阿牛巴流量計在煤氣測量中的應用 

0 前言
在冶金行業(yè)，煤氣作為重要的二次能源，其瞬時流量和累積流量的準確計量，不僅影響著相關控制系統(tǒng)的控制效果，而且也是企業(yè)內部市場化運作、進行成本核算的重要依據(jù)。在對煤氣的組分、工況進行了分析的前提下，調查總結了其它煤氣流量計量裝置使用經驗，安裝了六套在線安裝式一體化阿牛巴流量計，并以其為核心組建了煤氣流量檢測系統(tǒng)。經過一年來的運行，成功的實現(xiàn)了對全廠煤氣管網(wǎng)的監(jiān)控和計量。
    1 問題的提出
    在冶金企業(yè)生產中，無論是高爐煤氣還是轉爐煤氣，水分、灰塵等雜質含量都比較高，容易產生凝聚沉積物。另外煤氣管道管徑大、運行壓力小，管道內煤氣流速小，流量測量難度大。雖然孔板流量計加工安裝簡單，但是其量程比小、精度低、壓損大，不能滿足煤氣的精確計量。先前使用的菱形巴桿由于其抗堵性較差，產生差壓太小，維護時需停產檢修，影響了正常生產運行，所以也不能達到要求。
    2 在線安裝式一體化阿牛巴流量計特點
    該流量計是美國羅斯蒙特公司產品，采用差壓原理檢測流量，非常好的解決了孔板流量計在大口徑流量測量上的全部問題。它有以下特點。
    2.1 T型防堵設計
    該流量計節(jié)流件橫斷面擁有獨特的T型防堵設計結構如圖1所示。工作中，流體介質在節(jié)流件扁平正面產生一個高壓區(qū)，流體中的顆粒狀雜質被偏轉繞過高壓區(qū)，并流離扁平背面低壓取壓口的滯流區(qū)，顆粒狀雜質難以堵塞取壓孔，從而減小了在高、低壓區(qū)發(fā)生堵塞的機率。一些雜質的吸附對它的測量精度不會造成在以往其他各種均速管流量計上的災難性的測量誤差。有資料表明當流體中不粘性干燥雜質含量不大于6500mg/m3，對T型阿牛巴流量計幾乎是沒有影響。

圖1 T型防堵設計（白色為高壓區(qū)，蘭色為低壓區(qū)）
    2.2 槽形取壓孔
    管道內流體在管道橫截面上速度分布不均勻的，精確的速度式流量計需要得到流體的正確平均流速。該流量計節(jié)流件正面高壓側取壓孔為槽型設計，槽口長度跨越整個煤氣管道橫截面，對流體的速度取樣達到85%以上，獲得比以往各種形狀節(jié)流件流量計12倍以上的流速取樣面積，因而得到平均流速更精確的測量結果、更大的流量差壓值。

圖2 相對差壓信號強度（橫坐標）
    2.3 在線插入式安裝維護
    安裝時，在管道上方加裝特殊設計的安裝底座和隔離閥，然后穿過隔離閥在管道上開孔并安裝一體化阿牛巴流量計。由于隔離閥的存在，使得安裝維護可以在不停止煤氣運行的情況下進行。由于T型阿牛巴流量計的正面高壓取壓槽口跨越了整個管道，在提高流體平均測量精度的同時，也大大降低了T型阿牛巴流量計的安裝要求。允許在X，Y，Z三軸方向上有±5o的偏差，±5o的偏差是人的眼睛能夠明顯判斷的，安裝人員更容易的安裝和調試。
    2.4 實時動態(tài)溫度壓力補償
    一體化阿牛巴流量計內置了0.065%精度的差壓變送器、0.065%精度的壓力變送器、溫度變送器、高速CPU和大容量數(shù)據(jù)存儲器。內置的大容量數(shù)據(jù)存儲器儲存了各種流體在不同壓力、溫度下在計算公式中所需要使用的物理數(shù)據(jù)，包括密度、粘度、氣體常數(shù)、壓縮系數(shù)、等容比熱等，根據(jù)流體實際變化的工作壓力、溫度，從數(shù)據(jù)庫中取出對應的數(shù)據(jù)放入補償公式中計算。這個流量計算公式還對管道中心孔在不同溫度、壓力下的熱脹冷縮等各種影響進行補償計算，最大程度的消除了造成流量測量誤差的因素。
    3 使用阿牛巴流量計需注意的問題
    （1）阿牛巴流量計的機械尺寸必須根據(jù)需要安裝的管道尺寸量身定做，在用戶提供的參數(shù)中必須包括管道外徑、壁厚、常用流量等相關參數(shù)，在阿牛巴的制造過程中流量測量范圍的標定是完全根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)計算設定的。因此，如果憑經驗和印象提供流量數(shù)據(jù)和管道尺寸，就會造成很大的測量誤差。
    （2）差壓式均速管流量計產生的差壓信號一般都比較小，最小只有20～30Pa，均速管流量計產生差壓信號的大小和流體工況的雷諾系數(shù)密切相關。對于小于1kPa的差壓測量，特別是小于0.5kPa的差壓，是非常考驗變送器性能的。各種均速管流量計在這樣低的流速條件下K的波動非常大，影響測量精度。
    （3）在差壓信號采集后，盡量不使用引壓管道，以提高差壓信號傳遞的信噪比和減少泄露。我們采用了阿牛巴、三閥組和差壓變送器一體化的直接安裝方式，徹底減除引壓管、排污閥和安裝支架等設備。這樣，不僅減少了使用引壓管道而引起的泄露，差壓信號失真等問題，而且降低了成本，提高了精度。   
    4 使用效果
    在線式一體化阿牛巴流量計在河南豫光鋅業(yè)有限公司安裝投運一年多來，經過生產實踐、對比實驗和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，證明在該廠管道煤氣測量中效果明顯。
    4.1 低流速流量得以測量
    至“煤氣發(fā)電”的煤氣管道管徑1500mm，最大流量70000Nm3/h，常用流量45000Nm3/h，使用某Bar型流量計根本測不出流量。使用一體化阿牛巴流量計，實際應用中瞬時流量最小可測量到18000Nm3/h。
    4.2 減少堵塞發(fā)生幾率
    由開始使用至今，僅“6#高爐”出口處安裝的阿牛巴流量計，因意外原因致使該流量計出現(xiàn)一次堵塞，流量測量值由正常100000Nm3/h減小到75000Nm3/h，經在線清理后至今工作正常。
    4.3 在線安裝維護不影響生產
    使用其它流量計，需要停止管道煤氣的運行，影響正常生產。在線安裝式一體化阿牛巴流量計則徹底解決了該問題，對在線安裝式一體化阿牛巴流量計進行安裝維護時，可以切斷隔離閥，確保煤氣無泄露，實現(xiàn)安全連續(xù)生產。
    5 孔板流量計專家點評：
    綜上所述，在選擇流量測量裝置時，不僅要依據(jù)理論知識，更要分析實際的工藝狀況和介質特性，選擇適合該工況的檢測裝置。一體化阿牛巴流量計自安裝運行一年多，煤氣測量、計量精度大幅度提高，取得了良好的經濟效益，證明了其在雜質含量高的煤氣測量中的可靠性。該煤氣計量系統(tǒng)為整個濟源鋼鐵集團的煤氣能源核算，以及生產調度，產生了良好的效果。