摘  要：選用新型的具有抗臟污粉塵、可標(biāo)定、有標(biāo)準(zhǔn)可依的流量計，通過對轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)生量和儲氣柜的進口煤氣量的計量，核算出轉(zhuǎn)爐的煤氣消耗，并采取相應(yīng)的工藝控制，達到轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼績效的測量功能。

　　關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煤氣  流量計量  臟污粉塵  標(biāo)定  負(fù)能煉鋼

　　企業(yè)要在競爭日益激烈的市場經(jīng)濟中生存、發(fā)展就必須節(jié)能降耗，走資源節(jié)約型道路。轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼就是冶金企業(yè)節(jié)能措施之一。濟鋼在煉鋼轉(zhuǎn)爐回收煤氣的節(jié)能上進行了大膽的探索，根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣流量和煤氣中氧含量、一氧化碳含量進行調(diào)節(jié)控制，將合格的轉(zhuǎn)爐煤氣回收到企業(yè)煤氣系統(tǒng)儲氣柜中，除煉鋼作業(yè)回收用外還作為能源提供給公司內(nèi)各用戶，達到負(fù)能煉鋼的目的。企業(yè)考核回收轉(zhuǎn)爐煤氣績效的關(guān)鍵是采用何種計量監(jiān)測手段來進行測量。該測量設(shè)備必須具有抗介質(zhì)臟污粉塵、能長期穩(wěn)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性能特點，同時還具備計量實時數(shù)據(jù)存儲功能。我們探索應(yīng)用測管式流量計在濟南鋼鐵集團總公司第一煉鋼廠進行轉(zhuǎn)爐煤氣回收績效測量，并取得了預(yù)期的準(zhǔn)確計量效果。

　　一、轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)構(gòu)成

　　總的轉(zhuǎn)爐發(fā)生煤氣回收量：（Q₁＋Q₂＋Q₃＋Q₄） 　　回收轉(zhuǎn)爐煤氣放散量：Q₀ 　　回收轉(zhuǎn)爐煤氣進煤氣柜總量：Q    （Q₁＋Q₂＋Q₃＋Q₄）=Q₀＋Q      

                                                                     圖1  轉(zhuǎn)爐煤氣流量監(jiān)控系統(tǒng)示意圖   　　圖中Q₁、Q₂、Q₃、Q₄ 分別對應(yīng)安裝于1^＃～4^＃ 轉(zhuǎn)爐煤氣回收管道上的流量計。

　　二、幾種煤氣流量計的性能分析與比較

　　大口徑煤氣流量測量一直是冶金企業(yè)能源計量中的一個難點。以往，在實際中多以孔板、文丘里管、威力巴、氣體超聲波、熱式質(zhì)量流量計等作為檢測元件。但它們主要存在以下問題：

　　孔板和文丘里管在冶金企業(yè)煤氣測量實踐中應(yīng)用效果不理想。孔板和文丘里管主要存在：1.阻力損失大；2.測量臟污介質(zhì)（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(xù)運行的工藝管線，斷流安裝變得不可能；4.管徑大于1.0米孔板不在國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2624－93）支持范圍內(nèi)，孔板的設(shè)計缺乏嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)等問題。

 　　威力巴和氣體超聲波在冶金企業(yè)煤氣測量實踐中應(yīng)用效果不理想。它們雖然都是可不停氣在線安裝的插入式流量計，給安裝維護帶來很大方便。但是，由于轉(zhuǎn)爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，威力巴迎流面上各取壓孔之間存在流體的微流動，導(dǎo)致取壓孔堵塞。氣體超聲波也同樣因為轉(zhuǎn)爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，探頭處易結(jié)污垢，造成聲波的反射和衍射，導(dǎo)致計量檢測的不準(zhǔn)確、波動大。我公司第一煉鋼廠轉(zhuǎn)爐煤氣計量原在線用的威力巴、氣體超聲波流量計均存在該問題，最嚴(yán)重的每周都需要拆下來清洗，帶來很大的維護量和導(dǎo)致計量數(shù)據(jù)的丟失。

　　盡管熱式質(zhì)量流量計也可不停氣在線安裝，但是同樣因為轉(zhuǎn)爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，轉(zhuǎn)爐煤氣的實際導(dǎo)熱特性已經(jīng)與熱式質(zhì)量流量計出廠時的預(yù)設(shè)特性值發(fā)生了很大變化，這就破壞了熱式質(zhì)量流量計準(zhǔn)確計量的前提。如果傳感器上再有粉塵堆積，這就相當(dāng)于給傳感器穿上了“棉襖”，使得測量值偏低；或在其傳感器上有水滴，這就會給傳感器 “降溫”，使得測量值偏大。

　　我們依據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣回收特定環(huán)境條件和介質(zhì)的計量需求，經(jīng)過現(xiàn)有計量實踐和網(wǎng)上搜索相關(guān)煤氣測量資料的分析對比，決定采用基于皮托管測量原理的FJP型測管式流量計。該流量計依據(jù)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》國際標(biāo)準(zhǔn)進行系統(tǒng)安裝和補償運算，并針對被測介質(zhì)臟污、含水等因素，在測頭和結(jié)構(gòu)上采用獨特的設(shè)計（專利號：200420000638.7），以避免堵塞與結(jié)垢，還可在工藝管線不斷流的情況下，在線進行安裝、拆卸和吹掃。該產(chǎn)品性能完全適合我們的計量需求。

