煤氣流量的測量
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煤氣即(城鎮(zhèn))人工煤氣,是燃?xì)獾囊环N,是目前城市居民和很多企事業(yè)單位的最主要的燃料。有的還用作化工產(chǎn)品的原料。
在煤氣生產(chǎn)、輸送和分配各個環(huán)節(jié)有大量的煤氣表,有的用于一般監(jiān)視,有的用于貿(mào)易結(jié)算,其中用于貿(mào)易結(jié)算的計量系統(tǒng),國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17167規(guī)定了其精確度要求。
(1)氣流量測量的特點
a.流體靜壓低、流速低,允許壓損小,一般不允許用縮小管徑的方法提高流速。
b.流體濕度高,有的測量對象還帶少量水,在管道底部作分層流動。
c.有的測量對象氫含量高,流體密度小,用渦街流量計測量時,信號較弱。
d.煤氣發(fā)生爐、焦?fàn)t等產(chǎn)出的煤氣一般帶焦油之類黏稠物,有的還帶一定數(shù)量塵埃。
e.測量點位于壓氣機出口時,存在一定的流動脈動。
f.流體屬易燃易爆介質(zhì),儀表有防爆要求。
g.從小到大各種管徑都有。
h.最小流量與最大流量差異懸殊。
i.用于貿(mào)易結(jié)算的系統(tǒng),計量精確度要求高;作為一般監(jiān)視和過程控制的系統(tǒng),精確度要求則低一些。
(2)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要內(nèi)容 2000年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了GB/T18215.1《城鎮(zhèn)人工煤氣主要管道流量測量》第一部分采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的方法,對煤氣流量測量中的有關(guān)技術(shù)問題作了規(guī)定,其中:
?、賹α黧w的要求:“應(yīng)是均勻的和單相(或可以認(rèn)為是單相)的流體”。
?、诿簹庠趦艋^程中都經(jīng)過洗滌,因此一般水分含量都呈飽和狀態(tài),相對濕度為100%。
③用于貿(mào)易結(jié)算的測量系統(tǒng)準(zhǔn)確度一般應(yīng)優(yōu)于2.5級。基本誤差限以示值的百分比表示。
④煤氣流量定義為濕氣體中的干部分。
⑤測量結(jié)果以體積流量表示,并換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的定義除了一般取101.325kPa、20℃之外,還兼顧煤氣行業(yè)的傳統(tǒng),也可取供需雙方協(xié)商的其他溫壓和濕度。
?、薰?jié)流裝置采用多管并聯(lián)形式。
?、咴诖嬖诹鲃用}動的情況下,對測量平均數(shù)量提出了以下措施。
a.在管線上采用衰減措施,,安裝濾波器(由容器及管阻組成)。
b.儀表檢測件盡量遠(yuǎn)離脈動源。
c.采用盡量大的β和Δp,在測量處減小管道直徑。
d.管線、儀表支架安裝牢固。
e.兩根差壓引壓管阻力對稱。
(2)儀表的類型與使用 可以用來測量氣體的流量計有很多種,但測量煤氣流量的理想儀表卻幾乎找不到,這主要是由煤氣的特點所決定的。由于有焦油等黏稠物存在,旋轉(zhuǎn)型的流量計使用困難。由于密度小、流速低,渦街流量計使用困難。由于富含水氣以及氣體組 分有變化,熱式流量計也不理想。最后還是已經(jīng)使用幾十年的差壓式流量計唱主角。
① 孔板差壓流量計
a.可換孔板節(jié)流裝置。國際GB/T18215-2000規(guī)定的是標(biāo)準(zhǔn)孔板。如果測量點流體較臟,需采用可換孔板節(jié)流裝置。這樣在不停氣的條件下,可對節(jié)流件進行清洗、檢修、更換??蓳Q孔板節(jié)流裝置典型結(jié)構(gòu)如圖3.18所示。
