彎管流量計在工業(yè)上應用的優(yōu)勢.doc

一、彎管流量計的原理 彎管流量計是一種差壓式的流量計，是利用流體流經(jīng)彎管傳感器產(chǎn)生離心力的原理來測量流體流量的。 當流體流經(jīng)彎管時，由于彎管的約束，迫使流體在彎管內(nèi)作類似的圓周運動，根據(jù)流體強制旋流理論，流體作圓周運動遵循的規(guī)律與固體在空間狀態(tài)下作圓周運動相似。彎管內(nèi)的流體由于作圓周運動而產(chǎn)生離心力，該離心力的大小與流體流速、流體的質(zhì)量（密度）以及作圓周運動的曲率半徑等因素有關(guān)。離心力的作用使流體對彎管內(nèi)、外側(cè)產(chǎn)生壓力差，測出此差壓值就可計算出管道內(nèi)流體的流速，進而計算出流體的流量值，這就是彎管流量計的基本測量原理。 二、彎管流量計的基本特點及與其它流量計性能比較 1、結(jié)構(gòu)簡單，性能價格比優(yōu)越 彎管傳感器是用標準幾何90度彎管加工制作而成的，法蘭式取壓的孔板流量計是市場上價格最便宜的流量計，彎管流量計的價格完全可以和它相比。 2、免維護的流量傳感器 真正意義上的免維護流量測量裝置是沒有的，我們這里所謂的免維護流量測量裝置應該具備如下的基本品質(zhì)：工作中不會磨損或者對磨損不敏感；在高速流體沖擊下不會變形、扭曲、震動；長期高低溫工作條件下敏感元件不會老化、變質(zhì)而降低穩(wěn)定性和靈敏度；對于環(huán)境中可能出現(xiàn)的震動、粉塵、潮濕、電磁場干擾不敏感；經(jīng)過長周期運行它的穩(wěn)定性、靈敏度、準確性不會發(fā)生明顯變化；能在最大程度上防止傳感器被粘污、結(jié)疤、堵塞等等。符合免維護傳感器的標準，保證了流量計長期高精度測量的工作狀態(tài)。而孔板流量計的節(jié)流口對微量磨損就十分敏感。規(guī)程規(guī)定，計量用孔板流量計的孔板每年必須進行一次或一次以上的強制性磨損檢查，這是保證孔板流量計準確計量的必要條件。對于那些大管徑的孔板和蒸汽孔板，其拆裝難度之大，維修費用之高，給使用者帶來了額外的負擔。 彎管傳感器因耐磨損、免維護、長周期高精度運行的特點，可滿足直接焊接安裝的技術(shù)條件，焊接法安裝解決了流量測量裝置現(xiàn)場跑、冒、滴、漏等令人頭痛的問題。 3、無任何附加節(jié)流件或插入件，無附加壓力損失，節(jié)約能源 這一特點給彎管流量計的工業(yè)化應用帶來了巨大的便利和經(jīng)濟效益。 對孔扳流量計來說，流體在孔板上的壓力損失是不可恢復的，其損失可達孔板在該流量下產(chǎn)生的差壓值的60%80%，為了提高其測量精度，設計人員在選定孔板流量計的工作差壓值時一般都取高值，使該壓力損失成為不可忽視的數(shù)值。 彎管流量計則不存在管道附加阻力損失的問題，孔板的節(jié)流損耗可簡單地看作是彎管流量計的節(jié)能效果，這對于那些大系統(tǒng)、大管徑、大流量、低壓力的測量對象好處更加明顯。 下面舉一個簡單的例子予以說明。為維持一臺安裝在每小時數(shù)千噸流量供熱管道的孔板流量計正常運行，一個采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬度，折合人民幣數(shù)萬元。這里僅考慮孔板流量計壓力損失為幾千帕，實際運行時遠遠超過這個值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運行費用也是不可忽視的。表1給出的數(shù)據(jù)為目前熱力管網(wǎng)用主管道流量范圍在不同的壓力損失時，孔板流量計引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費用、折合標準煤量、購煤費用的單臺孔板流量計在一個取暖季節(jié)運行費用的數(shù)據(jù)，其中運行天數(shù)按120天、電價按0.35元度、標準煤價按200元/t計算，一個流量為4000m3/h的中型熱網(wǎng)，當孔板壓力損失為30千帕時，僅一臺孔板流量計就多耗9.6萬度電，運行費用為3.12萬元，對于流量為10000m3/h的大型熱網(wǎng)，額外耗電量達24萬度，運行費用7.8萬元。