焦爐煤氣流量測量現狀及難點焦爐煤氣是冶金企業(yè)重要的產品和消耗品,焦爐煤氣的熱值高,被廣泛用于煉鋼、軋鋼、發(fā)電等各項生產的加熱環(huán)節(jié);其消耗量直接反映了各單位能耗考核指標的完成情況。因此焦爐煤氣流量測量工作一直是能源計量的重點。但焦爐煤氣本身具有流速低、密度小。
目前,機械、冶金、建材、陶瓷行業(yè)的許多企業(yè),大多都建有自己的煤氣站,產出的煤氣供其加熱或燒制產品燃用。煤氣站中針對煤氣的熱工測量儀表較多,其中煤氣溫度和壓力的檢測一直備受設計單位及建站企業(yè)的重視,因為這兩項指標直接關系系列煤氣發(fā)生爐爐況的控制和煤氣的質量。近幾年,由于市場經濟的沖擊,各企業(yè)紛紛開始注意降低能耗,最大限度地減少其產出成本,于是煤氣流量的檢測也開始受到同樣的重視。企業(yè)通過對煤氣流量的計量,核算出生產單位體積煤氣所消耗的燃料、原料和動力量,從而估算出煤氣生產成本,以便進行經濟核算。用氣單位、部門的煤氣計量控制,燃氣成本核算,同樣達到了控制成本,節(jié)能降耗的目的。
1. 焦爐煤氣流量檢測的特點及對其測量儀表的相應要求首先,煤氣中含有一定的雜質及凈度不穩(wěn)定。發(fā)生爐生產出的煤氣為熱臟煤氣,必須經過一系列的冷卻及凈化工序,才能成為較為潔凈的冷煤氣,加壓外供。而冷煤氣中仍含有一定量的油、塵及水汽,而且一旦煤氣凈化工序出現問題,影響其凈化效果,則煤氣凈度便會下降。這就要求其流量測量儀表對臟污流的敏感程度不高為好。
其次,一般煤氣站煤氣的輸送管管徑較粗,其直徑大多都在DN500mm 以上,這就要求其測量儀表必須滿足大管徑測量的要求。
另外,煤氣屬于易燃易爆有毒氣體,其輸送管道和各連接件處要求密封嚴格,所以要求所選儀表便于維護,盡量避免較頻繁的折裝維修。
更為重要的是煤氣輸送有一定的安全流速限制,這樣造成煤氣流速低,同時煤氣介質臟污,造成煤氣測量的難度。
2. 煤氣流量測量儀表的選擇
2.1 儀表選擇原則
(1)針對煤氣站煤氣的特點,所選儀表應滿足其基本測量要求。
(2)煤氣站煤氣流量的檢測主要是提供企業(yè)成本核算的依據,所選儀表精度也應達到要求。
2.2 儀表的分析比較和選擇
目前工業(yè)上常用的流量測量儀表有差壓式流量開關、速度式流量開關、容積式流量開關及其它一些如渦街流量開關等新型流量開關。容積式流量開關一般用于液體流量的測量,不適于煤氣測量;速度式流量開關一般要求安裝于輸送液體的豎直管段上,而且僅適于管道通徑不可過大的場合,這一點也不符合煤氣站煤氣流量測量要求;而渦街式流量開關用于小通徑管道煤氣測量還可以,但就一般煤氣站大通管道煤氣的測量便顯得經濟性較差。至今煤氣站的煤氣流量測量儀表大多選用差壓式流量開關, 其中孔板式流量開關較為普及。近幾年,隨著電容靶式流量開關技術的日益完善和成熟,在大量實際應用中,電容靶式流量開關在發(fā)生爐煤氣流量檢測中顯示出了其特有的一些優(yōu)勢。
2.2.1 孔板式流量開關
(1)孔板式流量開關基本原理
當充滿管道的流體流經管道內的節(jié)流件時,流束將在節(jié)流件處形成局部收縮,因而流速增加,靜壓力降低,于是在節(jié)流件前后產生壓差,流體流量越大,產生的壓差愈大,因而可依據此壓差來計算介質流量。
(2)節(jié)流裝置的分類及選用
節(jié)流裝置按照用途分類,可分為標準節(jié)流裝置、低雷諾數裝置、臟污流用裝置、低壓損節(jié)流裝置、臨界流節(jié)流裝置和混相流節(jié)流裝置等六種。其中臟污流用裝置比較適合于煤氣流量檢測。
