1 前言

 

    利用差壓原理進(jìn)行流量測(cè)量是當(dāng)今世界上使用最廣泛、最可靠的流量測(cè)量方式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和流量測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，一些新型、高性能的測(cè)量傳感裝置也得到廣泛應(yīng)用，由美國VERIS公司推出的全新均速流量探頭—威力巴便是其中之一。威力巴的出現(xiàn)，使得一次源的測(cè)量精度、重復(fù)性和可靠性達(dá)到一個(gè)嶄新的高度。威力巴的設(shè)計(jì)、制造先進(jìn)，但其測(cè)量系統(tǒng)對(duì)被測(cè)介質(zhì)有關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確性要求也很高。本文從威力巴測(cè)量原理出發(fā)，結(jié)合其在我公司煤氣流量測(cè)量中的應(yīng)用，談?wù)勗摿髁坑?jì)在實(shí)際使用中的參數(shù)核定問題及使用過程中需要注意的相關(guān)事項(xiàng)。

 

    2 威力巴測(cè)量原理

 

    威力巴均速流量探頭垂直插入管道固定安裝（見圖1）。當(dāng)流體流過探頭時(shí)，在其前部產(chǎn)生一個(gè)高壓分布區(qū)，高壓分布區(qū)的壓力略高于管道的靜壓，根據(jù)伯努利方程原理，流體流過探頭時(shí)速度加快，在探頭后部產(chǎn)生一個(gè)低壓分布區(qū)，低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓。威力巴探頭在高、低壓區(qū)有按一定準(zhǔn)則排布的多對(duì)取壓孔，通過這些取壓孔，威力巴能夠精確地檢測(cè)到由流體平均速度所產(chǎn)生的平均差壓△P。需要注意的是，均速流量探頭的截面形狀、表面粗糙狀況和低壓取壓孔的位置是決定探頭性能的關(guān)鍵因素。低壓信號(hào)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確對(duì)均速探頭的精度和性能起著決定性作用。在煤氣測(cè)量中，流量QV與△P的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

 

    QV=C＇×[（△P×P（fa））/（T（fa）×Z（f））]/2（1）

 

    式中：QV——標(biāo)態(tài)體積流量，m3/h；

    △P——差壓，kPa；

    Pfa——工作狀態(tài)絕壓，kPa；

    Tfa——工作狀態(tài)絕對(duì)溫度，K；

    Zf——工作狀態(tài)下煤氣的絕壓系數(shù)；

    C＇——流量系數(shù)。

 

    

 

    3 實(shí)際使用中參數(shù)的核定

 

    威力巴流量計(jì)生產(chǎn)廠家是根據(jù)用戶提供的有關(guān)工藝參數(shù)、測(cè)量要求來確定設(shè)備型號(hào)和計(jì)算差壓的，而用戶往往以原工藝設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)值提供，但在投產(chǎn)后的實(shí)際生產(chǎn)中，各種參數(shù)發(fā)生了變化，使原參數(shù)計(jì)算與設(shè)定的威力巴測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度受到較大影響。必須重新核定有關(guān)參數(shù)并計(jì)算新的差壓值，修訂測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)。在煉鐵熱風(fēng)爐煤氣流量測(cè)量中，就發(fā)現(xiàn)了此類問題。

 

    工作壓力Pf是獲得準(zhǔn)確差壓計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)之一，由式（1）可得差壓△P計(jì)算公式為：

 

    △P=[QV/C＇]2×[T（fa）×Z（f）/P（fa）]（2）

 

    式中：P（fa）=P（f）+當(dāng)?shù)仄骄髿鈮骸Ｓ纱丝梢?，工作壓力Pf與差壓的計(jì)算直接相關(guān)。

 

    柳鋼于2003年采用V200-10-H-H-B5C在線安裝型威力巴測(cè)量煉鐵熱風(fēng)爐入口中壓煤氣流量，訂貨時(shí)提供的工作壓力參數(shù)為設(shè)計(jì)值40kPa，廠家計(jì)算差壓量程為200.31Pa，對(duì)應(yīng)顯示的流量值為15000m3/h。測(cè)量系統(tǒng)投運(yùn)后，流量顯示值約31000m3/h，與生產(chǎn)消耗嚴(yán)重不符。經(jīng)仔細(xì)核查，發(fā)現(xiàn)提供的原始參數(shù)有問題，其中壓力參數(shù)影響最大。因煉鐵熱風(fēng)爐生產(chǎn)水平未達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，煤氣消耗量不大，供氣工作壓力實(shí)際只有3kPa，而以3kPa計(jì)算（修訂其它有誤差參數(shù)）威力巴差壓為206.2Pa，與原差壓相差近6Pa，投運(yùn)后在相同生產(chǎn)狀況下流量顯示約為27500m3/h，與生產(chǎn)消耗基本相符?？梢婋m然差壓只相差6Pa，但流量卻相差了約3500m3/h。而后，煉鐵高爐生產(chǎn)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，出鐵產(chǎn)量大大提高，熱風(fēng)量大大提高，煤氣需求量增大，為此鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量由原來的600m3/min提高到800m3/min，送風(fēng)量的增大也使煤氣壓力從3kPa最高升到8kPa，在最大流量45000m3/h不變的條件下，其計(jì)算差壓量程為197Pa，及時(shí)調(diào)整威力巴測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)后，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

 

    4 煤氣摩爾質(zhì)量

 

    式（2）中流量系數(shù)

 

    C＇=N×K×YV×D×D×[T（ba）×Z（b）/P（b）]×[1/Mr]/2（3）

 