而彎管流量計是沒有附加阻力損失的，如果用彎管流量計替代孔板流量計進行計量，就可大大地減少運行費用，獲得可觀的經(jīng)濟效益. 4、可測量容易臟污、易堵塞傳感器的流體 循環(huán)水水質(zhì)較差，對流量測量裝置的污染影響較大。孔板流量計的節(jié)流件或渦街流量計的插入件極易被循環(huán)水玷污或堵塞，尤其是孔板節(jié)流口的直角部分，即使是輕微的玷污也會對測量精度造成極大的影響。彎管傳感器對于類似循環(huán)水這樣的介質(zhì)（如高爐煤氣等）其適應性是不用懷疑的，即使是長期的運行也能保證彎管流量計的正常工作，保證其足夠的測量精度。 我們的措施是： （1）在允許的范圍內(nèi)盡可能加大取壓孔的孔徑； （2）取壓孔連接的根部閥選擇三通旋塞閥，方便對取壓孔進行必要的疏通； （3）定期用低壓蒸汽對取壓閥以及取壓孔進行吹掃、清洗，對易結(jié)疤的介質(zhì)可以在一定程度上改善彎管傳感器的工作狀態(tài)。 5、適應性強，量程范圍寬、直管段要求不嚴格 只要是能用孔板、渦街，均速管等流量計進行測量的流體都可用彎管流量計來進行流量測量，且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐震動、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計遠遠優(yōu)于這些常用的流量計。 高溫、高壓、沖擊、震動使渦街流量計適用范圍十分有限，這與它的測量原理有關(guān)。震動、沖擊對彎管傳感器的正常工作幾乎沒有影響，而高溫、高壓對于彎管傳感器來說只要采用與工藝管道相同材質(zhì)的標準彎頭，就可以得到解決。 量程范圍寬一方面是指彎管流量計對于其測量介質(zhì)的流速適用范圍寬，蒸汽或其它氣體介質(zhì)，流速范圍為0770m/s；液體介質(zhì)流速范圍為00.35m/s。以上所說的流速范圍也沒有嚴格的限制，如果被測介質(zhì)沒有上限流速的限制，則流速范圍還可更大；有足夠精度的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質(zhì)量微差壓變送器的應用使彎管流量計能夠適應低流速、小信號測量的要求?？傊?，彎管流量計的量程范圍完全可以滿足不同對象的流量測量的要求。 量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，管徑可從十幾毫米到一米甚至兩米以上。直管段要求不嚴格也是彎管流量計在現(xiàn)場使用中十分重要的特點之一，許多流量測量裝置都因為現(xiàn)場直管段不能滿足要求而不能進行測量或不能保證其測量精度。彎管流量計在實際應用時只需保證前5D、后2D，遠遠低于其它流量測量裝置的要求。 6、測量精度高、重現(xiàn)性好 實驗證明，彎管流量計的測量準確度可達到1.0%。重現(xiàn)性精度高達0.2%。 7、測量數(shù)據(jù)可直接接入DCS系統(tǒng) 測量數(shù)據(jù)可直接輸入DCS系統(tǒng)。專用主機配有RSR-232、485通訊接口。 三、彎管流量計的應用 1蒸汽計量 彎管流量計用于蒸汽流量的測量，使蒸汽流量測量裝置容易泄漏的難題得到根本性的解決，無阻力損失的優(yōu)點，可獲得更好的經(jīng)濟效益，耐磨損、長周期運行不需要進行復雜維護和修理，使運行維修費用降到最低點。 