插入式氣體流量計的設計及應用

為了解決節(jié)流式流量計在煤氣流量測量中存在的問題，上海上儀股份公司設計了一種插入式氣體流量計，包括取壓頭、取壓導通裝置和密封固定裝置三部分。插入式氣體流量計在山鋼股份萊蕪分公司焦爐煤氣、高爐煤氣、混合煤氣等煤氣流量測量應用后，煤氣計量數(shù)據(jù)更加精準，生產(chǎn)更加穩(wěn)定，降低了生成成本。

1 前 言

目前用于煤氣流量測量的裝置主要是節(jié)流式流量計，如孔板、內藏、V錐等，此類流量測量裝置在使用中存在多個弊端，如需要停產(chǎn)安裝、壓損大、易堵塞、難疏通等。以焦爐煤氣為例，因煤氣凈化能力不夠、雜質多、低溫時結萘等原因造成節(jié)流裝置堵塞，嚴重影響煤氣流量計量，甚至造成節(jié)流裝置處管道堵塞。節(jié)流裝置堵塞后只能在工藝停機時進行疏通，維護機會少，難度大，特別是大口徑管道，拆裝時需要大型吊裝機具的配合才能完成，費時費力。為此，需研發(fā)一種能防堵、低壓損、可在線安裝維護的插入式氣體流量計。

2 插入式流量計的工作原理

插入式流量計是一種采用皮托管原理提取管道中心流速再換算成流體體積流量和質量流量的差壓式流量計，用于測量介質管道中心的流速，包括取壓管和取壓頭，取壓管內分別設置有全壓通道和靜壓通道，取壓頭的應流側開設有與全壓通道連通的全壓孔，背流測開設有與靜壓通道連通的靜壓孔。工作時，將插入式流量計的取壓頭插入管道中心，全壓孔對正流體的來流方向，靜壓孔對正流體的去流方向，全壓與靜壓之差即為管道中心的實測差壓，再由該取壓頭的風洞標定曲線擬合出該點的標準差壓，根據(jù)標準差壓來計算流體的流量；同時還需要用壓力變送器測出流體壓力，用熱電阻測出流體溫度，把標準差壓信號、壓力信號、溫度信號同時引入流量積算儀或進入DCS系統(tǒng)，一方面對取壓頭的流量方程進行計算，另一方面對流體進行壓力、溫度補償，以保證測量精度。

3 插入式流量計的設計與安裝

3.1 取壓頭

取壓頭是插入式流量計的重要組成部分，用于獲取流體產(chǎn)生的差壓信號。取壓頭采用弧面設計，將取壓頭插入管道中心時前側壁以及全壓孔對正流體的來流方向，后側壁以及靜壓孔對正流體的去流方向，阻擋部位位于全壓孔一側弧面，阻擋部位能夠促使流體向遠離后側壁的方向流去，減少了向后側壁流動的流體，即減少了管道內向靜壓孔流動的流體，增大了差壓，提高了測量的穩(wěn)定性和準確度。由于全壓孔正對來流方向，孔內會形成高壓區(qū)，壓力略高于管道內壓力，從而阻止氣體中的雜質進入全壓孔，避免了取壓頭被堵。

3.2 取壓導通裝置

取壓導通裝置是把取壓頭產(chǎn)生的差壓傳遞給差壓變送器進而實現(xiàn)物理信號轉換的裝置，取壓頭通過2根導壓管與上方的三閥組連接，三閥組再與差壓變送器連接，從而測得取壓頭兩側的標準差壓。三閥組采用3051型號，可與市面上的絕大部分差壓變送器直接連接。導壓管采用小截面設計，外部直徑只有30 mm，使用過程中幾乎不阻擋管道內氣體流動，管道內氣體壓力損失小。

3.3 密封固定裝置

密封底座主要用于插入式流量計的固定與密封，由于管道內的氣體可能是有毒氣體，氣體泄漏后有可能造成重大事故，所以流量計的密封非常重要。密封固定裝置主要由管道焊接底座、球閥、彈性密封圈和密封壓緊裝置構成，其結構如圖 1 所示。其中管道焊接底座直接焊接在管道上，實現(xiàn)流量計與管道的設備連接；球閥用于對管道內的氣體進行封堵，實現(xiàn)流量計插入前和拔出后的管道氣體密封；彈性密封圈為耐腐蝕耐高溫彈性石墨材質，其內徑與導壓管外徑尺寸一致，流量計插入后通過密封壓緊裝置對彈性密封圈施加壓力，彈性密封圈受力后發(fā)生形變，與導壓管緊密貼合，從而實現(xiàn)氣體的密封。

3.4 計算方法

插入式流量計出廠前需要用風洞進行標定，通過標準流量與標準差壓計算出該流量計的流量倍率 K 。實際使用時需要根據(jù)流體的密度、壓力、溫度進行補償，流量計算選用差壓模型，其計算公式為：式中： M 為質量流量，kg； K 為流量倍率；Δ P 為差壓值，kPa； ρ 為介質密度，kg/m 3 ； ρ 標 為介質標況密度，kg/m 3 。

3.5 安裝方法

插入式流量計可以斷流安裝，也可通過帶壓開孔工具在線安裝。安裝時，只需在管道上開一直徑30 mm的圓孔，在圓孔上方焊接密封固定裝置，把流量計插入即可。因支持在線插拔的特性，避免停氣影響生產(chǎn)，可在某些因生產(chǎn)工藝要求而無法停氣的計量點進行安裝。插入管道前，應計算插入尺寸并檢查取壓頭全壓和靜壓孔方向，保證安裝后兩個取壓孔的端部位于管道中心線上，即管道中心處，并且使全壓孔對正流體的來流方向、靜壓孔對正流體的去流方向。

4 結 語

插入式氣體流量計已在山鋼股份萊蕪分公司的焦爐煤氣、高爐煤氣、混合煤氣等煤氣流量測量，其徹底解決了孔板等節(jié)流元件存在安裝、測量、維護中的弊端，上海上儀股份公司具有測量數(shù)據(jù)準確，防堵、低壓損、可在線安裝維護等優(yōu)點，是替代傳統(tǒng)流量計的理想測量裝置。采用插入式流量計進行煤氣計量后，煤氣計量數(shù)據(jù)更加精準，生產(chǎn)更加穩(wěn)定，降低了成本；為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營提供了準確、可靠的監(jiān)測和計量數(shù)據(jù)，有利于企業(yè)合理調度煤氣、加強成本核算、降低能耗、提高效益。