測管式流量計在濟鋼轉爐煤氣回收系統中的應用

轉爐負能煉鋼是冶金制造企業節能措施之一。煉鋼轉爐回收煤氣的合理利用就是重要環節。根據流量計量，對轉爐煤氣流量、煤氣中的含氧量、含一氧化碳量進行調節控制，使合格的轉爐煤氣回收到企業煤氣系統，除煉鋼作業回收用外還作為能源提供給公司內各用戶，實現負能煉鋼目標。轉爐煤氣的回收是技術難題，轉爐煤氣的計量也是難題之一。因為進行轉爐煤氣測量的流量計需要適應轉爐煤氣臟塵大、高溫、管徑大、不停產特性，而必須滿足抗臟塵、能長期穩定運行、維護量小、適合大口徑管線、檢測元件可不停氣在線安裝等計量需求，同時還具備計量實時數據存儲功能。經性價比分析，濟鋼采購測管式流量計應用于*煉鋼廠轉爐煤氣回收測量。

與其他流量計的性能比較

    以前，大口徑煤氣流量測量曾用過孔板、文丘里管、威力巴、氣體超聲波、熱式質量流量計等作為檢測元件。

    孔板和文丘里管存在①阻力損失大；②測量臟污介質（如煤氣）取壓孔易堵塞；③必須在斷流的情況下安裝拆卸，對于連續運行的工藝管線，安裝變的不可能；④管徑大于1.0米孔板不在國家標準（GB/T2624-93）支持范圍內，孔板的設計缺乏嚴格的科學依據等問題，應用效果不理想。
    威力巴和氣體超聲波雖是可不停氣在線安裝的插入式流量計，安裝維護方便。但是，威力巴易發生取壓孔堵塞；而氣體超聲波因為探頭上易結污垢，造成聲波的反射和衍射；嚴重時需每周拆下清洗并丟失計量數據；應用效果不理想。

    熱式質量流量計可不停氣在線安裝但需預置特性值，因為動態的轉爐煤氣含塵量、含水量與其出廠時的理論預設特性值發生較大變化，使得測量值不是偏低就是偏大，應用效果不理想。

    基于皮托管測量原理的FJP型測管式流量計，是依據ISO3966《封閉管道流體流量的測量—采用皮托靜壓管的速度面積法》標準進行系統安裝和補償運算的，并針對被檢測介質臟污、含水等因素，在測頭和結構上采用*的設計（號：200420000638.7），避免了流量計檢測元件的堵塞與結垢，又能在工藝管線不斷流下進行在線安裝、拆卸和吹掃。該流量計*適合計量需求。

FJP型測管式流量計的引用標準與測量原理

    FJP型測管式流量計引用

    ISO3966《封閉管道流體流量的測量—采用皮托靜壓管的速度面積法》標準。該標準規定在充滿流體的封密管道內，處于穩定流動狀態的體積流量的測量方法。可測量流體的流速范圍：下限流速（空氣）為測頭在風洞中標定的zui低流速（約3.0m/s），上限流速小于0.25倍的馬赫數。 

    據標準介紹，測頭所在位置的局部流速為：

    

    式中：a為測頭校準系數（ 測管式流量計的每一支測頭須經在國家技術監督機構*的風洞上進行標定，以獲得測頭校準系數。）；（1-ε）為可壓縮性修正系數。在液體中ε＝0，所以不需要可壓縮性的修正，但在低馬赫數的可壓縮流體中，系數（1-ε）可按下述關系確定：

    

    式中：r為比熱比；P為局部靜壓；ρ為流體的局部密度；ΔP為由皮托管所指示的差壓。

　　可壓縮流體的密度由下述方程確定：

    

    式中：R＝8.3143 J·mol－1·K－1，摩爾質量以千克/摩爾表示并對空氣的值為02895；Z是氣體定律偏差系數，對壓力小于10倍大氣壓和溫度在273K和373K之間的空氣來說，它與1相差無幾（它應與可壓縮性修正系數（1－ε）有區別）；T是由下述公式所得的局部靜溫度：

   
          　        
    式中：T0是采用一個理想的全溫探頭在管道軸線上測得的總溫度。

    該標準確定的測量方法是在95%置信水平上、有關流量不確定度≤2.0%  。在滿足標準規定的測量條件下，由其它因素影響所引起的誤差為：
    

    式中：ΔqV—流量誤差；Δ（Δp）—差壓測量誤差；Δp—壓力測量誤差；Δγ—比熱比誤差；ΔT—溫度測量誤差；ΔF—面積測量誤差。

    該誤差與方法誤差合成，總不確定度范圍為2.0～3.0% 。

    防堵塞措施

    工業煤氣中大都含有水蒸汽狀態水分通常稱為濕煤氣，煤氣中的臟污粉塵隨冷凝水析出，可在取壓管內壁結垢；往往造成測孔元件的嚴重堵塞。測管式流量計的測頭設計，采用*的蹄形切口結構，向下安裝，濕煤氣中的冷凝水隨時滴入管道不再存積于引壓管內；該式流量計自身還配有在線吹掃裝置可隨時進行吹掃，較好解決了取壓管內壁結垢難題。摘說明書圖示如下：
 

均速管流量計測量臟污介質易發生堵塞


測管式流量計的測頭結構

    使用效果與作用

    測管式流量計自投用運行穩定，再沒發生檢測元件堵塞，測量數據隨機性良好。難能可貴的是，該大口徑流量計可在風洞中標定測頭系數實現測量設備溯源需求，*符合ISO10012：2003、ISO9001：2000標準要求。該式流量計為實現“負能煉鋼”提供了準確有效測量手段，使轉爐煤氣回收績效有據可查、實在可信。