2液體流量計量 處于地下或者半地下的輸水管道，對于流量計的要求更多的是耐用性，水系統(tǒng)管網(wǎng)縱橫交錯，希望水系統(tǒng)流量傳感器一次安裝之后能達到長周期、免維護、高精度可靠運行。彎管流量傳感器具備的堅固耐用抗磨損、可長周期保持足夠高的測量精度的特點，在這里可以發(fā)揮最大的作用。 在水系統(tǒng)中，特別提一下的是化學水處理含酸水的流量測量，化學水處理過程中，由于水呈現(xiàn)酸性，其管道都是襯膠的，對于這種特殊的被測介質(zhì)（酸、堿性介質(zhì)），只要選擇耐酸不銹鋼、防腐型彎管傳感器就可以方便地解決流量測量問題。至于諸如鍋爐上水，雖然壓力、和溫度相對比較高，只要解決焊接問題，用彎管流量計進行流量測量是完全沒有問題的。這一點在現(xiàn)場已得到充分驗證。 3一般氣體的測量 一般氣體的測量包括壓縮空氣、氧氣、氮氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、窯氣等。在測量如壓縮空氣類似介質(zhì)中有些用戶為了節(jié)能降耗，一般采用將鼓風機電動機都改為變頻調(diào)速，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制風量的節(jié)能手段，其節(jié)能效果當然是明顯的。如果彎管流量計替代孔板流量計進行流量測量，則可進一步降低管道壓力損失，達到更佳的節(jié)能降耗目的。 4現(xiàn)場工業(yè)彎頭的改造 受種種條件的限制，許多用戶希望仍使用原有管道上的彎頭作為彎管傳感器，為此我們在現(xiàn)場作了大量的工作，在保證用戶要求的測量精度前提下完成了彎管流量計的這項擴展工作。為用戶降低了費用，同時也簡化了現(xiàn)場的安裝工作。例如與寧波熱電廠合作，對其5臺鍋爐、3臺汽機出口主蒸汽彎管進行改造工作，整個系統(tǒng)的測量精度達到了用戶嚴格的要求（1.5級）。與湘潭鋼鐵廠合作，改造大管徑空氣管道（DN1100），首次使用了焊接式彎管（俗稱“蝦米腰”）作為彎管傳感器，并獲得了用戶的認可。 目前，我廠的彎管流量計已經(jīng)成功應用在冶金、電廠、堿業(yè)及其它行業(yè)，用于蒸汽、循環(huán)水，窯氣、助燃空氣、高爐煤氣計量等，并將彎管流量計成功地應用到了中溫中壓蒸汽流量測量中。 四、測量技術(shù)的完善 由于工業(yè)現(xiàn)場實際環(huán)境的限制，許多用戶的現(xiàn)場安裝條件十分苛刻，我們在現(xiàn)場安裝方法上進行了大量開創(chuàng)工作，使我們的測量技術(shù)得到進一步的完善，使彎管流量計的實際適用范圍有了更大的擴展。 1、彎管流量計在直管線上的安裝。 在傳感器安裝位置狹窄或沒有自然轉(zhuǎn)彎處，我們率先使用了彎管傳感器在直管段上的安裝技術(shù)，進一步開闊了彎管流量計的使用空間。 2、蒸汽的適用范圍突破了中溫、中壓禁區(qū) 利用彎管流量計測量蒸汽流量應該說是一種最佳選擇。通過與寧波熱電廠、唐山堿廠熱電公司、青島堿廠熱電公司合作，將彎管流量計成功地應用到了中溫（430左右）中壓（40kg左右）主蒸汽流量測量中，為彎管流量計應用領域獲得更大的發(fā)展空間，打破孔板流量計在中溫中壓領域一統(tǒng)天下的局面。 3、大彎徑比彎管傳感器的應用 突破了其它彎管流量計生產(chǎn)廠家固守的只能使用1.5D左右彎頭做傳感器的觀念。如與寧波熱電廠合作所使用的傳感器曲率半徑皆大于5D，擴大了彎管傳感器的應用，又為彎管流量計在中溫、中壓條件下使用提供了安全的保障。 4、介質(zhì)密度溫壓補償對流量測量準確性的影響 為了保證氣體（包括蒸氣）介質(zhì)流量測量的準確性，必須在測量介質(zhì)流量的同時測量出介質(zhì)的溫度和壓力值，利用二次儀表的運算補償功能在線對介質(zhì)的密度進行計算和補償。在流量計算公式中，介質(zhì)的密度與流量傳感器產(chǎn)生的差壓值是處于同樣重要的位置上，密度偏差造成的流量測量不準確與差壓變送器不準確造成的測量誤差是完全一樣的。 