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煤气流量计计量仪表选型的探讨
1.问题的提出
随着经济的发展,人民生活水平的提高,城市管道煤气日益普及,煤气厂煤气流量的计量直接关系到煤气厂的生产成本管理和煤气销售公司的经济利益,因此,煤气流量的准确可靠的计量是煤气计量的基本要求。
在煤气厂煤气计量中,计量仪表必须能克服下述3个比较突出的难点问题:
1.1煤气测量中易产生的堵塞问题
由于煤气制造的原料和工艺的不同,目前我国煤气厂出厂煤气虽然经过净化处理,但仍然含有细小灰尘和焦油等,很容易黏附、堆积于计量仪表的检测通道中,使仪表不能正常工作,甚至堵塞检测仪表,使仪表失效。仪表检测通道堵塞不便于疏通修复。
1.2煤气流量变化范围大的问题
用户集中用气的高峰期与晚上少数用户用气的低峰期相比,煤气流量相差可能达20多倍。
1.3供气主管口径大,煤气流速低
基于安全的考虑,管道内煤气的流速上限为8~12m/s,由于煤气用气量大,工作压力不高,供气主管口径比较大(因此不能采用科里奥利式质量流量计),在用气低峰期煤气流速很低。
 
2.传统仪表计量方法
过去我国的管道煤气流量计量仪表几乎都采用差压法孔板流量计。孔板测量法遇到的第一个问题就是取源管线堵塞的问题,运行一段时间后精度就下降,甚至无法工作。为了适应脏污流体的流量计量,一些流量计生产厂家开发了可不停气拆卸清洗的孔板,一些煤气厂已用这种新型孔板来计量煤气流量,通过定期清洗,来保持仪表正常工作。孔板流量计还有一个突出的局限性:量程比太小,一般为3:1。用一台流量计不能克服煤气流量变化范围大的问题,为了适应煤气流量变化大的要求,需在总管上并接若干条分管道,于分管道上安装孔板流量计,配备相应的二位式开关阀,根据煤
气流量的实际大小来操作开关阀,控制每根管道内煤气的流速以保证测量精度。很显然,这样的孔板计量系统结构复杂,体积庞大,工程投资费用很高,运行维护工作量大(导压管还必须定期更换),再加上孔板流量计的一些固有缺点(如压力损失大等),一些煤气厂非常希望能选用一种新的测量仪表来取代孔板流量计。
 
3.涡街流量计计量方法
与孔板流量计相比较,涡街流量计具有量程比较大、测量精度高、压力损失小等优点,对于大口径管道采用带球阀的插入式蜗街流量计,可实现不停气检修,所以有些煤气厂用他来替代孔板流量计。采用涡街流量计也有下述几个值得注意的问题:
3.1检测孔道堵塞
从目前国内外蜗街流量计的发展情况看,zui早的涡街流量计均要通过较小的孔道将旋涡发生体两侧交替产生的压力变化信号引到检测元件,很容易导致堵塞,且很难清洗,这种蜗街流量计只适用于测量比较干净的介质,不适于用来测量煤气流量。近两年蜗街流量计的结构获得改进,检测元件内置于旋涡发生体中,不接触被测介质,应用范围比较广泛。
3.2要求较高的流速
为保持流量系数的稳定,一般要求较高的雷诺数(如Re>5000),为了保证测量精度,流体流速不能太低,对于大口径的蜗街流量计,要求测量煤气的zui低流速一般为7.2m/s。但基于安全的考虑,管道内煤气的流速上限为8~12m/s,当煤气用量偏小时,流速下降,zui低可达0.5m/s,很显然严重偏离涡街流量计对流速的要求。若要解决这一问题,必须设置一套庞大的多管测量系统。
3.3要求管道无振动
由于煤气输出管道往往直接与煤气加压机出口相连,管道振动较大,尽管采用具有一定防振的涡街流量计,管道振动仍会导致干扰信号的产生。
 
4.热式气体质量流量计计量方法
孔板和涡街流量计测量值均对应于气体工况下的体积流量,由于煤气的工作压力变化较大,煤气的密度也有较大的变化,因此还必须采取温压补偿措施来保证测量精度。
热式气体质量流量计测量值对应于气体的质量流量或标准状态下的体积流量,不需进行温度压力补偿修正,现以某公司生产的工业插入式气体质量流量计为例,来说明这种流量计的工作原理和应用前景。
4.1工作原理及特性
热式气体质量流量计的前身是热线风速仪,经过一系列的改进,结合现代的微电子技术,使这种流量计能用于其它流量计难以胜任的测量条件和环境。
热式气体质量流量计是利用插入流体中的加热元件与流动的气体之间的对流换热的原理而制成的。由插入流体的两检测元件(探头)组成,较短的探头用于测量气体的温度,较长的探头为加热换热元件,两元件都是用铂丝绕制的铂电阻,外面带不锈钢护套。
流量计由其控制电路使加热换热元件加热到高于气体温度,通过改变加热电流,保持加热换热元件温度与气体温度之差恒定,这时加热功率和被气体带走的热量处于平衡状态。加热换热元件与气体的热传递关系式为:
式中
H—单位时间内加热换热元件被带走的热量;
K—气体的导热率;
T—加热换热元件的表面温度;
To—气体的操作温度;
L—加热铂丝的长度;
ρ—气体的操作密度;
Cp—气体的定压比热;
v—气体的流速;
d—加热铂丝的外径。
当煤气成分一定时,K和Cp是常数,具体的流量测量系统确定后,L,ρ,d也是常数,只要保持温差(T-To)恒定,则质量流量因子ρv是H的单值函数,因为质量流量G=ρvA(A为被测管道的横截面积),此时v为气体在单位时间内的平均流速,因此,质量流量G与H成单值函数关系。
根据物理学可知:H=I²R(T)保持加热换热元件的表面温度一定时,电阻R(T)为定值,因此,质量流量G与加热电流成单值函数关系。加热电流I的测控可通过带反馈的惠斯通电桥电路实现。该仪表对低流速有很高的灵敏度。可测的zui低流速达0.05m/s。
 
5.热式气体质量流量计的应用特点
热式气体质量流量计具有防爆结构,应用于管道煤气的流量计量有一系列显著的优点:
1)检测元件的结构简单,外形类似于温度计套管,不存在堵塞检测通道的问题。检测元件表面的脏污容易清除,采用带球阀插入的安装方式,可实现不停气检修,维护工作量小。
2)量程比特别大,可达1000:1。可测的气体流速范围为0.05m/s~50m/s,因此,只需一台仪表就可完全满足一般煤气厂的输出总管的流量变化范围和流速的变化特征,不必像孔板或涡街流量计那样设置多管测量系统,具有投资省,可靠性高的特点。
3)仪表精度高。仪表的精度等级为1级,稳定性好,重复性误差不超过满量程的0.2%。
 
6.结论
通过以上分析可知,热式气体质量流量计能够同时克服在煤气厂煤气计量中,困扰用户多年的3个比较突出的问题,具有其它流量计所没有的独特的优点。
热式气体质量流量计不仅可用于煤气厂煤气计量,还可用于以煤为原料的合成氨工艺中变换工段净化气流量、锅炉房预热器的空气流量等重要而又难以精确测量的场合。具有很高的应用价值。
 


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