b.圓缺孔板。圓缺孔板是專為臟污流體流量測量而設(shè)計的特殊孔板。其開孔是一個圓的一部分(圓缺部分),這個圓的直徑為管道內(nèi)徑的98%。開孔的圓弧部分應(yīng)精確定位,使其與管道同心,當(dāng)被測介質(zhì)為濕氣體而當(dāng) 當(dāng)被測介質(zhì)為濕氣體而且管道水平布置時,管道底部有可能存在微量分層流動的液體,這時選用圓缺孔板能使液體從下半部的圓缺部分順利通過節(jié)流件,而不會像標(biāo)準(zhǔn)孔板那樣將液體阻擋在節(jié)流件前,以致積液,影響測量精確度。同樣道理,當(dāng)被測氣體中含有粉塵時,由于粉塵密度比氣體大得多,其中有些顆粒容易貼近管道底部被氣流帶走,選用圓缺孔板,顆粒也能順利通過節(jié)流件,而不會像標(biāo)準(zhǔn)孔板那樣顆粒在節(jié)流件前堆積。
在冶金行業(yè),煤氣流量測量對象較多,而且因為煤氣含粉塵和水滴的情況也很普遍,所以圓缺孔板使用得十分普遍。
c.多管并聯(lián)形式。多管(兩管、三管或四管)并聯(lián)形式的作用有三個,其一是擴大測量系統(tǒng)的范圍度。由于管道中煤氣流速一般都很低,因此,一臺孔板流量計的范圍度能達(dá)到3∶1,那么,用一臺大口徑孔板與一臺小口徑孔板相配合,就能將范圍擴大為10∶1。其二是實現(xiàn)在總管不停氣的情況下拆洗節(jié)流裝置,從而避開價格昂貴的可換孔板節(jié)流裝置。當(dāng)然,節(jié)流裝置上下游必須裝切斷閥。其三是解決DN>1000管道的流量測量問題。例如用4副DN1000的節(jié)流裝置并聯(lián)使用,解決DN2000總管的流量測量。多管并聯(lián)形式的缺點是設(shè)備數(shù)量和投資成倍增加。
d.煤氣管排水和防凍。水平敷設(shè)的煤氣管道,有時發(fā)現(xiàn)管道底部有水流動,必須在節(jié)流裝置前裝排水設(shè)施。簡單又可靠的方法是利用水封實現(xiàn)自動排水,如圖3.20所示。圖中的液位差與壓力有如下關(guān)系。
h=p/(gρ) (3.37)
式中 h――液位差,m;
p――煤氣壓力,Pa;
g――重力加速度,m/s2;
ρ――水的密度,kg/m3。
在寒冷季節(jié),排水設(shè)施內(nèi)甚至地上敷設(shè)的煤氣管道的水都有可能會結(jié)冰,為防凍害,應(yīng)采取防凍措施。
?、诰俟懿顗?a href="http://j3l.com.cn" target="_blank" class="autolink">流量計。標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓流量計在煤氣流量測量中有極為重要的地位,有悠久的使用歷史。由于這一方法有豐富的實驗數(shù)據(jù),設(shè)計加工已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,只要按標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、加工、安裝、檢驗和使用,無需進行實流標(biāo)定,就能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度,因而非常方便,并獲得廣泛應(yīng)用。但是在管徑較大時,一套可換孔板式節(jié)流裝置價格相當(dāng)可觀,所以如果測量數(shù)據(jù)僅用于過程監(jiān)測,精確度要求也不高,那么就可選用均速管差壓流量計。
均速管差壓式流量計在氣體流量測量中應(yīng)用成敗的關(guān)鍵是引壓管不要被水滴堵住。由于定型的均速管產(chǎn)品所帶的切斷閥多半為針型閥,通徑較小而流體中的水氣經(jīng)冷凝變成水滴,如果針型閥處理得不好或引壓管坡度欠合理,此液滴極易將通路封死。
差壓式均速管輸出得差壓信號一般都很小。當(dāng)流體為常溫常壓的空氣時,如果流速為10m/s,只能達(dá)到62.5Pa差壓[28]。這樣,一滴水滴將差壓傳送通道封住,就足以將此差壓全部抵消掉。有的制造商將正負(fù)壓切斷閥改為通徑較大的直通閘閥,為保證儀表的可靠使用創(chuàng)造了條件。
(4)孔板設(shè)計計算舉例(節(jié)流件為標(biāo)準(zhǔn)孔板)詳見本章3.8節(jié).
