智能弯管流量计在陶瓷企业煤制气计量中的应用

2017-03-29  来自: 肇庆市众智自控系统有限公司 浏览次数:706

智能弯管流量计在陶瓷企业煤制气计量中的应用

 

肇庆市众智自控系统有限公司  廖浩元

佛山市能源利用监测中心  谢炳豪

一、前言

随着燃油价格的高居和煤制气设备、工艺技术的日臻成熟,陶瓷业窑炉燃料已逐步由使用燃油转为使用煤制气。在佛山地区和全国各地,发生炉煤气作为陶瓷工业燃料已经普及应用。虽然这种燃料在行业内使用已有四、五年的历史,但一直困扰的问题是无法对单台设备的燃料(煤制气)消耗量的计量。一些企业曾经尝试使用过传统的孔板式差压流量计或涡街式流量计作为流量测量设备,但都无法解决煤制气中存在的微量煤 焦 油堵塞和计量准确度误差太大的问题。而且,这些传统的流量测量设备都有附加的压力损失。目前陶瓷行业新建或改造的窑炉都在300-400米以上,供气管道在DN400-DN600之间,进窑炉前的煤气压力12000Pa左右,使用孔板式差压流量计的压力损失最为明显,往往导致窑炉尾端的喷枪气压降低太大而影响燃烧。在未有使用煤气计量装置之前,陶瓷企业对燃烧煤制气窑炉燃料消耗的统计,只是以全厂用煤量对各台设备进行摊派摊分,对车间的产品燃料消耗计算误差很大。为此,近三年来我们引入了一种智能弯管流量计,较为完全地解决了陶瓷企业用于煤制气计量的一大难题。

二、弯管流量计的工作原理和特点

智能弯管流量计的研制和应用,具有坚实的理论基础和实验研究基础。在理论研究方面主要是通过直接求解流体流过弯管的微分方程数值解的方法,全面揭示流体流经弯管的流动规律。在实验研究方面既有实验室的大量实验研究,又有在国家三大流量检定站(开封、烟台、华阳)对不同介质的流量测量的权威验证。

智能弯管流量计原理基于:流体在流经弯管时,由于弯曲管壁的导流作用,使流体在流进弯管时其内侧流速会逐渐增大,而外侧流速却逐渐减小,这就形成了各个过流断面的近似梯形速度分布,且这种梯形速度分布状态在弯管45°截面处达到极限状态。弯管45°截面各质点流速分布如图2-1所示。

根据质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律,流体在管道中流动时,在相同过流断面各元流质点的能量不变,但由于各质点流速的变化(内侧大、外侧小)就形成了弯管的内外侧压差P。这个压力差在45°截面时达到最大、最稳定。且45°弯管断面的流体平均流速与压差P的对应关系符合平方比例关系。深入的理论研究和大量的试验分析证明流体流过弯管形成的差压与流速的严格对应关系同弯管的几何结构尺寸(弯曲半径R和内径D)有密切关系。由以上分析可知弯管传感器的几何结构尺寸确定之后,只要测取流体流经弯管45°截面的外侧、内侧的压差P和流体的密度就可以确定流体的平均流速其数学表达式为:

(1) QQ图片20170330114256.png                               

 

式中:流体流速m/s)

α(R·D)流量系数(无量纲)

P45°截面外侧、内侧差压(pa

D弯管内径(mm

R弯管弯曲半径(mm

流体密度kg/m3r

其对应的流量计算公式为:

=3.61/4πD2t/h             --------------- (2)

相对于其它型式的流量计量,弯管流量计的基本特点:

1测量介质全。可测量液体(热水、冷水、油、液氨等)、蒸汽(过热蒸气、饱和蒸气)、气体(水煤气、焦炉煤气、氧气、空气、天然气、乙炔、硫化氢等)等。

2、安装特性优越。管径范围宽:DN10—DN2000mm;安装范围宽:直管段要求短,管道转弯处和直管道上均能安装,管道的转弯处用90°标准传感器,在实际流量测量工作中,只要用弯管传感器代替原来管道上的弯头即可进行流量测量,在直管道上则用“V”型传感器;量程比宽: 101;流速范围宽: 5160米/秒(气体介质包括蒸汽)的流体流量测量,且都能满足测量准确度的要求;适用环境条件宽:弯管传感器可在高温、高压、粉尘、振动、潮湿及其它环境恶劣,安装条件极差的现场中正常使用。

3、无气体压力损失。由于弯管传感器本身相当于是一个90°标准弯管,没有任何插入件或节流件,因此在测量流量过程中不会对被测流体造成附加阻力损失,可节省流体输送的动力消耗,降低运行费用。

4、准确度、稳定性高。弯管流量计系统测量准确度等级为0.51.5级(实流标定精度可以达到0.5级)。重复性精度为0.2%,长期运行性能不变。

三、弯管流量计在陶瓷企业窑炉应用的适用性

1、无附加压力损失

由于弯管流量计一次传感元件只是一个90°直角弯头,无插入件和节流件,因此无附加压力损失。而孔板压力损失较大,一般为其差压值的70%,每年由孔板带来的能源损耗巨大,应引起足够重视。孔板压力损失造成水煤气品质下降,也给用户生产带来不便,如:佛山西樵兴辉陶瓷厂以水煤气为生产热源,早期采用孔板流量计计量,由于孔板流量计是通过缩小管径的节流方式来产生差压,DN300管缩小到DN165,压力损失大,水煤气气量不能满足正常生产,造成窑尾喷枪没有气,生产效率下降。同时为了提高水煤气品质,煤气站的加压风机不得不提高供气压力,这就造成加压风机效率下降,电耗增大。

