錐型流量計在煤氣廠的相關(guān)技術(shù)操作

煤氣流量測量一直是儀表檢測的難點，錐型流量計為煤氣流量測量提供了新的測量方法，本文介紹了錐型流量計在現(xiàn)場的使用情況和特點。

山東焦化制氣廠焦爐煤氣計量主要測點有：

焦爐回爐煤氣、鍋爐煤氣摻燒、管式爐用煤氣和城市外供煤氣等，此外，還有發(fā)生爐煤氣計量和節(jié)假日摻加到煤氣中的石油液化氣計量。焦爐煤氣過去一直使用標準孔板、均速管進行計量。使用過程中主要存在以下幾方面的問題：(1)焦爐煤氣臟，孔板容易污染，由于連續(xù)生產(chǎn)不能拆除孔板進行清洗，影響系統(tǒng)測量精度；(2)焦爐煤氣臟，儀表導壓管易堵，必須定期用蒸汽吹掃儀表導壓管，否則就會影響測量精度，甚至系統(tǒng)不能正常運行；(3)煤氣中所夾帶的蒸汽或水霧，當溫度降低時凝結(jié)成水，在管道中很難排除，影響系統(tǒng)測量精度。(4)直管段要求長，煤氣管道口徑通常比較大，要保證流量測量準確的20~40D直管段很難滿足。(5)量程比小，僅為3∶1，例如因城市煤氣用量高峰或低谷時要求輸送煤氣量的不同，出廠煤氣計量的輸送量在一天內(nèi)的變動超過10∶1，孔板因量程比小就達不到使用要求。

1 錐形流量計測量原理

因為管壁摩擦力減小了流過管壁的流體速度，所以在管道中流速分布為：在管壁處流速接近零，愈靠近管線中心流速愈大，在管線中心處流速最大。而當流體流過錐形流量計時，因錐形流量計是通過在管線中心懸掛一個錐形體來節(jié)流，錐體直接與流體高速中心部分相互作用，迫使管線中心的高速流體與接近管壁的低速流體均勻化，即兩者的流速趨于一致。

與各種節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)比較，標準孔板是流體在管道中心突然收縮，不僅阻力損失大，而且加劇了流體流速分布的不均勻性，管道邊緣阻斷，臟污介質(zhì)聚集在標準孔板前后；文丘里管(和標準孔板一樣仍然是標準節(jié)流裝置的一種)則是在管道中心逐漸收縮，雖然流體流速分布的不均勻性仍然存在，但阻力損失稍有降低，臟污介質(zhì)聚集的情況有所改善，只是制作困難；環(huán)形孔板是在管道中心置一圓盤，而管道邊緣則可流通，即從標準孔板的管道中心突然收縮轉(zhuǎn)變?yōu)楣艿肋吘壨蝗皇湛s，因而可使管道內(nèi)流速均勻化，可使臟污介質(zhì)不致聚集在環(huán)形孔板前后；而錐形流量計是在管道中心置一圓錐，它的結(jié)構(gòu)是管道邊緣逐漸收縮，阻力損失小，且可使管道內(nèi)流速均勻化，使臟污介質(zhì)不致聚集在環(huán)形孔板前后。由此得出結(jié)論：錐形流量計是節(jié)流裝置發(fā)展過程中一系列革新的必然結(jié)果。

2 錐形流量計特點

山東焦化制氣廠使用錐形流量計有三年的歷史了，檢測系統(tǒng)運行正常，而且日常的維護工作量幾乎沒有，深受現(xiàn)場工人和技術(shù)人員的歡迎。主要特點如下。

(1)直管段要求低。雖然所有差壓式流量計都是依據(jù)伯努利定理進行測量，但伯努利定理有一個基本要求，即被測量的流體必須為理想流體。采用孔板、噴嘴等傳統(tǒng)的差壓流量計的節(jié)流裝置時，為了盡量滿足伯努利定理的要求，必須有非常長的前、后直管段，以便將不規(guī)則流動的流體盡可能整形成為理想流體。而錐形流量計流量采用獨特的置于管道中心的流線型節(jié)流結(jié)構(gòu)設(shè)計，在檢測流量之前，同時對不規(guī)則流動的流體進行整流，在不增加流體整流器的情況廠，工5妙地解決流體整流的問題。中心懸掛的流線型錐體能重塑流速曲線，在緊靠錐體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi)(前0~3D，后0~1D)，將流速不規(guī)則的液體直接整流成理想液體，可充分滿足伯努利定理的要求，獲得很高的測量精度和重復性。不需要非常長的直管段整流，這在流量計的安裝過程中有很重要的意義。山東焦化制氣廠使用的石油液化氣錐形流量計(口徑270mm)在安裝過程中，由于現(xiàn)場條件限制，流量計前、后直管的距離分別為1000mm和600mm，但流量計仍能正常穩(wěn)定運行。