(5)管道那壁積灰及其對測量的影響
①積灰普遍存在
a.上海某鋼廠采用孔板流量計測量煤氣發(fā)生爐出口煤氣流量,由于煤氣中粉塵含量較高,數(shù)年后,管道內(nèi)壁生成一層沉積物,結(jié)垢后同瀝青路面,質(zhì)地堅韌、不易清理,是煤氣中的煤焦油和粉塵在管道內(nèi)壁日積月累形成的。
b.上海的另一家鋼廠用差壓式流量計測量煤氣流量,
由于擔(dān)心孔板積灰后影響測量精確度,所以節(jié)流裝置選用文丘里管,使用半年多后,發(fā)現(xiàn)流量示值逐漸偏高,于是在停車檢修時對文丘里管拆開檢查,發(fā)現(xiàn)文丘里管內(nèi)壁積了一層含灰塵的焦油,就連流速最高的喉部也未幸免。但每年一次停車檢修時,用溶液清洗干凈后仍可繼續(xù)使用。
c.重慶鋼鐵集團公司采用圓缺孔板測量高爐煤氣流量,在使用數(shù)年將節(jié)流裝置拆下清洗時發(fā)現(xiàn),孔板圓缺部分高度的1/8~1/6被堆積物[8]。
d.徐州某化工廠用均速管差壓流量計測量煤氣發(fā)生爐出口管(DN700)流量,使用一段時間后,發(fā)現(xiàn)流量示值逐漸升高,比物料平衡計算結(jié)果高百分之幾。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),管道內(nèi)壁結(jié)了一層厚度不等的瀝砂,水平管道下部內(nèi)壁結(jié)得較厚,約30mm厚,管道上部內(nèi)壁結(jié)得較薄,約10mm厚。
②處理方法之一。清除沉積物或更新管道能將沉積在流量計前后一定長度得管段內(nèi)的沉積物和節(jié)流件表面的沉積物清除掉而又不損壞儀表,當(dāng)然能恢復(fù)儀表的應(yīng)有測量精確度。但是沉積物往往既硬又韌,不易清理,因此,如果有停車機會可將節(jié)流件30D、節(jié)流件后15D的管道局部更新,當(dāng)然是個好辦法。
③處理方法之二。對沉積物引入的誤差進行修正。
a.標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計。煤氣中的焦油和粉塵在標(biāo)準(zhǔn)孔板表面及管道內(nèi)壁的沉積可分兩種情況。第一種情況是煤氣中粉塵經(jīng)徹底洗滌過濾的測量對象,孔板端面和管道內(nèi)壁只薄薄地結(jié)了一層焦油。第二種情況是煤氣中含有較多粉塵的測量對象,管道內(nèi)壁結(jié)了一層厚度達(dá)數(shù)厘米的“瀝青砂”。
對于前一種情況,鋼管內(nèi)壁被焦油玷污后,對流動的煤氣有一定的黏附作用,此作用引入多大的誤差尚無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,很難做出估算,但影響值肯定微小,以致可以忽略不計。管道內(nèi)壁上的一層焦油雖然可能有2mm厚。但因煤氣管道直徑一般較大,例如公稱直徑為1000mm,因此對測量影響也很微小。
對于后一種情況,影響稍大些,它是通過直徑比β變大導(dǎo)致流出系數(shù)C變化及C/ 變化[1],進而引起流量示值相應(yīng)變化的。例如有一副DN1000標(biāo)準(zhǔn)孔板,β為0.7,在雷諾數(shù)ReD為2 105時
C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5(
=0.5959+0.0312 2.1-0.1840 0.78+0.0029 0.72.5(
=0.60402(以角度接取壓為例)
在管道內(nèi)壁均勻結(jié)了一層20mm厚的沉積物后,β增大為0.7365,令ReD仍為2 105,按相同的公式計算,C為0.6009,
