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渦街流量計在焦爐煤氣中應用
發布時間:2019-06-11

摘要:焦化廠在外供煤氣管道上安裝插入式渦街流量計,經嚴格的參數設置,投入使用。與孔板流量計和羅茨流量計相比,在流速大于5m/s時渦街流量計的準確度較高,并具有測量范圍寬,安裝、維修方便,清洗、維護費用低等特點。
隨著我國城市煤氣的不斷發展,一些冶金焦化廠的焦爐煤氣向供民用煤氣的方向發展。因此,煤氣計量問題變得比較突出,對煤氣計量的準確度要求也越來越高。過去一般采用差壓流量裝置,80年代初開始采用渦街流量計測量焦爐煤氣流量。
1孔板流量裝置
  孔板流量計量系統一般由標準孔板、差壓變送器、開方器及比例積算器組成,是目前應用比較廣泛的流量計量方法之一,它具有結構簡單、使用壽命長等優點,目前已形成了標準化和系列化。焦化廠外供煤氣在1985年以前一直采用孔板流量計進行焦爐煤氣的計量,在實際應用中發現有以下不足:(1)因煤氣為濕氣體,冬季保溫不好時孔板易凍,影響計量裝置正常工作。(2)焦爐煤氣中成分復雜,含有焦油、萘等多種雜質,長期使用會使孔板孔徑結污變小,銳邊被臟物復蓋,直接影響計量精度。另外導壓管堵塞的現象也時有發生。(3)因煤氣受溫度、壓力、密度影響較大。一般中小型焦化廠在設計中沒有考慮補償問題。因此,冬夏兩季測量誤差較大。(4)孔板流量計適用于穩定、連續工作。其量程比為1∶3。(5)孔板流量計至少每年要清洗一次,清洗時必須停產。對于一些大管道拆裝相當困難,中小型企業難以具備孔板裝配能力,有的一安裝而訂終身,難以滿足計量要求。
2渦街流量計
2.1渦街流量計的工作原理
  渦街流量計屬于流體振動式流量計,在管道內紊亂流動的介質撞到非線性擋體(發生器)上,擋體的形狀和紊流速度是兩個決定參數。當流體流經擋體時,在擋體兩側交替地分離出漩渦,形成“卡門渦街現象”見圖1。卡門渦街的頻率與流速成正比。在流體中插入柱狀物體時頻率與流體流速的關系可用式(1)表示:

式中f——漩渦頻率;V——管道內平均流速;d——柱狀擋體迎流面寬度;D——流體所在管道內徑;St——斯特羅哈爾數,在雷諾數104~106范圍內為無量綱常數。
  由式1可見,通過測量渦街頻率,就可算出流速V,再由流速求出流量Q。當漩渦在柱體兩側產生時,柱體受到與流向垂直的交變升力的作用,升力的變化頻率就是漩渦頻率。利用埋設在柱體內的壓電檢測原件測出升力的變化,將升力的變化轉為電的頻率信號,輸送到轉換器,再進行放大和整形,形成頻率與電流成正比的模擬電壓或電流可以進行瞬時指示或累和計算,見圖2。
渦街流量計原理圖
渦街流量計儀表圖
2.2渦街流量計的特點
  渦街流量計的特點是:(1)渦街流量計體積小,重量輕,安裝方便,可以不停產安裝、拆卸、清洗和維修。(2)測量范圍寬,量程比可達1∶10,幾乎不受介質溫度、壓力、密度的影響。可以測量空氣、氧氣、煤氣、蒸汽、水和低粘度的其他流體。測量時氣體流速應大于5m/s,水的流速應在0.5~6m/s之間。(3)管道系統振動有可能疊加到漩渦分離頻率上,這將使測量結果不準確,在小流量時干擾特別突出。
3渦街流量計的應用
3.1渦街流量計的安裝
  焦化廠三組六六型焦爐,向棗莊市供應煤氣10萬m3/d。1990年10月在外供煤氣管道上帶壓不停產安裝了雙發生體CWL-G104C-1插入式渦街流量計,整個安裝過程從開口焊接到參數設置調試完成僅用3h。
3.2現場調試
3.2.1儀表常數的計算儀表出廠時已給出了探頭插入管道中心的儀表常數,安裝時只需按現場實際條件換算成儀表流量常數KQ即可。為此,需進行流場修正和阻塞修正換算:
KQ=KV/TUA(2)
式中KQ——儀表常數;KV——儀表出廠時的標定常數;T——流場修正系數;U——阻塞修正系數;A——管道內斷面面積,A=πD2/4。
流場修正系數α可按下式計算:

式中θ——管道內平均突出物高度,mm;Re——雷諾準數,Re=354×10-3qDV;q——體積流量,m3/s;V——工作狀態下介質的運動粘度,m2/s。
阻塞修正系數U按下式計算:

式中d——插入桿直徑,mm;D——管道內徑,mm。
3.2.2由不銹鋼探頭引起的流量修正系數KT為:
KT=1-4.8×10-5(T-20)(5)
式中T——使用狀態下的溫度。
3.2.3K′Q值的換算
  測量煤氣時,需要把儀表顯示值換算為標準狀態P=101325Pa,T=20℃的流量,并對儀表常數進行溫度壓力修正:

式中P——使用狀態下的壓力,Pa;T——使用狀態下的溫度,℃。
根據上述計算值設置流量計積算儀的常數開關。
4對比標定
  氣源廠、煤氣公司和儀表制造廠三家共同對渦街、孔板、羅茨三種流量計進行了對比標定。三種儀表的安裝位置見圖3,標定數據見表。


  從計量裝置的角度出發,羅茨流量計是容積式,計量值在小流量時比渦街和孔板流量計高。從表中看出流速低于5m/s時羅茨表計量值高于渦街和孔板流量計,說明渦街和孔板流量計在流速低時計量值偏低。高流速時渦街流量計的量值大于羅茨流量計的顯示值,說明渦街流量計在流速大于5m/s才能發揮理想計量性能。從工藝上看出,渦街流量計在羅茨表之前,無旁通,無泄漏。而羅茨表前有干脫設備,煤氣中的一些雜質,已被過濾,再加上閥門的泄漏,因此,羅茨表計量值低于渦街流量計是正常的。
5結語
5.1對渦街流量計的跟蹤對比和數據分析表明,在流量正常情況下,渦街流量計準確度比孔板高。在低流速或間斷供氣時,流量計量值偏低,有時有失準現象。
5.2渦街流量計拆裝,維護方便,清洗、維護費用低,不會因拆裝、檢修而影響生產。
5.3在煤氣溫度較低時,渦街探頭易結萘及臟物,實際使用時應加以注意。

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