在化工、石化鋼鐵、電力、供熱和水處理等行業(yè)各種流量計(jì)應(yīng)用十分普遍,用于測(cè)量各種液體和氣體的流量。隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)α髁繙y(cè)量的要求不斷提高,在市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種新型的流量計(jì),它們根據(jù)測(cè)量機(jī)理冠以不同的修飾術(shù)語(yǔ),如科里奧利、超聲波、電磁、渦街流量計(jì)等,比起傳統(tǒng)的容積式、文丘里管、機(jī)械孔板式流量計(jì)來(lái),新型流量計(jì)有更新穎的特點(diǎn),在精度、可靠性、重復(fù)性、可維護(hù)性方面和老式的流量計(jì)相比有顯著的差異,在這些設(shè)備里,易磨損的活動(dòng)部件很少或根本沒(méi)有;流量計(jì)中大部分都是非侵入式元件,具有更小的壓降和更好的安全性;很多儀表西己備有微處理器,能執(zhí)行自診斷和其他功能,從而能為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)的反饋和歷史數(shù)據(jù)采集。
相對(duì)其他行業(yè),各種流量計(jì)在水泥工業(yè)應(yīng)用較少,這是由于生產(chǎn)工藝過(guò)程中主要介質(zhì)是物料流和氣流,在物料流中則以粉狀和顆粒為主,在主工藝流程中液體料流幾乎沒(méi)有,而氣流還帶有一定的粉塵,并且是在大管道內(nèi)通過(guò),它給流量測(cè)量帶來(lái)很大的難度。雖然在某些工藝點(diǎn),如冷卻機(jī)各室的風(fēng)量,由于測(cè)定的是高壓空氣流量,管道的口徑也不大,一般用傳統(tǒng)的文丘里管,通過(guò)差壓可以測(cè)量,但由于測(cè)量精度低,流量值僅能作為參考,而且用它來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度,恒定風(fēng)量也較困難,目前一些日產(chǎn)5000噸生產(chǎn)線(xiàn)已不測(cè)量高壓空氣的流量,而是通過(guò)測(cè)定高壓羅茨風(fēng)機(jī)輸出的電功率來(lái)估算流量。故流量測(cè)量過(guò)去在水泥行業(yè)幾乎是一個(gè)空白,自動(dòng)化技術(shù)人員往往只知溫度、壓力、物位等計(jì)量傳感器。隨著水泥生產(chǎn)規(guī)模增大、工藝過(guò)程不斷更新,流量測(cè)量和新型流量計(jì)也開(kāi)始在水泥行業(yè)應(yīng)用。
早期引進(jìn)的一些干法水泥生產(chǎn)線(xiàn),國(guó)外公司提出在窯尾出口處和廢氣處理的大管道中檢測(cè)氣體流量并相應(yīng)調(diào)節(jié)有關(guān)閥門(mén),曾選用過(guò)孔板式流量計(jì)、笛形均速管流量計(jì)等,但使用過(guò)程中難度太大,由于流量測(cè)量并不影響水泥的生產(chǎn),后一直沒(méi)有使用。隨著水泥工藝和規(guī)模的不斷更新,大型立磨已得到普遍應(yīng)用,在立磨的工藝流程中,要求測(cè)定磨機(jī)進(jìn)出口風(fēng)量并保持循環(huán)風(fēng)量恒定,如我國(guó)出口阿曼的日產(chǎn)3300噸水泥生產(chǎn)線(xiàn),采用了非凡公司的立磨,在測(cè)點(diǎn)一覽表中就有此要求,日產(chǎn)3000噸級(jí)水泥生產(chǎn)線(xiàn)生料磨的出口風(fēng)管口徑一般在800毫米左右。在流量測(cè)量規(guī)范中,管道口徑大于200毫米就屬于大口徑流量測(cè)量,如用傳統(tǒng)的孔板式流量計(jì),在運(yùn)行中,由于孔板的節(jié)流孔銳邊磨損、板面沾污,管道積聚凝結(jié)灰,在磨損后需要進(jìn)行更換;孔板流量計(jì)還有量程比小、精度低、不可恢復(fù)壓損大等缺點(diǎn);對(duì)于大口徑的管道需要大的法蘭,其價(jià)格、安裝成本和維護(hù)也是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。另外氣體的流量測(cè)量受溫度、壓力的變化而變動(dòng),它對(duì)氣體的流量測(cè)量會(huì)造成嚴(yán)重的影響,主要表現(xiàn)在精確度和重復(fù)性方面;在水泥行業(yè)中被測(cè)過(guò)程氣體大多含有粉塵,測(cè)量傳感器中一般帶有小孔,粉塵會(huì)容易造成測(cè)量傳感器的堵塞,故在水泥行業(yè)大管道氣體流量測(cè)量難度大,有許多問(wèn)題有待解決。