所以結(jié)垢前流量系數(shù)
結(jié)垢后流量系數(shù)
=0.7153
結(jié)垢流量系數(shù)變化率為
由此引起的流量示值變化為-3.2%R。
b.文丘里管差壓式流量計。文丘里管前后直管段內(nèi)壁結(jié)沉積物,可以認(rèn)為對測量結(jié)果無影響,因為其流出系數(shù)可看作與直徑比無關(guān),但喉部結(jié)垢引起的誤差要比標(biāo)準(zhǔn)孔板大。例如有一副文丘里管,其DN為100mm,喉部直徑為700mm,喉部內(nèi)壁結(jié)垢5mm后,其流通截面積約比原來減小2/70,則流量示值大約2.86%R。
c.圓缺孔板差壓式流量計。圓缺孔板前后直管段內(nèi)壁沉積物對流量測量的影響主要包括兩個部分,其一是使節(jié)流件開孔面積與管道截面之比m發(fā)生變化對流量測量的影響,其二是圓缺孔有效面積變小對流量測量的影響。前者影響與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似。但在管道截面積縮小的同時,圓缺孔有效面積也縮小一些。因此m變化不大。例如有一副DN1000的圓缺孔板,m為0.49,管道內(nèi)壁被均勻結(jié)了一層20mm厚的沉積物后,管道截面積減小為0.7238m2,而圓缺孔面積約減小為0.3574m2,(將圓缺孔圓弧看作與管道圓弧相切),所以,β仍為0.49。后者的影響較大,因為無沉積物時,開孔面積為0.3848m2,而沉積物厚度為20mm時,開孔有效面積為0.3547m2,約為無沉積物時的92.18%,因此儀表示值約偏高8.5%R。
實際計算時,因為圓缺孔半徑為管道半徑的0.98,20mm厚的沉積層僅有10mm阻擋了圓缺孔,所以實際影響只有8.5%的一半。
d.均速管差壓式流量計
均速管流量計是由均速管測量管道內(nèi)的平均流速,然后乘流通截面積,并扣除均速管插入管道部分的阻塞影響。均速管前后直管段內(nèi)壁沉積物對流量測量的影響,如果忽略阻塞系數(shù)的微小變化,就可簡單地看作流通截面積減小對流量示值的影響。
例如有一副均速管,管道內(nèi)徑為1000mm,管道內(nèi)壁被均勻結(jié)了一層厚度為20mm的沉積物后,流通截面積從0.7854m2減小為0.7238m2,在實際流量不變的情況下,流速增大,因而儀表顯示值相應(yīng)增大,增大值為(0.7854-0.7238)/0.7238=8.5%R。
以上的分析和計算都是理想化的,實際情況要復(fù)雜得多,管內(nèi)壁沉積物厚度不可能是均勻一致的,總是上面薄下面厚。但方法可以使用。
?、軐Τ练e物影響進行預(yù)測。由于大口徑流量計拆開檢查修理周朝較長,如果第一次拆開檢查時發(fā)現(xiàn)沉積物結(jié)得比較嚴(yán)重,而且未清除,可根據(jù)沉積物厚度計算流量影響值。如果流體條件不變,則未來一段時間沉積物繼續(xù)增厚,流量影響值相應(yīng)增大是必然的,于是就可從拆開檢查時測得的沉積層厚度和沉積時間計算沉積速率,并令以后以相同的速率繼續(xù)沉積,從而對未來的流量影響值進行預(yù)測。
在煤氣生產(chǎn)、輸送和分配各個環(huán)節(jié)有大量的煤氣表,有的用于一般監(jiān)視,有的用于貿(mào)易結(jié)算,其中用于貿(mào)易結(jié)算的計量系統(tǒng),國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17167規(guī)定了其精確度要求。
(1)氣流量測量的特點
a.流體靜壓低、流速低,允許壓損小,一般不允許用縮小管徑的方法提高流速。
b.流體濕度高,有的測量對象還帶少量水,在管道底部作分層流動。
