准确会给企业以误导,造成能源的浪费。合理选择煤气流量计,对于企业能耗的控制至关重要,对于企业进行节能降耗的技术改造及完善管理,具有重要的指导意义。