龍鋼公司2#高爐煤氣發(fā)生量系統(tǒng)允許壓損小，高爐煤氣中粉塵容易對流量計(jì)造成結(jié)垢和堵塞。文章介紹了測管式流量 計(jì)的原理，系統(tǒng)構(gòu)成，技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用情況，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決了堵塞、排水等技術(shù)難點(diǎn)，為解決大口徑氣 體等臟污介質(zhì)的計(jì)量提供了一套可行的技術(shù)方案。

1.前言

龍鋼公司2#高爐在設(shè)計(jì)之初使用均速管流量計(jì)測量高 爐煤氣流量，由于該檢測元件取壓孔細(xì)小，且低壓取壓孔處 于檢測元件尾部，在旋渦力的作用下，低壓取壓孔就會很快 被渦流帶來的雜質(zhì)堵死；或者是當(dāng)引壓管泄漏，檢測元件高 壓平衡區(qū)遭到破壞，雜質(zhì)中直徑較小的顆粒也隨之進(jìn)入取壓 孔，造成堵塞。2011年4月初，龍鋼公司計(jì)控中心經(jīng)過縝密 調(diào)研，決定引進(jìn)基于皮托管測量原理的測管式流量計(jì)測量高 爐煤氣流量，從投運(yùn)至今，運(yùn)行良好，性能可靠，為生產(chǎn)經(jīng) 營提供了準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)。

2.幾種流量計(jì)性能比對

大口徑氣體（煤氣、空氣以及煙道氣）流量測量一直是 流體測量中的一個難點(diǎn)。在實(shí)際中多以孔板作為檢測元件， 其缺陷主要有：壓損大；測量范圍小；測量臟污介質(zhì)（如煤 氣）取壓孔經(jīng)常堵塞，孔板上游易造成粉塵堆積并在節(jié)流件 上結(jié)垢；孔板必須在斷流的情況下安裝拆卸，對于長年運(yùn)行 的工藝管線，維護(hù)或更換節(jié)流件困難，致使這類節(jié)流件數(shù)年 甚至十?dāng)?shù)年裝在管線上而不能正常運(yùn)行等限制。

在滿足充分發(fā)展管流的條件下，基于國際標(biāo)準(zhǔn)IS03966 《封閉管道中流體流量的測量一采用皮托靜壓管的速度面 積法》設(shè)計(jì)的FJP系列測管式流量計(jì)己在我國冶金行業(yè)低壓、 低流速、大口徑管道的煤氣和熱風(fēng)等臟污氣體（如高爐煤氣、 焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、煙道氣等）流量測量中得到了廣泛應(yīng) 用。

從工藝參數(shù)看，龍鋼2#高爐煤氣管道內(nèi)徑為1800匪， 己經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件的允許范圍（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件中，經(jīng)典文丘 里管是允許管徑最大的，DS1200M)，對于非標(biāo)節(jié)流件或其 它差壓式儀表，必須進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定以確定其流出系數(shù)，目前 國內(nèi)還沒有這么大的校驗(yàn)系統(tǒng)，可供選擇的流量儀表是插入 式流量計(jì)。插入式流量計(jì)根據(jù)測頭的測量原理可分為點(diǎn)流速 型儀表及徑流速型儀表，均速管就是典型的徑流速型儀表， 均速管同樣存在標(biāo)定困難的問題，同時，由于它有多個取壓 孔，當(dāng)取壓孔阻塞時，要在線把各個孔都疏通，難度極大。 點(diǎn)流速型儀表主要有插入式渦街、插入式渦輪，內(nèi)藏文丘里 及基于皮托管原理的測管式流量計(jì)等。點(diǎn)流速型插入式流量 計(jì)的測頭常數(shù)可在風(fēng)洞中試驗(yàn)得到，通過測量得到管道某一 點(diǎn)的流速，換算成管道的平均流速，從而得到流量，其管徑 范圍為巾300?巾3000mm。渦輪流量計(jì)和內(nèi)藏文丘里由于結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，更易阻塞，在線清掃也困難，而測管式流量計(jì)結(jié)構(gòu) 簡單，可在不斷流條件下安裝、拆卸，并設(shè)有在線吹掃裝置， 可在線通入蒸汽，或高壓氮?dú)獯祾撸挥绊懻Ｉa(chǎn)。所以， 在插入式流量計(jì)中，測管式流量計(jì)具有一定的優(yōu)勢。

3.測管式流量計(jì)的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)

