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一、理智彎管流量計(jì)工作原理
1. 基本原理
理智彎管流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì),但其差壓的產(chǎn)生與傳統(tǒng)流量計(jì)(如孔板流量計(jì))有本質(zhì)的區(qū)別。理智彎管流量計(jì)是一種節(jié)能型差壓流量計(jì),其傳感器內(nèi)部無(wú)任何插入件和節(jié)流件,它利用流體的慣性原理,根據(jù)自然形成的內(nèi)、外側(cè)壓力不同而產(chǎn)生的壓差,來(lái)測(cè)量流體流量。
當(dāng)流體流過(guò)彎管傳感器時(shí),由于彎管傳感器壁的導(dǎo)流作用,迫使流體在彎管內(nèi)作類似的圓周運(yùn)動(dòng),而使流體流動(dòng)方向發(fā)生了變化,其主流動(dòng)速度向量也發(fā)生了變化。在進(jìn)口側(cè),由在直管段時(shí)的等速流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變成進(jìn)彎管段時(shí)近似梯形的速度分布流動(dòng)狀態(tài),靠近傳感器內(nèi)側(cè)的流體速度大于靠近傳感器外側(cè)的流體速度,且在傳感器中點(diǎn)45°橫截面處流速差值達(dá)到;在出口側(cè),其流速梯形分布的消失過(guò)程基本與進(jìn)口側(cè)形成過(guò)程相對(duì)稱(見下圖)。同樣,流體在流過(guò)彎管傳感器時(shí),其壓力分布也基本上是以彎管傳感器中點(diǎn)45°橫截面為中心對(duì)稱分布的,我們把彎管傳感器中點(diǎn)45°兩側(cè)(外側(cè)、內(nèi)側(cè))的壓力差稱為△P,差壓△p與流體的流速、流體的密度以及作圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑等因素有關(guān)。因此,只要測(cè)出△P就可以方便地計(jì)算出管道內(nèi)流體的流速,進(jìn)而計(jì)算出管道內(nèi)流體的流量值,這就是斷面主流動(dòng)向量圖理智彎管流量計(jì)的基本測(cè)量原理。
2. 數(shù)學(xué)表達(dá)式
理智彎管流量計(jì)流量數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:
其中:Q ― 容積流量,單位m3/h;
D ― 管徑,單位m;
R ― 曲率半徑,單位m;
△P― 差壓,單位Pa;
p ― 流體密度,單位kg/m3,;
α ― 流量系數(shù)。
3. 理智彎管流量計(jì)的定型實(shí)驗(yàn)
理智彎管流量計(jì)先后有3種測(cè)量介質(zhì)通過(guò)國(guó)家流量定點(diǎn)檢測(cè)站的定型實(shí)驗(yàn)。水介質(zhì)在開封國(guó)家水大流量計(jì)量檢定站(見表1)、蒸汽介質(zhì)在煙臺(tái)國(guó)家蒸汽流量檢定站(見表2)、天然氣在四川華陽(yáng)天然氣流量計(jì)量站(見表3)通過(guò)國(guó)家定型實(shí)驗(yàn),最終檢定結(jié)果表明,理智彎管流量計(jì)適合測(cè)量氣(汽)、液體流量,其系統(tǒng)準(zhǔn)確度優(yōu)于1%。
表1
流速(m/s) | 標(biāo)準(zhǔn)流量(m3/h) | 儀表示值(m3/h) | 示值誤差(%) |
3.07 | 750.5 | 748.8 | -0.23 |
2.47 | 627.8 | 626.0 | -0.28 |
2.00 | 509.4 | 510.4 | 0.19 |
1.516 | 384.8 | 384.4 | -0.10 |
3.46 | 879.8 | 881.7 | 0.21 |
1.04 | 262.8 | 262.2 | -0.22 |
0.51 | 129.7 | 129.5 | -0.15 |
二、應(yīng)用情況
1. 適用性
就理智彎管流量計(jì)工作原理和基本結(jié)構(gòu)分析,適應(yīng)鋼鐵企業(yè)復(fù)雜多變的現(xiàn)場(chǎng)要求,尤其適合于對(duì)蒸汽、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、氧氣、氮?dú)狻嚎s空氣、水等介質(zhì)的流量測(cè)量。
2. 在鋼鐵企業(yè)應(yīng)用情況
理智彎管流量計(jì)目前已在山東泰鋼、濟(jì)鋼、青鋼。河北唐鋼、宣鋼、建龍、津西,遼寧北鋼、鞍鋼,河南安鋼,湖北武鋼,安徽馬鋼,上海寶鋼,四川攀鋼,吉林通鋼,貴州水鋼等大中型鋼鐵企業(yè)中得到了不同程度地應(yīng)用測(cè)量介質(zhì)主要以煤氣、空氣、氧氣、蒸汽、水為主。其應(yīng)用效果很好,滿足了計(jì)控處、動(dòng)力廠等部門對(duì)能源計(jì)量科學(xué)化管理的要求。
表2
管徑 (mm) | 溫度 ( ℃ ) | 壓力 (MPa) | 差壓 (Pa) | 標(biāo)準(zhǔn)流量 (kg/h) | 儀表示值 (kg/h) | 引用相對(duì)誤差 (%) |
80 | 142.420 | 0.1857 | 8662.992 | 2278.505 | 2258.637 | -0.88 |
141.755 | 0.1963 | 5711.547 | 1864.846 | 1861.482 | -0.15 | |
140.634 | 0.1961 | 3885.201 | 1530.820 | 1544.476 | 0.61 | |
138.752 | 0.2001 | 2390.166 | 1214.464 | 1222.863 | 0.37 | |
133.060 | 0.1553 | 1403.257 | 859.044 | 868.617 | 0.45 | |
122.877 | 0.1042 | 334.649 | 395.838 | 383.977 | -0.53 | |