(2)耐污染，不易堵。山東焦化制氣廠煤氣類流量測量，原來使用的是孔板流量計和均速管流量計，由于煤氣中含有焦油、萘、硫、氨水等多種雜質(zhì)，孔板或均速管必須定期清洗或用蒸汽吹掃，否則孔板上、下游端面、上游側(cè)直角入口邊緣將受到污染，儀表導壓管會不暢通或堵塞，影響系統(tǒng)測量精度；孔板前、后直管段積水會使管道流通面積減小，流速提高，差壓增加，流量顯示值偏高，嚴重時因?qū)汗芏氯兯推鳠o法正常運行。為確保儀表正常穩(wěn)定運行，儀表工維護工作量很大。錐形流量計有自吹掃式的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，無滯留死區(qū)。介質(zhì)流過錐體時會加速，不斷沖刷正壓取壓孔、錐體外壁及錐體附近管壁，而負壓取壓孔則被一小段不流動介質(zhì)所隔離，臟污雜質(zhì)進不去，因此錐形流量計可用于各種含雜質(zhì)、易結(jié)晶的臟污介質(zhì)，如焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等介質(zhì)。山東焦化制氣廠采用的五臺錐形流量計對焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣和石油液化氣的流量進行測量，有的使用已三年，至今未進行過維護，流量計未發(fā)現(xiàn)有節(jié)流裝置污染、儀表導壓管堵塞、管道積水、流量顯示值異常等現(xiàn)象，大大降低了儀表的維護工作量，提高了煤氣流量測量的準確性和可靠性。

(3)差壓值大，量程比寬，適用于低壓低流速介質(zhì)的流量測量。在焦化廠煤氣流量測量過程中，測量對象的特點是管道直徑大、壓力低，流速慢，孔板流量計一般選配微差壓變送器(山東焦化制氣廠使用的是羅斯蒙特公司的1151DR)，在煤氣壓力為3500Pa時，正常的差壓在100~1000Pa之間變化(山東焦化制氣廠回爐煤氣滿量程的差壓值為630pa)，流量計的差壓信號較小。而在采用均速管流量計時，由于管道煤氣流速低，差壓信號非常小對系統(tǒng)精度影響很大，山東焦化制氣廠城市煤氣計量采用均速管流量計，最大差壓只有120Pa，正常值為2~5Pa，系統(tǒng)精度很差。差壓信號小會影響變送器校驗、使用的精度；孔板有污染、儀表導壓管不暢、管道有積水對系統(tǒng)精度影響也很大。而錐形流量計由于是類似孔板的節(jié)流件，差壓值遠大于均速管流量計，相對孔板來說，由于是管道邊緣逐漸收縮，阻力損失小，因而可在阻力損失相同的情況下，設(shè)計時可選用差壓值較大的錐形流量計，如表1所示，幾臺錐形流量計測量煤氣時差壓值均大于孔板測量時的差壓值。提高了差壓信號，為變送器校驗創(chuàng)造了條件，也提高了系統(tǒng)的測量精度。

某些測量對象，如出廠煤氣、摻燒煤氣的流量測量，因最大最小流量相差較大，通常孔板只能達到3∶1的量程比，只好采用多管并聯(lián)的方法解決測量精確度不降低的問題，而錐形流量計的量程比可大于10∶1，因而在低量程時的測量精確度較高，適用范圍更寬。

4 結(jié)語

經(jīng)過10多年的應(yīng)用實踐，人們已逐漸了解錐形流量計的特點并且能親身體驗到它作為一種更有效的流量儀表的種種優(yōu)點。實踐證明：利用錐形流量計能在更短的直管段條件下，以更寬的量程比對潔凈或臟污流體實現(xiàn)更準確更有效的流量測量。我們也期待有一天錐形流量計在進行更充分測試后能像標準節(jié)流裝置一樣，不經(jīng)過標定而確定差壓與流量的關(guān)系，并可估算其測量誤差，從而可以直接在生產(chǎn)現(xiàn)場使用