c.有的測量對象氫含量高,流體密度小,用渦街流量計測量時,信號較弱。
d.煤氣發(fā)生爐、焦?fàn)t等產(chǎn)出的煤氣一般帶焦油之類黏稠物,有的還帶一定數(shù)量塵埃。
e.測量點位于壓氣機出口時,存在一定的流動脈動。
f.流體屬易燃易爆介質(zhì),儀表有防爆要求。
g.從小到大各種管徑都有。
h.最小流量與最大流量差異懸殊。
i.用于貿(mào)易結(jié)算的系統(tǒng),計量精確度要求高;作為一般監(jiān)視和過程控制的系統(tǒng),精確度要求則低一些。
(2)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要內(nèi)容 2000年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了GB/T18215.1《城鎮(zhèn)人工煤氣主要管道流量測量》第一部分采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的方法,對煤氣流量測量中的有關(guān)技術(shù)問題作了規(guī)定,其中:
?、賹α黧w的要求:“應(yīng)是均勻的和單相(或可以認(rèn)為是單相)的流體”。
?、诿簹庠趦艋^程中都經(jīng)過洗滌,因此一般水分含量都呈飽和狀態(tài),相對濕度為100%。
③用于貿(mào)易結(jié)算的測量系統(tǒng)準(zhǔn)確度一般應(yīng)優(yōu)于2.5級。基本誤差限以示值的百分比表示。
④煤氣流量定義為濕氣體中的干部分。
⑤測量結(jié)果以體積流量表示,并換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的定義除了一般取101.325kPa、20℃之外,還兼顧煤氣行業(yè)的傳統(tǒng),也可取供需雙方協(xié)商的其他溫壓和濕度。
?、薰?jié)流裝置采用多管并聯(lián)形式。
?、咴诖嬖诹鲃用}動的情況下,對測量平均數(shù)量提出了以下措施。
a.在管線上采用衰減措施,,安裝濾波器(由容器及管阻組成)。
b.儀表檢測件盡量遠(yuǎn)離脈動源。
c.采用盡量大的β和Δp,在測量處減小管道直徑。
d.管線、儀表支架安裝牢固。
e.兩根差壓引壓管阻力對稱。
(2)儀表的類型與使用 可以用來測量氣體的流量計有很多種,但測量煤氣流量的理想儀表卻幾乎找不到,這主要是由煤氣的特點所決定的。由于有焦油等黏稠物存在,旋轉(zhuǎn)型的流量計使用困難。由于密度小、流速低,渦街流量計使用困難。由于富含水氣以及氣體組 分有變化,熱式流量計也不理想。最后還是已經(jīng)使用幾十年的差壓式流量計唱主角。
① 孔板差壓流量計
a.可換孔板節(jié)流裝置。國際GB/T18215-2000規(guī)定的是標(biāo)準(zhǔn)孔板。如果測量點流體較臟,需采用可換孔板節(jié)流裝置。這樣在不停氣的條件下,可對節(jié)流件進行清洗、檢修、更換??蓳Q孔板節(jié)流裝置典型結(jié)構(gòu)如圖3.18所示。
b.圓缺孔板。圓缺孔板是專為臟污流體流量測量而設(shè)計的特殊孔板。其開孔是一個圓的一部分(圓缺部分),這個圓的直徑為管道內(nèi)徑的98%。開孔的圓弧部分應(yīng)精確定位,使其與管道同心,當(dāng)被測介質(zhì)為濕氣體而當(dāng) 當(dāng)被測介質(zhì)為濕氣體而且管道水平布置時,管道底部有可能存在微量分層流動的液體,這時選用圓缺孔板能使液體從下半部的圓缺部分順利通過節(jié)流件,而不會像標(biāo)準(zhǔn)孔板那樣將液體阻擋在節(jié)流件前,以致積液,影響測量精確度。同樣道理,當(dāng)被測氣體中含有粉塵時,由于粉塵密度比氣體大得多,其中有些顆粒容易貼近管道底部被氣流帶走,選用圓缺孔板,顆粒也能順利通過節(jié)流件,而不會像標(biāo)準(zhǔn)孔板那樣顆粒在節(jié)流件前堆積。
