理智弯管流量计钢铁企业的应用和发展
一、理智弯管流量计工作原理
1. 基本原理
理智弯管流量计是一种差压式流量计,但其差压的产生与传统流量计(如孔板流量计)有本质的区别。理智弯管流量计是一种节能型差压流量计,其传感器内部无任何插入件和节流件,它利用流体的惯性原理,根据自然形成的内、外侧压力不同而产生的压差,来测量流体流量。
当流体流过弯管传感器时,由于弯管传感器壁的导流作用,迫使流体在弯管内作类似的圆周运动,而使流体流动方向发生了变化,其主流动速度向量也发生了变化。在进口侧,由在直管段时的等速流动状态转变成进弯管段时近似梯形的速度分布流动状态,靠近传感器内侧的流体速度大于靠近传感器外侧的流体速度,且在传感器中点45°横截面处流速差值达到最大;在出口侧,其流速梯形分布的消失过程基本与进口侧形成过程相对称(见下图)。同样,流体在流过弯管传感器时,其压力分布也基本上是以弯管传感器中点45°横截面为中心对称分布的,我们把弯管传感器中点45°两侧(外侧、内侧)的压力差称为△P,差压△p与流体的流速、流体的密度以及作圆周运动的曲率半径等因素有关。因此,只要测出△P就可以方便地计算出管道内流体的流速,进而计算出管道内流体的流量值,这就是断面主流动向量图理智弯管流量计的基本测量原理。
2. 数学表达式
理智弯管流量计流量数学表达式如下:
其中:Q ― 容积流量,单位m3/h;
D ― 管径,单位m;
R ― 曲率半径,单位m;
△P― 差压,单位Pa;
p ― 流体密度,单位kg/m3,;
α ― 流量系数。
3. 理智弯管流量计的定型实验
理智弯管流量计先后有3种测量介质通过国家流量定点检测站的定型实验。水介质在开封国家水大流量计量检定站(见表1)、蒸汽介质在烟台国家蒸汽流量检定站(见表2)、天然气在四川华阳天然气流量计量站(见表3)通过国家定型实验,最终检定结果表明,理智弯管流量计适合测量气(汽)、液体流量,其系统准确度优于1%。
表1
流速(m/s) | 标准流量(m3/h) | 仪表示值(m3/h) | 示值误差(%) |
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、应用情况
1. 适用性
就理智弯管流量计工作原理和基本结构分析,完全适应钢铁企业复杂多变的现场要求,尤其适合于对蒸汽、高炉煤气、焦炉煤气、氧气、氮气、压缩空气、水等介质的流量测量。
2. 在钢铁企业应用情况
理智弯管流量计目前已在山东泰钢、济钢、青钢。河北唐钢、宣钢、建龙、津西,辽宁北钢、鞍钢,河南安钢,湖北武钢,安徽马钢,上海宝钢,四川攀钢,吉林通钢,贵州水钢等大中型钢铁企业中得到了不同程度地应用测量介质主要以煤气、空气、氧气、蒸汽、水为主。其应用效果很好,满足了计控处、动力厂等部门对能源计量科学化管理的要求。
表2
管径 (mm) |
温度 ( ℃ ) |
压力 (MPa) |
差压 (Pa) |
标准流量 (kg/h) |
仪表示值 (kg/h) |
引用相对误差 (%) |
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
流量点 | 标准流量(m3/h) | 各流量点重复值(%) | 各流量点相对示值误差(%) |
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 |
结果 | 基本误差(%) | 流量重复性(%) | 流量计相对示值误差(%) |
0.93 | 0.07 | 0.90 |
3. 实施效益
(1)以唐钢动力厂高炉煤气测量2001年4月份应用理智弯管流量计为例,由于对煤气进行了准确、可靠计量,实现了对高炉煤气产耗的动态平衡,降低了放散,年增效益千余万元(见表4)。
表4
项目 |
产气量 (万 m3) |
平均放散率 (%) |
多利用煤气 (万 m3) |
折合标煤 (吨) |
年增效益 (万元) |
备注 |
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:高炉煤气热值按700kcal/m3计算,标煤热值按7000kcal/kg计算,标煤价格按280元/吨计算。
(2)宣钢动力厂2001年12月份应用煤气监测系统为例,较好地解决了高炉煤气与焦炉煤气的不平衡问题,年创效益800余万元(见表5)。
表5
项目 | 应用前 | 应用后 | 降低量 |
焦炉煤气不平衡(万 m3/月) | 240 | 7 | 233 |
高炉煤气不平衡(万 m3/月) | 3300 | 800 | 2500 |
三、理智弯管流量计特点
通过钢铁企业应用理智弯管流量计情况分析,该流量计除计量准确、运行稳定可靠以外,还有以下几大特点:
(1)低流速、大管径、大量程比测量方面优势突出。
(2)适应于多种介质测量、应用范围广,且量程比宽、安装位置好选。
(3)是节能型流量计。理智弯管流量计安装在管道自然转弯处,且传感器内无任何插入件、节流件,不会对流体造成附加的压力损失。
(4)弯管传感器维护量极小。理智弯管流量计适合测量脏、污介质,且传感器对磨损不敏感,可直接焊接在管道上,没有易损件,与管道同寿命,避免了定期检修和跑、冒、滴、漏的麻烦。
(5)抗干扰能力强。现场的振动、潮湿、粉尘、电磁辐射等不会对该流量计造成干扰。
(6)多功能。一块理智弯管流量计可以同时实现对多路流量、温度、压力等参数的测量,且具备完善的通信接口,可以自成系统,也可以组态联网,并入企业信息化管理系统。
四、结束语
随着钢铁企业节能降耗工作的推进,对运行稳定、性能可靠的现场流量仪表的需求将更加迫切,理智弯管流量计的应用,确实给我们的计量管理工作带来了极大的方便,也较好地满足了钢铁企业恶劣、复杂的现场环境的计量需要,是一种极具发展前景的流量计。