臟污流裝置包括有園缺孔板、偏心孔板、楔形孔板等。園缺孔板可以避免標準孔板入口處積存臟物,水平安裝時,氣體中含有的固體污物可以順利通過;偏心孔板作用與園缺孔板相同,但其流出系數隨取壓口的位置而變化;楔形孔板同樣可以使氣體中的固體污物通過。
由以上分析可知,被測量的煤氣介質凈度不高的問題,臟污流裝置的三種節(jié)流元件均可解決,但偏心孔板公稱直徑范圍一般在DN50~DN350 之間,而楔形孔板公稱直徑僅在DN25~DN250范圍內,若煤氣管徑合適,可以選用偏心孔板或楔形孔板。但若煤氣輸送管徑較大,則只有選擇園缺孔板,其公稱管徑范圍在DN50~DN1500 內,只是其測量精度不高,量程比窄。
2.2.2 電容靶式流量開關
(1)電子靶量計基本原理
電容靶式流量開關是在管道中間插入一個圓形或方形的阻流件(靶),當介質在測量管中流動時,因其自身的動能通過阻流件(電子靶)時對阻流件有一作用力,其作用力的大小與介質流速的平方成正比,其數學方式表達如下:
F=CdAP·V2/2………………⑴
式中:F ——阻流件所受的作用力(Kg)
Cd——物體阻力系數
A ——阻流件對測量管軸向投影面積(mm2)
P ——工況下介質密度(Kg/m3)
v ——介質在測量管中的平均流速(m/s)
阻流件(電子靶)接受的作用力F,經剛性連接的傳遞件(測桿)傳至電容力傳感器,電容力傳感器產生電壓信號輸出:
V=KF………………⑵
式中: V——電容力傳感器輸出的電壓(mV), K——比例常數, F——阻流件(電子靶)所受的作用力(Kg)
由此,此電壓信號經前置放大、AD 轉換及計算機處理后,即可得到相應的瞬時流量和累積總量。
(2)電容靶式流量開關優(yōu)勢
·無可動部件,防堵塞,抗過載,拆卸方便
·壓力損失小,僅為標準孔板的1/2△P 左右
·插入式結構,安裝簡單,無須笨重的殼體,節(jié)省費用
·計量準確,精度可達到0.2%
·傳感器不與被測介質接觸,不存在零部件磨損,使用安全可靠
·具有多種安裝方式供選擇,如選擇在線插入式,安裝費用低;在線拆卸式主干管網無須停車
·具有一體化溫度、壓力補償,直接輸出質量或標方
·具有可選小信號切除、非線性修正、濾波時間可選擇
·能準確測量各種常溫、高溫500 度、低溫-200 度工況下的氣體、液體流量
·重復性好,一般為0.05~0.08%,測量快速
·抗干擾,抗雜質能力特強
·抗震動性強,一定范圍內可測脈動流
3. 發(fā)生爐煤氣流量開關的應用
國內大多數選用孔板式流量開關的發(fā)生爐煤氣站,其節(jié)流元件大多選用標準孔板,其優(yōu)點是計算數據成熟,其差壓式流量開關不經算定便可使用。但運行一段時間后,由于煤氣凈度不夠造成標準孔板表面太臟,致使儀表計量誤差增大,甚至導致取壓孔堵塞。而且因為煤氣壓力一般不高,孔板流量開關的壓力損失過大,是孔板流量開關測量煤氣的致命缺點。
現在,國內選用電容靶式流量開關的發(fā)生爐煤氣站越來越多,電容靶式流量開關較孔板式流量開關用于發(fā)生爐煤氣流量檢測有諸多優(yōu)勢,主要體現在以下幾方面:
(1)壓損僅為標準孔板的1/2;
(2)無可動部件,結構牢固,安裝使用簡單;
(3)抗干擾、干雜質能力強;
(4)經過長周期運行,其穩(wěn)定性、靈敏度、準確性不會發(fā)生明顯變化;
(5)具有一體化溫度、壓力補償,直接輸出標準方。
總結
煤氣站煤氣流量的檢測,雖然近幾年才開始受到重視,但檢測儀表的選用卻很重要,選擇不當,不但增加煤氣站的檢修工作量,而且計量不準確會給企業(yè)以誤導,造成能源的浪費。合理選擇煤氣流量開關,對于企業(yè)能耗的控制至關重要,對于企業(yè)進行節(jié)能降耗的技術改造及完善管理,具有重要的指導意義。