FJP型測管流量計(jì)是基于皮托管測量原理，并根據(jù)現(xiàn)場 特點(diǎn)采用了特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差壓式測速計(jì)，根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)可 以換算成實(shí)時流量。其結(jié)構(gòu)是一根巾20的插入桿，端部安 裝一馬蹄口形的測頭，迎流面的全壓取壓孔測出所在位置的 全壓，測頭背流面的靜壓取壓孔測出流體的靜壓，全壓與靜 壓之間的差壓，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成電流信號傳送給流量計(jì)算機(jī)。 流量計(jì)算機(jī)并根據(jù)管道內(nèi)的組分、溫度、壓力、測頭系數(shù)等 參數(shù)計(jì)算出測頭所在位置點(diǎn)的流速，然后根據(jù)IS03966國際 標(biāo)準(zhǔn)（或IS07145國際標(biāo)準(zhǔn)）計(jì)算出被測管道截面的平均流 速和流量。經(jīng)過風(fēng)洞標(biāo)定過的測頭系數(shù)不確定度可達(dá)0. 5%， 其系統(tǒng)不確度為2%?3%，同時流量計(jì)算機(jī)可以對煤氣濕度進(jìn) 行修正。

4.變徑式測管流量計(jì)的選擇

如上所述，在滿足充分發(fā)展管流的條件下，FJP型測管 式流量計(jì)在大口徑煤氣測量上得到了成功的應(yīng)用。但是，現(xiàn) 場大口徑煤氣管道儀表前直管長度在很多情況下很難滿足 標(biāo)準(zhǔn)要求，儀表前直管長度<10D的情況占有相當(dāng)大比例， 這給測量準(zhǔn)確度帶來較大影響。另外一個問題是：流速低（小 于3米/秒)，差壓信號小，造成流量偏差大。采用變徑方案 能有效提高測量段的流速。變徑式測管流量計(jì)由變徑管、喉 部，漸擴(kuò)管及測管式流量計(jì)等四部分組成，變徑管是一段圓 弧半徑為R的回轉(zhuǎn)體，喉部是一段直徑為d的圓管，漸擴(kuò)管 是頂角為a的圓臺，測管流量計(jì)由喉部插入。流體經(jīng)變徑管 后，流速得到提高。

應(yīng)該指出的是：正確選擇變徑管圓弧半徑R，可確保喉 部的中心流速能夠代表喉部平均流速，這是設(shè)計(jì)關(guān)鍵所在。

龍鋼公司為驗(yàn)證變徑式測管流量計(jì)的實(shí)用計(jì)量效能，在 2011年6月，儀表選擇安裝在龍鋼和陜西三立礦業(yè)（集團(tuán)） 鼎龍爐料有限公司進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的焦?fàn)t煤氣管道上，該管道 流量波動比較大，選擇型號為FJPB-800/600/Y/1/ia/CS，試 運(yùn)行一年后，在不停氣條件下在線進(jìn)行了維護(hù)，迎流側(cè)和背 流側(cè)測孔均無堵塞現(xiàn)象。截止目前運(yùn)行狀況良好，所測貿(mào)易 結(jié)算計(jì)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠，符合工藝測量技術(shù)指標(biāo)要求。在 2012年8月，為解決在煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收管道上使用多年的 內(nèi)藏式雙文丘里管測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題，引進(jìn)了型號為 FJPB-2000/1600/Y/1/ia/CS變徑式測管流量計(jì)，經(jīng)過近一年 使用，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性大為提升，為公司煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收指標(biāo) 的提升提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

5.選型中注意的問題

①能源計(jì)量設(shè)備要盡量采用新技術(shù)，注重應(yīng)用研宄，做 好前期調(diào)研和論證；②現(xiàn)場是否具備流量計(jì)安裝條件，直管 段是否滿足要求；③測量臟污介質(zhì)的流量計(jì)可否在線日常維 護(hù)；④流量計(jì)量值可否溯源，特別是貿(mào)易計(jì)量儀表；⑤在常 用流速低于3m/s或直管段不滿足要求時，選用變徑式測管 流量計(jì)方案；⑥根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制測頭的插入深度；⑦在振 動比較大的管道上安裝，差壓變送器與測管流量計(jì)采用分體 安裝，引壓管采用軟管；⑧對下限流量比較小，流量范圍變 化大的系統(tǒng)，選用帶有HART通訊功能的微差壓變送器；對 焦?fàn)t煤氣等濕氣體計(jì)量應(yīng)考慮濕度修正。

6.結(jié)語

測管式流量計(jì)在充分考慮現(xiàn)場應(yīng)用條件基礎(chǔ)上，依照標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使傳統(tǒng)的流量測量技術(shù)得到了延伸與擴(kuò)展，有 效地解決了龍鋼高爐煤氣，焦?fàn)t煤氣，轉(zhuǎn)爐煤氣等臟污氣體 流量計(jì)量這一難題，為我公司能源計(jì)量和環(huán)保監(jiān)測提供了一 種可靠的測量方法，取得了令人滿意的效果。龍鋼公司己開 始著手將此項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用至其它大口徑煤氣計(jì)量點(diǎn)。