回炉煤气流量的测量方法改造

2010-12-13王在君

化工装备技术 2010年2期

关键词：压损差压孔板

王在君

(陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司)

回炉煤气流量的测量方法改造

王在君＊

(陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司)

从适用和使用角度对原来采用的孔板流量计进行改造,并分析了孔板和背靠背防堵系列毕托巴流量计的工作原理、节能原理,达到满足生产要求和节能要求。

流量测量孔板流量计毕托巴流量计改造

0 前言

回路煤气流量是炭化炉操作需要控制的重要参数,正确测量炭化炉回炉煤气流量是炭化炉平稳运行和产品质量的保证。传统的回炉煤气流量测量仪表主要采用孔板节流装置和差压变送器配合使用。孔板式流量计一般受到工况条件的因素影响,如节流件加工精度、测量压差小、引压管测量误差、散热情况、安装形式、压力损失大等,往往不能准确测量回炉煤气的流量。

神木天元化工有限公司在炭化炉回炉煤气的流量测量中,原设计采用的就是标准孔板流量计,系统投用后一直测量不出回炉煤气的准确流量,其原因是系统压力太小,只有3～5kPa,差压取不出来;加之煤气中含有微量的煤焦油和氨水,也给测量造成很大的误差。这对工艺操作带来很大的隐患,使炭化炉产出的兰炭质量严重受到影响。因此需要一种原理更可靠,安装更方便,维护更简单的流量计。毕托巴流量计采用非收缩节流设计,利用高效、节能的速度流量探头,来提取中心流速数据,从而测量流体流量的差压式流量计。技术人员根据实际工况条件,选用背靠背防堵系列毕托巴流量计(型号为BTB～B-L)作为替代原孔板流量计,经投入运行后,使用情况良好。笔者从其工作原理、系统结构、使用情况、经济效益几个方面来分析阐述。

1 毕托巴流量计系统结构、工作原理及性能特点

实际工况测量时的各工艺参数如表1所示。

表1 工艺参数

1.1 系统结构

防堵型毕托巴流量计中探针传感器的结构是两根背靠背的探针,取压点为带倾斜角的,其垂直安置在管道上,探头前部形成高压区,在高压区处形成局部规则涡流,煤气中的液体及杂质自然下落,具有防堵性能和稳定取压的性能。主要部件加工精度高,每台产品都在实验室高精度标准风洞上进行吹风标定,并把标定结果作成数据库存入单片机程序中,且一次元件安装简便,维护量小,安装时只需在介质管道上打一个Ø55mm左右的小孔,便可直接与探针的连接座焊接,配有球阀连接装置和保护装置,可以在线安装和在线维护。尤其是对大口径管道的测量比涡街、孔板等节流流量计测量优越性更为突出。

1.2 工作原理

毕托巴流量计是采用皮托管原理提取流体流速(全压-静压=动压)再换算成流体体积流量与质量流量的差压式流量计。皮托管原理很早就被广泛应用在航天航空业中,如飞机风洞的测试和检测、飞机发动机气体动力测试、飞机飞行速度的测速杆等。防堵型毕托巴流量测量系统由防堵塞一次测量传感器——毕托巴探头(无需清灰,本身具有防堵耐磨性能)、高精度差压变送器组成;利用毕托巴作为流量测量的传感器配合高精度差压变送器测出差压,并将差压信号转换成4～20mA DC标准电流信号,再引入DCS系统,由厂家提供的计算模型和参数表进行修正,显示出差压、瞬时流量、累积流量、速度等参数。毕托巴流量计经过标定的数据通过专用的运算软件得出探针的修正系数,使修正后探针提取的中心流速与管道内各点流速的平均值形成对应关系。毕托巴流量计的准确度等级为0.2级。

1.3 其性能特点

(1)毕托巴传感器能保持长期的高精度,在3%～100%的额定流量量程范围准确度为0.2%其决定因素有:

第一,毕托巴流量计可实现每台探针都是在高精度标准风洞上从0 m/s的风速到150 m/s的吹风标定,且测点在管道中心区,并把标定的数据经过复杂的运算得出探针的修正系数,从而使修正后探针提取的中心流速与管道内各点流速的平均值形成对应关系。其管道内各点流速的平均值与探针提取中心流速之间的关系是以清华大学几十年的吹风数据为依据的。

第二,在流体力学中流速(差压换算成流速)和流量并不是简单的线性关系,计算流量时采用分段修正的方法对所测信号进行修正。计算时将差压变送器输出的4～20mA标准直流信号分n段,用n个修正系数来修正,从而保证毕托巴流量计在全量程范围内的准确度。

(2)背靠背防堵型毕托巴流量计的独特结构不易受磨损、杂质的影响,没有活动的部件,一体化结构避免了高、低压腔室之间的信号渗漏,具有可以在线疏通、在线清洗、方便拆卸等功能。

(3)毕托巴压力损失小(高节能)。毕托巴采用了子弹头形的革命性设计,使其不仅在流量测量上保持了高精度、高强度和大量程比,还使得管道压损大大降低。一次测量元件毕托巴是Ø20mm不锈钢制成,其截面积很小,在介质管道中压力损失很小,几乎无压力损失,这可使运行成本大大减小。与涡街、孔板、机翼等节流流量测量装置相比较具有明显的节能效果。毕托巴流量计与孔板等节流流量计的压损的比较如下所示。

毕托巴流量计和孔板流量计的压损比较:

设计及试验数据表明,孔板永久压力损失PPL0=(0.5～0.6)×ΔP,约为20～50 kPa。

孔板压损的经验公式:

当β=0.6时,PPLo=0.6×ΔP

当β=0.7时,PPLo=0.5×ΔP

其中 β——孔板的孔径比;

ΔP——孔板产生的差压;

PPLo——孔板产生的压损。

通过实验可以得出,毕托巴流量计的压损大约为PPLv=0.03×ΔP。

由于毕托巴流量计的差压ΔP比孔板流量计的差压ΔP小一个数量级,而压损的比例又小了一个数量级,所以毕托巴流量计的压损和孔板流量计的压损相比是微乎其微的。经过计算可知,毕托巴流量计与孔板流量计的永久压损比为1.2∶100,毕托巴流量计与孔板流量计的耗能比为1.2∶100。