    式中：N——單位換算常數(shù)；

    YV——氣體膨脹系數(shù)；

    K——威力巴的K系數(shù)；

    D——管道內(nèi)徑；

    Tba——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下絕對(duì)溫度；

    Zb——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下該氣體的絕壓系數(shù)；

    Mr——氣體摩爾質(zhì)量；

    Pb——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕壓，kPa。

 

    可見氣體摩爾質(zhì)量Mr也是差壓計(jì)算的重要參數(shù)。

 

   柳鋼生產(chǎn)用煤氣實(shí)際上是一組混合氣體，原設(shè)計(jì)提供的煤氣介質(zhì)組成及其成分見表1。依此計(jì)算出設(shè)計(jì)提供煤氣摩爾質(zhì)量為25.236，在最大流量45000m3/h，工作壓力36kPa狀態(tài)下，計(jì)算差壓為208.3Pa（其它參數(shù)均正確）。

 

    柳鋼實(shí)際生產(chǎn)用煤氣介質(zhì)成分見表1（經(jīng)檢驗(yàn)分析而得）。以此計(jì)算實(shí)際生產(chǎn)的煤氣摩爾質(zhì)量為24.730，在與上述相同狀況下計(jì)算差壓為206.2Pa，與原差壓208.3Pa相差2.1Pa，在工藝生產(chǎn)狀況相同的條件下，威力巴測(cè)量系統(tǒng)在設(shè)定兩種差壓參數(shù)時(shí)流量顯示偏差約1000m3/h。（注：上面差壓的計(jì)算要依據(jù)威力巴相關(guān)計(jì)算軟件，具體過程省略。）

 

 

 

    5 最大流量和工作溫度

 

    最大流量是確定測(cè)量系統(tǒng)差壓量程的重要參數(shù)。對(duì)于威力巴，在確定最大流量參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況的正常流量確定合適范圍的最大流量，才能保證測(cè)量系統(tǒng)工作在良好的線性測(cè)量范圍，以減少線性測(cè)量誤差。即使生產(chǎn)狀況發(fā)生變化，最大流量提高，由于威力巴具有量程比大的優(yōu)點(diǎn)，一般只需重新計(jì)算差壓，修改設(shè)定參數(shù)，就能可靠地在新工藝生產(chǎn)狀況下測(cè)量。

 

    在式（2）中，工作狀態(tài)絕對(duì)溫度T（fa）=工作溫度+273.15，可見工作溫度也是影響威力巴計(jì)算差壓的重要參數(shù)。柳鋼煤氣中壓原設(shè)計(jì)工作溫度為40℃，而實(shí)際生產(chǎn)中溫度達(dá)到58℃，因此工作溫度參數(shù)也應(yīng)以實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)下的值為準(zhǔn)，才能保證測(cè)量差壓計(jì)算的準(zhǔn)確。

 

    此外，威力巴測(cè)量氣體介質(zhì)流量時(shí)，由于氣體的密度受溫度、壓力影響比較大，在一定的溫度壓力范圍內(nèi)，密度的變化大于測(cè)量精度的要求，則必須加溫、壓補(bǔ)償。但當(dāng)溫度或壓力變化較大時(shí)，則必須以改變了的溫度或壓力值重新計(jì)算差壓，否則將造成較大的測(cè)量誤差。

 

    6 威力巴流量計(jì)使用中需要注意的相關(guān)事項(xiàng)

 

    （1）在安裝使用時(shí)，當(dāng)管道上、下游的直管段不夠長時(shí)，推薦在彎管后2倍管道直徑處安裝威力巴。因在彎管后的流體剖面較復(fù)雜，需將流體系數(shù)K做輕微調(diào)整。據(jù)有關(guān)資料表明調(diào)整K系數(shù)以后，測(cè)量精度由原來的±1%下降到±3%，重復(fù)精度由原來的±0.1%下降到±0.3%。

 

    （2）連續(xù)工作的威力巴從根本上杜絕了堵的可能，但在以下情況，威力巴仍需注意防堵：當(dāng)引壓管泄漏，探頭高壓區(qū)遭到破壞，雜質(zhì)中直徑較小的顆粒就有可能進(jìn)入取壓孔；當(dāng)管道處于停產(chǎn)時(shí)，由于分子的布朗運(yùn)動(dòng)，顆粒小的雜質(zhì)有可能進(jìn)入取壓孔；系統(tǒng)頻繁開機(jī)時(shí)，在高壓區(qū)形成的瞬間，顆粒小的雜質(zhì)有可能進(jìn)入取壓孔，日積月累，就有可能造成探頭的堵塞；介質(zhì)中含有大量的焦油、藻類生物，或者含有纖維狀的物質(zhì)，也有可能造成探頭的堵塞。

 

    7 結(jié)語

 

    利用威力巴進(jìn)行流體流量測(cè)量，其差壓計(jì)算所需參數(shù)必須是實(shí)際生產(chǎn)狀況下可靠的參數(shù)，否則參數(shù)不正確，計(jì)算出來的差壓必定不真實(shí)，那么據(jù)此選用的再先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備也無法準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量。當(dāng)然在實(shí)際使用過程中要保證威力巴流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確、可靠，需要核定的參數(shù)不止上面幾項(xiàng)，它們只不過是影響比較大的幾個(gè)方面。除此之外，盡管威力巴探頭采用科學(xué)、先進(jìn)的防堵設(shè)計(jì)，還是需要注意正確安裝與使用，這需要在長期的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中探索、總結(jié)。惟有如此，流量計(jì)才能在流量測(cè)量中發(fā)揮應(yīng)有的作用。