Q=（P/）1/2 或者G=（P/）1/2 其中，P是差壓變送器顯示的差壓值，而就是介質(zhì)的密度。過去使用的流量二次儀表一般不具備在線溫壓補償運算的功能，而不能對實際工作中密度的變化進行必要的在線補償和修正。隨著微電子技術(shù)的廣泛應用，尤其是智能型二次儀表的開發(fā)和應用，使它的實用功能大大地擴展和加強，現(xiàn)在我公司生產(chǎn)制造的儀表提供的流量測量裝置具備溫壓在線密度運算補償已經(jīng)成為現(xiàn)場測量不可或缺的功能。 五、彎管流量計的應用及認可 通過我們十幾年的努力，國內(nèi)部分企業(yè)已廣泛使用我廠生產(chǎn)的彎管流量計，各種介質(zhì)的測量取得了良好的效果。彎管流量計是一種高新技術(shù)型、節(jié)能型計量儀表，是集現(xiàn)代彎管加工技術(shù)，現(xiàn)代差壓測量技術(shù)及現(xiàn)代計算機技術(shù)的綜合結(jié)晶，這些高新技術(shù)的綜合應用，使彎管流量計能滿足工業(yè)企業(yè)對各種介質(zhì)流量測量的要求。 彎管流量計在冶金行業(yè)的應用技術(shù) 隨著近幾年我國冶金行業(yè)的迅猛發(fā)展，彎管流量計在該行業(yè)的應用也得到廣泛推廣。在鋼鐵冶煉生產(chǎn)中彎管流量計計量控制越來越受到厚愛和重視。廣泛應用于燒結(jié)、高爐煉鐵、煉鋼、軋制等工藝流程。大家對精確計量有了充分的認識，從盲目生產(chǎn)到計控生產(chǎn)，根本上解決了無控制的浪費，降低消耗，降低成本，提高了經(jīng)濟效益。冶金行業(yè)中最普遍、最重要的流量測量對象有高爐煤氣、水、蒸汽、氧氣、空氣、氮氣等。不同介質(zhì)在測量中所反映的問題不盡相同，難度也不一樣。綜合各方面因素，煤氣的測量難度最大，這里我們重點分析介紹一下。 一、煤氣測量 大口徑煤氣的測量一直是冶金、焦化、管網(wǎng)等行業(yè)計量工作的難題。其原因有：一、介質(zhì)較臟，容易在檢測元件表面堆積污物；二、介質(zhì)壓力低，流速低，流量變化范圍大；三、介質(zhì)為混合物，組分的變化對測量的影響較大。管線多為主干線。長期以來人們習慣于用孔板來測量煤氣流量，但由于孔板自身的結(jié)構(gòu)特點，使其應用的很不理想：煤氣中含有粉塵和雜質(zhì)，經(jīng)過一段時間，在連續(xù)性生產(chǎn)的情況下，不可能停氣清洗或更換孔板；由于介質(zhì)流速較低，為獲得更大的差壓，孔板的開口徑一般較小，造成壓損大，當流量增大，孔板起到了限流作用，彎管流量計測量系統(tǒng)是利用煤氣工藝管道上的彎管進行流量測量，而不是利用附加在管道中的節(jié)流件測量，實踐證明高爐煤氣使用彎管流量計測量，測量精度、穩(wěn)定性都有可靠保證。 二、水的測量 敝司生產(chǎn)的彎管流量計已應用在高爐大風機房冷卻水、高爐風口小套水、高爐冷卻水總管、高爐冷卻壁水、熱風爐冷卻水等過程控制中。 三、風量（空氣）的測量 風量的測量我們應用在高爐冷風的測量控制中。一般風量測量環(huán)境較為復雜，如振動、高溫粉塵等。其他類型儀表很難實現(xiàn)測量，穩(wěn)定性更是無法保證。彎管流量計的性能特點在這里體現(xiàn)出其具有的絕對優(yōu)勢，現(xiàn)場應用效果非常理想。 彎管流量計在制堿系統(tǒng)的應用 配合不同的彎管材質(zhì)和合適的幾何尺寸，彎管流量計可以適應制堿系統(tǒng)絕大多數(shù)工藝介質(zhì)和工藝條件的流量測量（這里說的絕大多數(shù)工藝介質(zhì)不包括以下特殊工藝介質(zhì)如：石灰乳液、堿液等等，這兩種介質(zhì)由于容易沉積、結(jié)垢，會堵塞導壓管而不適合用彎管流量計進行流量測量，還是用電磁流量計比較好），至于精制鹽水、氨鹽水等等都可以采用彎管流量計進行流量測量，因此可以說，彎管流量計的適用范圍是十分廣闊的。 