在冶金行業(yè),煤氣流量測量對象較多,而且因為煤氣含粉塵和水滴的情況也很普遍,所以圓缺孔板使用得十分普遍。
c.多管并聯(lián)形式。多管(兩管、三管或四管)并聯(lián)形式的作用有三個,其一是擴大測量系統(tǒng)的范圍度。由于管道中煤氣流速一般都很低,因此,一臺孔板流量計的范圍度能達(dá)到3∶1,那么,用一臺大口徑孔板與一臺小口徑孔板相配合,就能將范圍擴大為10∶1。其二是實現(xiàn)在總管不停氣的情況下拆洗節(jié)流裝置,從而避開價格昂貴的可換孔板節(jié)流裝置。當(dāng)然,節(jié)流裝置上下游必須裝切斷閥。其三是解決DN>1000管道的流量測量問題。例如用4副DN1000的節(jié)流裝置并聯(lián)使用,解決DN2000總管的流量測量。多管并聯(lián)形式的缺點是設(shè)備數(shù)量和投資成倍增加。
d.煤氣管排水和防凍。水平敷設(shè)的煤氣管道,有時發(fā)現(xiàn)管道底部有水流動,必須在節(jié)流裝置前裝排水設(shè)施。簡單又可靠的方法是利用水封實現(xiàn)自動排水,如圖3.20所示。圖中的液位差與壓力有如下關(guān)系。
h=p/(gρ) (3.37)
式中 h――液位差,m;
p――煤氣壓力,Pa;
g――重力加速度,m/s2;
ρ――水的密度,kg/m3。
在寒冷季節(jié),排水設(shè)施內(nèi)甚至地上敷設(shè)的煤氣管道的水都有可能會結(jié)冰,為防凍害,應(yīng)采取防凍措施。
?、诰俟懿顗?a href="http://j3l.com.cn" target="_blank" class="autolink">流量計。標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓流量計在煤氣流量測量中有極為重要的地位,有悠久的使用歷史。由于這一方法有豐富的實驗數(shù)據(jù),設(shè)計加工已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,只要按標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、加工、安裝、檢驗和使用,無需進行實流標(biāo)定,就能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度,因而非常方便,并獲得廣泛應(yīng)用。但是在管徑較大時,一套可換孔板式節(jié)流裝置價格相當(dāng)可觀,所以如果測量數(shù)據(jù)僅用于過程監(jiān)測,精確度要求也不高,那么就可選用均速管差壓流量計。
均速管差壓式流量計在氣體流量測量中應(yīng)用成敗的關(guān)鍵是引壓管不要被水滴堵住。由于定型的均速管產(chǎn)品所帶的切斷閥多半為針型閥,通徑較小而流體中的水氣經(jīng)冷凝變成水滴,如果針型閥處理得不好或引壓管坡度欠合理,此液滴極易將通路封死。
差壓式均速管輸出得差壓信號一般都很小。當(dāng)流體為常溫常壓的空氣時,如果流速為10m/s,只能達(dá)到62.5Pa差壓[28]。這樣,一滴水滴將差壓傳送通道封住,就足以將此差壓全部抵消掉。有的制造商將正負(fù)壓切斷閥改為通徑較大的直通閘閥,為保證儀表的可靠使用創(chuàng)造了條件。
(4)孔板設(shè)計計算舉例(節(jié)流件為標(biāo)準(zhǔn)孔板)詳見本章3.8節(jié).