2、量程比大,精度高,小流量性能好

弯管流量计的量程比达1:10,而孔板流量计仅为1:3,在流量波动较大的情况下,弯管流量计有较大优势。气体流量计量中,弯管流量计测量范围为5m/s-120m/s,弯管流量计在测量流量范围及流量测量中均具有突出的优势。关于精度问题,弯管流量计在国家技术监督局流量检定站采用蒸汽冷凝重量法检定,系统精度最大误差为1.14%。孔板流量计众所周知精度在1-1.5级,可是往往由于安装造成的误差远远高于1.5级。而对于涡街流量计,其精度一般为1-1.5级,这一点对于管段式涡街流量计,在无外界干扰(如振动、直管段满足)的情况下,可以达到。可是对于插入式涡街流量计,由于其安装误差和流体截面积不能准确确定,造成流量测量精度的不确定,误差远远高于1.5%,计量结算不宜采用。这些对于窑炉用气波动较大而又要求准确性高时表现更达出。

3、耐磨损,免维护,寿命长

弯管流量计测量原理为:当介质流经管道转弯处时必然做圆周运动,产生惯性离心力,测得此离心力即可计算出流体流速,从而进一步获得流量。基于此原理,又从实际流量检定中可知:磨损只是对弯管传感器口径产生微小变化,最终对于流量测量值影响很小,所以弯管传感器无须定期检修。而采用焊接式安装,更不会产生泄露,无任何维修量,其使用寿命与工业管道等同。孔板流量计采用节流方式产生压差,进行流量测量。为了与孔板的数学模型匹配,要求孔板入口边缘锐利,可是该锐利边缘在流体的冲刷下很快变钝,水煤气中的焦油会粘滞在该锐利边缘,使流体流动状态偏离原数学模型要求,造成测量出来的数值越来越少,测量误差很大。为了保证测量精度,孔板采用法兰连接,并且要求一年就要对孔板进行一次检修,增加了很大的维护量及维修费用。而法兰处在汽体停.送过程中,由于管道的热应力极易造成泄露,即造成无谓的水煤气损耗,也影响了生产的安全性。

4、耐高温.耐压.抗振动性能好

陶瓷企业生产现场属于高温、振动较大的环境。弯管流量计和孔板流量计在较高的温度及压力下,均可常年稳定运行(目前弯管流量计现场已采用至5.2Mpa,500 的中温.中压工况下,无故障运行三年多)。而孔板流量计在较高的温度和压力下,孔板平面变形较大,需定期更换,否则产生较大的误差;涡街流量计使用温度一般则在300以下,质量较差的,工作温度上限只有180。由于弯管流量计和孔板流量计均为差压式流量计,振动和冲击不影响其正常工作;而涡街流量计测量的是频率信号,管道振动会作为一个频率信号弹附加在真实的流体涡旋频率信号上,造成测量值不真实,现场误差较大。因此对现场振动较大的场合,不宜采用涡街流量计。

5、传感器口径范围宽,前后直管段要求不严

弯管流量计应用最小中口径为DN10,而孔板为DN50;弯管流量计应用最大口径已达DN1200以上,孔板大口径能做,但价格高昂;对于前后直管段的要求,弯管流量计存在着更大合优势,只需保证前5D(管径)、后2D即可;而孔板流量计至少要求前10D、后5D,并且管道中有节流件的情况下,更需加长直管段,很难找到合适的安装地点,有时为了取得较长直管段,不得不改变管道工艺或加大厂房面积,增大投资。这一特点在陶瓷企业中显得更为适用。

公司新闻_广东环保设备厂家_PLC自控系统厂家_弯管流量计厂家_安防监控设备厂家-肇庆市众智自控系统有限公司公司新闻_广东环保设备厂家_PLC自控系统厂家_弯管流量计厂家_安防监控设备厂家-肇庆市众智自控系统有限公司


五、弯管流量计的应用案例及效果

目前,陶瓷企业已经安装、使用了弯管流量计的企业工程实例

   1.png

   2.png

至于安装流量计作为窑炉燃气计量的实际效益。一个实例是:某陶瓷企业未有在每一条窑炉安装煤气计量仪表之前,由于对窑炉未能考核单窑煤气消耗,仅是按煤气站烧了多少煤,然后按窑摊派。窑炉工人的操作只是按长年的习惯性去操作,空炉了也不需调节、窑炉引风开大了也与其无关,只因为无数据监督他们!去年,企业购置了弯管式煤气流量计并在每条窑炉进气管上安装。当即,窑炉工人受到了数据的直接考核,致使操作人员十分着意煤气用量数据,适时地调节窑炉运行曲线,调节窑炉风机风量,注重了稳定生产。当月直接反映在煤气站的用煤消耗与产品产量的比例上,下降幅度达8%。这就反映计量管理和定额考核的必要性和意义!

六、后语

随着政府对企业节能考核指标体系的推进和完善,国家强制性标准《用能单位能源计量器具配备和管理通则》(GB17167—2006的贯彻,企业能源计量管理和定额考核的逐步深入窑炉自控技术水平的提高,弯管流量计以至相关的计量自控仪表在燃料计量、考核中,将逐步得到了广泛的应用。


关键词: 陶瓷企业   制气计量        

肇庆市众智自控系统有限公司主要经营气体报警器、PLC自控系统、弯管流量计等安防监控设备,是一家一间专注仪表自控行业和环保设备行业的气体报警器厂家和PLC自控系统厂家。想要了解更多弯管流量计厂家安防监控设备厂家等信息,欢迎联系我们。与联系人:廖先生 13922621600、邓先生 18026130526、邮箱:469251212@qq.com、地址:肇庆市端州区工农北路46号

CopyRight © 版权所有: 肇庆市众智自控系统有限公司 技术支持:肇庆市诚一网络技术有限公司 网站地图 XML


扫一扫访问移动端