1、窯氣和爐氣系統(tǒng) a、石灰窯入口空氣流量 為了節(jié)能降耗，石灰窯鼓風機電動機都改為變頻調(diào)速，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)節(jié)閥控制風量的耗能控制手段，其節(jié)能效果當然是十分明顯的，但是，為了測量石灰窯實際進風量而安裝的孔板流量計也會造成額外的阻力損失，增加電動機的耗電量，如果將孔板流量計改為彎管流量計進行流量測量則可進一步降低管道阻力損失，進而達到更佳的節(jié)能降耗的目的。（由于鼓風機震動比較大，渦街流量計在這里是根本不能適應的。）變頻調(diào)速的控制對象可以是石灰窯入口空氣壓力，也可以是石灰窯入口空氣流量，有些單位可能沒有石灰窯入口空氣流量的檢測，這對于石灰窯的優(yōu)化操作是十分不利的，利用彎管流量計不增加阻力的特點，加裝入窯空氣流量的檢測是一個有實際意義的方案。 b、蒸汽透平壓縮機打氣量的測量 蒸汽透平壓縮機打氣量（無論是窯氣或者是爐氣）是一個十分重要的工藝參數(shù)，由于管道比較大，安裝孔板流量計比較困難，同時過大的阻力損失會大大增加壓縮機的負荷量，因此，在設計中就放棄了對這個參數(shù)的監(jiān)測。彎管流量計特別適合大管徑、大流量、低壓力（蒸汽透平壓縮機出口二氧化碳氣體的壓力并不低）的場合使用，它不會增加蒸汽透平壓縮機的負荷，如果在實際施工中，利用我公司現(xiàn)場改造技術(shù)，將現(xiàn)有的標準彎頭改造成彎管傳感器使用，其施工難度很小，可以十分方便地完成這個改造任務。 c、碳化塔下段氣、中段氣、清洗氣流量檢測 幾臺或者十幾臺碳化塔并聯(lián)運行，合理分配有限的氣體資源是十分重要的工作，因此碳化塔下段氣、中段氣、清洗氣流量檢測就是不可或缺的了，用彎管流量計代替眾多的孔板流量計必然會大大降低蒸汽透平壓縮機的負荷量，對節(jié)能降耗肯定是有好處的。 d、輕灰煅燒爐出口爐氣流量檢測 輕灰煅燒爐的負荷可以采用控制重堿入爐量（重堿用電子皮帶秤或者是固體沖量秤進行計量）的方法來實現(xiàn)。但是，對于含水量相對較高的重堿來說，固體物料的準確計量是十分困難的，因此，一般采用蒸汽消耗量來間接推算煅燒爐的實際負荷水平。如果能同時測量每臺輕灰煅燒爐出口爐氣流量，這對于準確估計煅燒爐的實際負荷水平是十分有利的，由于爐氣的冷卻凈化系統(tǒng)并不是與輕灰煅燒爐一一對應的，在爐氣冷卻凈化之前，幾乎沒有什么類型的流量計可以對它進行有效的流量檢測，所以，輕灰煅燒爐沒有單臺爐氣流量計，這對于優(yōu)化煅燒爐的操作無疑是一個缺陷，彎管流量計能較好地解決這個問題，夾帶大量純堿粉塵的高溫爐氣并不會對彎管流量計的準確測量帶來太多的麻煩。它可以方便地測出單臺輕灰煅燒爐實際爐氣量，同時又不會增加壓縮機的負荷，這是一個理想的解決辦法。 2、蒸汽系統(tǒng) 在制堿系統(tǒng)中，蒸汽一般分為中壓蒸汽和低壓蒸汽兩種，這兩種蒸汽幾乎都是過熱蒸汽。鍋爐出口，蒸汽汽輪機、蒸汽透平壓縮機、蒸汽透平真空機入口，輕灰煅燒爐入口以及溫度、壓力稍稍低一點的重灰煅燒爐入口的蒸汽都屬于中壓蒸汽的范疇，其特點是溫度、壓力都比較高。大量的低壓蒸汽主要用于母液蒸餾塔和淡液蒸餾塔。這些蒸汽流量幾乎全部是孔板流量計（或者是四分之一圓噴嘴流量計），其主要缺點是阻力損失大，容易發(fā)生泄漏，維修十分困難。焊接式安裝方式及較低的直管段要求，使彎管流量計特別適合蒸汽流量的測量。 3、其它介質(zhì) 吸收塔的氨氣流量，常規(guī)的方法是用旋翼式流量計對液氨進行計量。旋翼式流量計屬于機械式流量測量裝置，它對于被測介質(zhì)的潔凈度要求很高，少量雜質(zhì)就可能造成儀表卡澀，影響儀表的正常工作。采用彎管流量計測量氣化后的氣氨，其效果就比較理想。由于氨氣的密度比較小，流速也不會