50 | 128.176 | 0.1043 | 7342.578 | 760.753 | 760.613 | -0.02 |
123.597 | 0.1136 | 5027.848 | 641.230 | 647.948 | 0.88 | |
116.839 | 0.0723 | 3427.558 | 482.162 | 484.089 | 0.25 | |
129.807 | 0.0818 | 1113.940 | 283.097 | 278.782 | -0.57 | |
122.058 | 0.0839 | 642.817 | 215.826 | 215.205 | -0.08 | |
118.292 | 0.0831 | 308.295 | 147.817 | 149.459 | 0.22 |
表3
流量點(diǎn) | 標(biāo)準(zhǔn)流量(m3/h) | 各流量點(diǎn)重復(fù)值(%) | 各流量點(diǎn)相對(duì)示值誤差(%) |
1 | 19992.94 | 0.03 | 0.61 |
2 | 16220.44 | 0.01 | 0.77 |
3 | 11905.03 | 0.03 | 0.90 |
4 | 6411.05 | 0.04 | 0.79 |
5 | 2929.52 | 0.07 | 0.63 |
結(jié)果 | 基本誤差(%) | 流量重復(fù)性(%) | 流量計(jì)相對(duì)示值誤差(%) |
0.93 | 0.07 | 0.90 |
3. 實(shí)施效益
(1)以唐鋼動(dòng)力廠高爐煤氣測(cè)量2001年4月份應(yīng)用理智彎管流量計(jì)為例,由于對(duì)煤氣進(jìn)行了準(zhǔn)確、可靠計(jì)量,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高爐煤氣產(chǎn)耗的動(dòng)態(tài)平衡,降低了放散,年增效益千余萬(wàn)元(見表4)。
表4
項(xiàng)目 | 產(chǎn)氣量 (萬(wàn) m3) | 平均放散率 (%) | 多利用煤氣 (萬(wàn) m3) | 折合標(biāo)煤 (噸) | 年增效益 (萬(wàn)元) | 備注 |
2000年 | 648296 | 8.65 | 0 | 0 | 0 | |
2001年 | 674658 | 3.63 | 33868 | 33868 | 948 | |
2002年 | 684143 | 1.71 | 47480 | 47480 | 1329 |
注:高爐煤氣熱值按700kcal/m3計(jì)算,標(biāo)煤熱值按7000kcal/kg計(jì)算,標(biāo)煤價(jià)格按280元/噸計(jì)算。
(2)宣鋼動(dòng)力廠2001年12月份應(yīng)用煤氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例,較好地解決了高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的不平衡問(wèn)題,年創(chuàng)效益800余萬(wàn)元(見表5)。
表5
項(xiàng)目 | 應(yīng)用前 | 應(yīng)用后 | 降低量 |
焦?fàn)t煤氣不平衡(萬(wàn) m3/月) | 240 | 7 | 233 |
高爐煤氣不平衡(萬(wàn) m3/月) | 3300 | 800 | 2500 |
三、理智彎管流量計(jì)特點(diǎn)
通過(guò)鋼鐵企業(yè)應(yīng)用理智彎管流量計(jì)情況分析,該流量計(jì)除計(jì)量準(zhǔn)確、運(yùn)行穩(wěn)定可靠以外,還有以下幾大特點(diǎn):
(1)低流速、大管徑、大量程比測(cè)量方面優(yōu)勢(shì)突出。
(2)適應(yīng)于多種介質(zhì)測(cè)量、應(yīng)用范圍廣,且量程比寬、安裝位置好選。
(3)是節(jié)能型流量計(jì)。理智彎管流量計(jì)安裝在管道自然轉(zhuǎn)彎處,且傳感器內(nèi)無(wú)任何插入件、節(jié)流件,不會(huì)對(duì)流體造成附加的壓力損失。
(4)彎管傳感器維護(hù)量極小。理智彎管流量計(jì)適合測(cè)量臟、污介質(zhì),且傳感器對(duì)磨損不敏感,可直接焊接在管道上,沒(méi)有易損件,與管道同壽命,避免了定期檢修和跑、冒、滴、漏的麻煩。
(5)抗干擾能力強(qiáng)。現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)、潮濕、粉塵、電磁輻射等不會(huì)對(duì)該流量計(jì)造成干擾。
(6)多功能。一塊理智彎管流量計(jì)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路流量、溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)量,且具備完善的通信接口,可以自成系統(tǒng),也可以組態(tài)聯(lián)網(wǎng),并入企業(yè)信息化管理系統(tǒng)。
四、結(jié)束語(yǔ)
隨著鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗工作的推進(jìn),對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠的現(xiàn)場(chǎng)流量?jī)x表的需求將更加迫切,理智彎管流量計(jì)的應(yīng)用,確實(shí)給我們的計(jì)量管理工作帶來(lái)了極大的方便,也較好地滿足了鋼鐵企業(yè)惡劣、復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的計(jì)量需要,是一種發(fā)展前景的流量計(jì)。
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