(5)管道那壁積灰及其對測量的影響
①積灰普遍存在
a.上海某鋼廠采用孔板流量計測量煤氣發(fā)生爐出口煤氣流量,由于煤氣中粉塵含量較高,數(shù)年后,管道內(nèi)壁生成一層沉積物,結(jié)垢后同瀝青路面,質(zhì)地堅韌、不易清理,是煤氣中的煤焦油和粉塵在管道內(nèi)壁日積月累形成的。
b.上海的另一家鋼廠用差壓式流量計測量煤氣流量,
由于擔(dān)心孔板積灰后影響測量精確度,所以節(jié)流裝置選用文丘里管,使用半年多后,發(fā)現(xiàn)流量示值逐漸偏高,于是在停車檢修時對文丘里管拆開檢查,發(fā)現(xiàn)文丘里管內(nèi)壁積了一層含灰塵的焦油,就連流速最高的喉部也未幸免。但每年一次停車檢修時,用溶液清洗干凈后仍可繼續(xù)使用。
c.重慶鋼鐵集團公司采用圓缺孔板測量高爐煤氣流量,在使用數(shù)年將節(jié)流裝置拆下清洗時發(fā)現(xiàn),孔板圓缺部分高度的1/8~1/6被堆積物[8]。
d.徐州某化工廠用均速管差壓流量計測量煤氣發(fā)生爐出口管(DN700)流量,使用一段時間后,發(fā)現(xiàn)流量示值逐漸升高,比物料平衡計算結(jié)果高百分之幾。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),管道內(nèi)壁結(jié)了一層厚度不等的瀝砂,水平管道下部內(nèi)壁結(jié)得較厚,約30mm厚,管道上部內(nèi)壁結(jié)得較薄,約10mm厚。
②處理方法之一。清除沉積物或更新管道能將沉積在流量計前后一定長度得管段內(nèi)的沉積物和節(jié)流件表面的沉積物清除掉而又不損壞儀表,當(dāng)然能恢復(fù)儀表的應(yīng)有測量精確度。但是沉積物往往既硬又韌,不易清理,因此,如果有停車機會可將節(jié)流件30D、節(jié)流件后15D的管道局部更新,當(dāng)然是個好辦法。
③處理方法之二。對沉積物引入的誤差進行修正。
a.標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計。煤氣中的焦油和粉塵在標(biāo)準(zhǔn)孔板表面及管道內(nèi)壁的沉積可分兩種情況。第一種情況是煤氣中粉塵經(jīng)徹底洗滌過濾的測量對象,孔板端面和管道內(nèi)壁只薄薄地結(jié)了一層焦油。第二種情況是煤氣中含有較多粉塵的測量對象,管道內(nèi)壁結(jié)了一層厚度達(dá)數(shù)厘米的“瀝青砂”。
對于前一種情況,鋼管內(nèi)壁被焦油玷污后,對流動的煤氣有一定的黏附作用,此作用引入多大的誤差尚無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,很難做出估算,但影響值肯定微小,以致可以忽略不計。管道內(nèi)壁上的一層焦油雖然可能有2mm厚。但因煤氣管道直徑一般較大,例如公稱直徑為1000mm,因此對測量影響也很微小。
對于后一種情況,影響稍大些,它是通過直徑比β變大導(dǎo)致流出系數(shù)C變化及C/ 變化[1],進而引起流量示值相應(yīng)變化的。例如有一副DN1000標(biāo)準(zhǔn)孔板,β為0.7,在雷諾數(shù)ReD為2 105時
C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5(
=0.5959+0.0312 2.1-0.1840 0.78+0.0029 0.72.5(