隨著新型差壓式均速管流量計(jì)在市場(chǎng)中出現(xiàn),解決了大管道氣體流量的測(cè)量的難題,它有著量程比大、精度高、不可恢復(fù)壓損小的特點(diǎn),也可通過(guò)各種措施以防氣體中的粉塵堵塞測(cè)量傳感器。本文將重點(diǎn)介紹新型差壓式均速管流量計(jì)的工作原理,基本結(jié)構(gòu),性能特點(diǎn)和應(yīng)用等。
2.新型流量測(cè)量機(jī)理用于水泥工藝過(guò)程的物料測(cè)量。
水泥工藝過(guò)程中原料、中間成品和最終產(chǎn)品全是固體,而且以顆粒狀和粉狀物料為主,這些物料的流量測(cè)量在水泥工廠是由電子皮帶秤和各種固體流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,它們既是工藝設(shè)備又是自動(dòng)化設(shè)備,但不屬于流量?jī)x表。近幾年來(lái)國(guó)外一些公司把新型流量?jī)x表的測(cè)量機(jī)理,如科里奧利、超聲波用于計(jì)量稱(chēng),最典型的例子是德國(guó)申克公司用科里奧利力測(cè)量流體質(zhì)量的機(jī)理開(kāi)發(fā)的科里奧利稱(chēng),用它來(lái)測(cè)量煤粉比起其他煤粉計(jì)量稱(chēng),有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度高、計(jì)量和輸送一體化等特點(diǎn),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在我國(guó)水泥行業(yè),國(guó)內(nèi)有些企業(yè)也有用科里奧利開(kāi)發(fā)的計(jì)量稱(chēng),但各方面指標(biāo)多不及申克的產(chǎn)品。
3.在輔助流程中采用新型流量計(jì)。
在水泥工業(yè)的輔助流程主要用于提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和保護(hù)設(shè)備,如廢氣處理流程中增濕噴水是為了增加粉塵的比電阻,從而使電收塵器的效率得以提高。在新型干法水泥廠都設(shè)有噴水自動(dòng)調(diào)節(jié)回路,在水量控制中各廠設(shè)置了電磁流量計(jì),有的還配置了捆綁式超聲流量計(jì),起到了很好的監(jiān)控作用,也使噴水自動(dòng)調(diào)節(jié)回路能正常運(yùn)行。
差壓式均速管流量計(jì)是在上世紀(jì)60年代末問(wèn)世的,它是基于伯努利能量守恒原則和皮托管測(cè)速原理發(fā)展起來(lái)的,所謂皮托管測(cè)速實(shí)際是測(cè)量管道中圓管直徑上或矩形(菱形)管長(zhǎng)與寬上幾點(diǎn)的流速通過(guò)能量守恒原則推算出流量的一種插入式流量?jī)x表,此圓管或菱形管通常也稱(chēng)檢測(cè)桿,我們常提到的“阿牛巴流量計(jì)”(Annubar)實(shí)際就是差壓式均速管流量計(jì),是一個(gè)名稱(chēng)也是一個(gè)注冊(cè)商標(biāo)。它因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝、拆方便,價(jià)格低廉及節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),在大于口徑為200毫米的管道,在一些行業(yè)常作為流量測(cè)量的首選儀表作為工況監(jiān)控,如我國(guó)西氣東輸?shù)氖兰o(jì)工程中,在干線(xiàn)內(nèi)徑為一米的管道上,約50%以上的流量計(jì)采用了Emerson公司的均速管流量計(jì)。而對(duì)于水泥行業(yè)特殊的氣體狀況,我們?nèi)缫x用差壓式均速管流量計(jì),必須要考慮以下幾方面:
1.提供正確的流量和管道數(shù)據(jù)。
差壓式均速管流量計(jì)的機(jī)械尺寸是根據(jù)要安裝的管道尺寸量身定制的,其測(cè)量范圍是根據(jù)工藝提供的流量數(shù)據(jù)計(jì)算和標(biāo)定。我們?nèi)缫x用時(shí),一定要正確提供給制造商流量數(shù)據(jù)和管道尺寸,管道尺寸包括外徑和壁厚。