　　三、FJP型測管式流量計的測量原理及引用標(biāo)準(zhǔn)

　　ISO3966國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在充滿流體的封密管道內(nèi)，處于穩(wěn)定流動狀態(tài)的體積流量的測量方法?？蓽y量流速范圍：下限流速（空氣）為測頭在風(fēng)洞中標(biāo)定的最低流速（約3.0m/s）；上限流速小于0.25倍馬赫數(shù)。測頭所在位置的局部流速為：    

　　式中：（1－ε）是可壓縮性修正系數(shù)。在液體中ε=0，所以不需要可壓縮性的修正。但在低馬赫數(shù)的可壓縮流體中，系數(shù)（1－ε）可按下述公式確定：     

    　　其中：r――比熱比；P――局部靜壓；ΔP――由皮托管所指示的差壓；ρ――流體的局部密度；a――測頭校準(zhǔn)系數(shù)(測管式流量計的每一支測頭，須經(jīng)在國家技術(shù)監(jiān)督機構(gòu)授權(quán)的風(fēng)洞上進行標(biāo)定以獲得測頭校準(zhǔn)系數(shù))。 　　可壓縮流體的密度由下述公式確定：     

    　　式中：R=8.3143 J?mol^－1?K^－1；M對空氣的值為28.95×10^－3kg/mol；Z――氣體定律偏差系數(shù)。對壓力小于10倍大氣壓和溫度在273K到373K之間的空氣來說，它與1相差無幾[它應(yīng)與可壓縮性修正系數(shù)（1－ε）有區(qū)別]；T――由下述公式所得的局部靜溫度：     

    　　其中：T₀――采用一個理想的測溫探頭在管道軸線上測得的總的溫度；λ――導(dǎo)熱系數(shù)。 　　國際標(biāo)準(zhǔn)確定的測量方法是在95％置信水平上有關(guān)流量不確定度≤2.0％。在滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量條件下，由其它因素影響所引起的誤差為：     

    　　式中：Δq_v――流量誤差；Δ（Δp）――差壓測量誤差；Δp――壓力測量誤差；Δr――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％ 。

　　四、測管式流量計的防堵塞措施

　　通常采用的均速管流量計測桿上各取壓孔處的流速是不同的，則各取壓孔之間存在一定的壓力差，造成各取壓孔之間有介質(zhì)流動，流動的介質(zhì)中粉塵產(chǎn)生埋積，形成堵塞。另外，大多數(shù)工業(yè)煤氣中含有水分，水以水蒸汽狀態(tài)混合于煤氣之中，稱為濕煤氣，當(dāng)濕煤氣流入取壓孔內(nèi)時，其中的水蒸汽接觸取壓管內(nèi)壁冷凝成水，并存積于取壓管內(nèi)，煤氣中的臟污粉塵隨冷凝水析出，在取壓管內(nèi)壁結(jié)垢；往往測桿下端測孔的堵塞較為嚴(yán)重，即使采用蒸汽或氮氣吹掃，也只能吹通測桿上端的取壓孔，而下端取壓孔依然堵塞。測管式流量計的測頭上僅有一個全壓取壓孔，取壓管內(nèi)介質(zhì)相對靜止，取壓孔內(nèi)不易形成粉塵埋積。

　　針對測量煤氣等臟污介質(zhì)的特點，測管式流量計測頭的設(shè)計，汲取了其它差壓流量計的長處及經(jīng)驗，在分析均速管式流量計取壓孔容易堵塞機理的基礎(chǔ)上，采用了獨特的蹄形切口結(jié)構(gòu)。由于測頭采用蹄形切口設(shè)計，向下安裝，濕煤氣中的冷凝水隨時滴入管道，冷凝水不會再存積于引壓管內(nèi)。另外，測管式流量計配有在線吹掃裝置，一旦發(fā)生堵塞可隨時進行吹掃。這樣較好地解決了在測量煤氣等臟污介質(zhì)時的堵塞難題，也較好地解決了取壓管內(nèi)壁結(jié)垢難題。            

                                        圖2  均速管流量計測量臟污介質(zhì)易發(fā)生堵塞示意圖                      

                                        圖3  測管式流量計的測頭結(jié)構(gòu)   　　五、運行結(jié)果和結(jié)論

　　測管式流量計自2005年8月投入使用以來，運行穩(wěn)定，沒有發(fā)生取壓部堵塞的故障，這說明測管流量計的設(shè)計結(jié)構(gòu)完全能夠適應(yīng)我企業(yè)的煤氣臟污問題。同時，該流量計測量的是點流速，可以在風(fēng)洞中標(biāo)定測頭系數(shù)，解決了以往大口徑流量計無法標(biāo)定的難題，使得計量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，符合計量需求。

　　實踐表明，測管式流量計為濟鋼第一煉鋼廠在降低能耗，實現(xiàn)“負(fù)能煉鋼”，回收轉(zhuǎn)爐煤氣方面提供了可行有效量化的測量手段，使企業(yè)在節(jié)約資源活動中回收轉(zhuǎn)爐煤氣利用的績效變得看得見、摸得著，令人信服。