=0.60402(以角度接取壓為例)
在管道內(nèi)壁均勻結(jié)了一層20mm厚的沉積物后,β增大為0.7365,令ReD仍為2 105,按相同的公式計算,C為0.6009,
所以結(jié)垢前流量系數(shù)
結(jié)垢后流量系數(shù)
=0.7153
結(jié)垢流量系數(shù)變化率為
由此引起的流量示值變化為-3.2%R。
b.文丘里管差壓式流量計。文丘里管前后直管段內(nèi)壁結(jié)沉積物,可以認(rèn)為對測量結(jié)果無影響,因為其流出系數(shù)可看作與直徑比無關(guān),但喉部結(jié)垢引起的誤差要比標(biāo)準(zhǔn)孔板大。例如有一副文丘里管,其DN為100mm,喉部直徑為700mm,喉部內(nèi)壁結(jié)垢5mm后,其流通截面積約比原來減小2/70,則流量示值大約2.86%R。
c.圓缺孔板差壓式流量計。圓缺孔板前后直管段內(nèi)壁沉積物對流量測量的影響主要包括兩個部分,其一是使節(jié)流件開孔面積與管道截面之比m發(fā)生變化對流量測量的影響,其二是圓缺孔有效面積變小對流量測量的影響。前者影響與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似。但在管道截面積縮小的同時,圓缺孔有效面積也縮小一些。因此m變化不大。例如有一副DN1000的圓缺孔板,m為0.49,管道內(nèi)壁被均勻結(jié)了一層20mm厚的沉積物后,管道截面積減小為0.7238m2,而圓缺孔面積約減小為0.3574m2,(將圓缺孔圓弧看作與管道圓弧相切),所以,β仍為0.49。后者的影響較大,因為無沉積物時,開孔面積為0.3848m2,而沉積物厚度為20mm時,開孔有效面積為0.3547m2,約為無沉積物時的92.18%,因此儀表示值約偏高8.5%R。
實際計算時,因為圓缺孔半徑為管道半徑的0.98,20mm厚的沉積層僅有10mm阻擋了圓缺孔,所以實際影響只有8.5%的一半。
d.均速管差壓式流量計
均速管流量計是由均速管測量管道內(nèi)的平均流速,然后乘流通截面積,并扣除均速管插入管道部分的阻塞影響。均速管前后直管段內(nèi)壁沉積物對流量測量的影響,如果忽略阻塞系數(shù)的微小變化,就可簡單地看作流通截面積減小對流量示值的影響。
例如有一副均速管,管道內(nèi)徑為1000mm,管道內(nèi)壁被均勻結(jié)了一層厚度為20mm的沉積物后,流通截面積從0.7854m2減小為0.7238m2,在實際流量不變的情況下,流速增大,因而儀表顯示值相應(yīng)增大,增大值為(0.7854-0.7238)/0.7238=8.5%R。
以上的分析和計算都是理想化的,實際情況要復(fù)雜得多,管內(nèi)壁沉積物厚度不可能是均勻一致的,總是上面薄下面厚。但方法可以使用。
?、軐Τ练e物影響進行預(yù)測。由于大口徑流量計拆開檢查修理周朝較長,如果第一次拆開檢查時發(fā)現(xiàn)沉積物結(jié)得比較嚴(yán)重,而且未清除,可根據(jù)沉積物厚度計算流量影響值。如果流體條件不變,則未來一段時間沉積物繼續(xù)增厚,流量影響值相應(yīng)增大是必然的,于是就可從拆開檢查時測得的沉積層厚度和沉積時間計算沉積速率,并令以后以相同的速率繼續(xù)沉積,從而對未來的流量影響值進行預(yù)測。
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