2.正確選擇檢測(cè)桿。
差壓式均速管流量計(jì)其主要結(jié)構(gòu)是一根插入的檢測(cè)桿,它有各種形式,其截面形狀不一,有圓管或菱形管,近來(lái)又推出了翼形、彈頭形、T形、Delta形,由于各種形狀的檢測(cè)桿對(duì)應(yīng)了不同的流體理論,水泥廠如確定采用均速管流量計(jì),筆者建議只提供流量數(shù)據(jù)和管道尺寸,可由制造商根據(jù)測(cè)定的氣流特性來(lái)確定檢測(cè)桿的形式和檢測(cè)孔的數(shù)量和位置。
3.要選用高精度的微差壓變送器。
差壓式均速管流量計(jì)是根據(jù)皮托管測(cè)速原理,通過(guò)測(cè)總靜壓來(lái)推算流量,常用于大口徑測(cè)氣體流量,它產(chǎn)生差壓一般都比較小,最小可能只有20-30帕,為此要盡量避免使用引壓管,選用高精度的微差壓變送器,如3051等,最好的方案是采用均速管、三閥組、差壓變送器一體化的直接安裝方式,這樣不但可以減少使用引壓管而引起的泄漏,還可補(bǔ)償受溫度、壓力的變化而變動(dòng)的差壓信號(hào)失真等問(wèn)題。如選用多參數(shù)變送器一體化的均速管流量計(jì)系列ProBar等。
4.保證一定的直管段長(zhǎng)度。
差壓式均速管流量計(jì)前部管道必須確保有7~9倍管道直徑的直管道長(zhǎng)度(此數(shù)據(jù)各資料不一,從3倍到30倍全有),才能使大管道內(nèi)氣體的
流速盡量對(duì)稱(chēng)分布于軸線(xiàn),只有這樣,僅測(cè)幾點(diǎn)的流速就能推算流經(jīng)整個(gè)截面的流量,否則大管道內(nèi)氣體的流速分布將會(huì)很復(fù)雜,流量系數(shù)K的波動(dòng)將會(huì)很大,不能保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。
但水泥的工藝設(shè)計(jì)不可能保證很長(zhǎng)的直管道,這的確是一矛盾。筆者認(rèn)為,如確定選用某種形式的均速管流量計(jì),可和供貨商商量在保證系統(tǒng)的重復(fù)性前提下,盡量縮短直管道,有的報(bào)道稱(chēng),只要測(cè)管直徑和工藝管徑之比小于1/10,前部管道的直管道長(zhǎng)度可降到3~4倍。
5.重復(fù)性和精確度。
在水泥廠的自動(dòng)化系統(tǒng)中,差壓式均速管流量計(jì)只是在某一工藝點(diǎn)提供信息源的檢測(cè)環(huán)節(jié),它的輸出所反映的氣體流量信息,并不要求是某一確切值,而應(yīng)是正確無(wú)誤地反映流量的變化,如測(cè)定磨機(jī)進(jìn)出口風(fēng)量并不是測(cè)定風(fēng)量的確切值,主要看它在工藝過(guò)程中的變化,通過(guò)調(diào)節(jié)以保持風(fēng)量的恒定。這里要求均速管工作可靠,其輸出與流量存在的單值函數(shù)關(guān)系不隨意變化,即重復(fù)性較好就可以了。一般來(lái)講直管段達(dá)不到要求的情況下,重復(fù)性可做到0.5%,而誤差就可能超過(guò)6%。在自動(dòng)化系統(tǒng)中作為調(diào)節(jié)和監(jiān)控,采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的差壓式均速管流量計(jì)就有其優(yōu)勢(shì)。
6.加裝必要的粉塵過(guò)濾裝置。
目前均速管制造廠雖然宣稱(chēng)測(cè)量傳感器的抗堵塞問(wèn)題已能解決,但由于水泥工藝特殊情況,筆者還是建議加裝必要的附屬設(shè)備,如粉塵過(guò)濾裝置等,以確保儀表正常工作。
1.隨著水泥生產(chǎn)規(guī)模增大、工藝過(guò)程不斷更新,流量測(cè)量和新型流量計(jì)也開(kāi)始在水泥行業(yè)應(yīng)用,而且發(fā)展的趨勢(shì)看好。
2.在水泥工廠的自動(dòng)化系統(tǒng)中,如用作調(diào)節(jié)和監(jiān)控,則大管道氣體流量的測(cè)量,可首選差壓式
均速管流量計(jì)。
3.由于水泥工藝中大管道氣體含粉塵,在選用時(shí)務(wù)必與差壓式均速管制造廠確定“量身定制”和直接安裝時(shí)每一細(xì)節(jié),有些必要的附件一定要在定貨中確定。