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新型流量計在水泥業(yè)的應(yīng)用
2014-10-17
在化工、石化鋼鐵、電力、供熱和水處理等行業(yè)各種流量計應(yīng)用十分普遍，用于測量各種液體和氣體的流量。隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)α髁繙y量的要求不斷提高，在市場上出現(xiàn)了各種新型的流量計，它們根據(jù)測量機(jī)理冠以不同的修飾術(shù)語，如科里奧利、超聲波、電磁、渦街流量計等，比起傳統(tǒng)的容積式、文丘里管、機(jī)械孔板式流量計來，新型流量計有更新穎的特點，在精度、可靠性、重復(fù)性、可維護(hù)性方面和老式的流量計相比有顯著的差異，在這些設(shè)備里，易磨損的活動部件很少或根本沒有；流量計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，從而能為用戶提供實時的反饋和歷史數(shù)據(jù)采集。
相對其他行業(yè)，各種流量計在水泥工業(yè)應(yīng)用較少，這是由于生產(chǎn)工藝過程中主要介質(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有，而氣流還帶有一定的粉塵，并且是在大管道內(nèi)通過，它給流量測量帶來很大的難度。雖然在某些工藝點，如冷卻機(jī)各室的風(fēng)量，由于測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，通過差壓可以測量，但由于測量精度低，流量值僅能作為參考，而且用它來調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度，恒定風(fēng)量也較困難，目前一些日產(chǎn)5000噸生產(chǎn)線已不測量高壓空氣的流量，而是通過測定高壓羅茨風(fēng)機(jī)輸出的電功率來估算流量。故流量測量過去在水泥行業(yè)幾乎是一個空白，自動化技術(shù)人員往往只知溫度、壓力、物位等計量傳感器。隨著水泥生產(chǎn)規(guī)模增大、工藝過程不斷更新，流量測量和新型流量計也開始在水泥行業(yè)應(yīng)用。
早期引進(jìn)的一些干法水泥生產(chǎn)線，國外公司提出在窯尾出口處和廢氣處理的大管道中檢測氣體流量并相應(yīng)調(diào)節(jié)有關(guān)閥門，曾選用過孔板式流量計、笛形均速管流量計等，但使用過程中難度太大，由于流量測量并不影響水泥的生產(chǎn)，后一直沒有使用。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，如我國出口阿曼的日產(chǎn)3300噸水泥生產(chǎn)線，采用了非凡公司的立磨，在測點一覽表中就有此要求，日產(chǎn)3000噸級水泥生產(chǎn)線生料磨的出口風(fēng)管口徑一般在800毫米左右。在流量測量規(guī)范中，管道口徑大于200毫米就屬于大口徑流量測量，如用傳統(tǒng)的孔板式流量計，在運行中，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；孔板流量計還有量程比小、精度低、不可恢復(fù)壓損大等缺點；對于大口徑的管道需要大的法蘭，其價格、安裝成本和維護(hù)也是一個值得關(guān)注的問題。另外氣體的流量測量受溫度、壓力的變化而變動，它對氣體的流量測量會造成嚴(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)中被測過程氣體大多含有粉塵，測量傳感器中一般帶有小孔，粉塵會容易造成測量傳感器的堵塞，故在水泥行業(yè)大管道氣體流量測量難度大，有許多問題有待解決。
隨著新型差壓式均速管流量計在市場中出現(xiàn)，解決了大管道氣體流量的測量的難題，它有著量程比大、精度高、不可恢復(fù)壓損小的特點，也可通過各種措施以防氣體中的粉塵堵塞測量傳感器。本文將重點介紹新型差壓式均速管流量計的工作原理，基本結(jié)構(gòu)，性能特點和應(yīng)用等。
2．新型流量測量機(jī)理用于水泥工藝過程的物料測量。
水泥工藝過程中原料、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，這些物料的流量測量在水泥工廠是由電子皮帶秤和各種固體流量計來實現(xiàn)的，它們既是工藝設(shè)備又是自動化設(shè)備，但不屬于流量儀表。近幾年來國外一些公司把新型流量儀表的測量機(jī)理，如科里奧利、超聲波用于計量稱，最典型的例子是德國申克公司用科里奧利力測量流體質(zhì)量的機(jī)理開發(fā)的科里奧利稱，用它來測量煤粉比起其他煤粉計量稱，有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高、計量和輸送一體化等特點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在我國水泥行業(yè)，國內(nèi)有些企業(yè)也有用科里奧利開發(fā)的計量稱，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。
在水泥工業(yè)的輔助流程主要用于提高設(shè)備運轉(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)有噴水自動調(diào)節(jié)回路，在水量控制中各廠設(shè)置了電磁流量計，有的還配置了捆綁式超聲流量計，起到了很好的監(jiān)控作用，也使噴水自動調(diào)節(jié)回路能正常運行。
差壓式均速管流量計是在上世紀(jì)60年代末問世的，它是基于伯努利能量守恒原則和皮托管測速原理發(fā)展起來的，所謂皮托管測速實際是測量管道中圓管直徑上或矩形(菱形)管長與寬上幾點的流速通過能量守恒原則推算出流量的一種插入式流量儀表，此圓管或菱形管通常也稱檢測桿，我們常提到的“阿牛巴流量計”(Annubar)實際就是差壓式均速管流量計，是一個名稱也是一個注冊商標(biāo)。它因其結(jié)構(gòu)簡單，裝、拆方便，價格低廉及節(jié)能等優(yōu)點，在大于口徑為200毫米的管道，在一些行業(yè)常作為流量測量的首選儀表作為工況監(jiān)控，如我國西氣東輸?shù)氖兰o(jì)工程中，在干線內(nèi)徑為一米的管道上，約50％以上的流量計采用了Emerson公司的均速管流量計。而對于水泥行業(yè)特殊的氣體狀況，我們?nèi)缫x用差壓式均速管流量計，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，其測量范圍是根據(jù)工藝提供的流量數(shù)據(jù)計算和標(biāo)定。我們?nèi)缫x用時，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．正確選擇檢測桿。
差壓式均速管流量計其主要結(jié)構(gòu)是一根插入的檢測桿，它有各種形式，其截面形狀不一，有圓管或菱形管，近來又推出了翼形、彈頭形、T形、Delta形，由于各種形狀的檢測桿對應(yīng)了不同的流體理論，水泥廠如確定采用均速管流量計，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)測定的氣流特性來確定檢測桿的形式和檢測孔的數(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是根據(jù)皮托管測速原理，通過測總靜壓來推算流量，常用于大口徑測氣體流量，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，還可補償受溫度、壓力的變化而變動的差壓信號失真等問題。如選用多參數(shù)變送器一體化的均速管流量計系列ProBar等。
4．保證一定的直管段長度。
差壓式均速管流量計前部管道必須確保有7~9倍管道直徑的直管道長度(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
流速盡量對稱分布于軸線，只有這樣，僅測幾點的流速就能推算流經(jīng)整個截面的流量，否則大管道內(nèi)氣體的流速分布將會很復(fù)雜，流量系數(shù)K的波動將會很大，不能保證測量的準(zhǔn)確度。
但水泥的工藝設(shè)計不可能保證很長的直管道，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，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，有的報道稱，只要測管直徑和工藝管徑之比小于1/10，前部管道的直管道長度可降到3~4倍。
5．重復(fù)性和精確度。
在水泥廠的自動化系統(tǒng)中，差壓式均速管流量計只是在某一工藝點提供信息源的檢測環(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)是正確無誤地反映流量的變化，如測定磨機(jī)進(jìn)出口風(fēng)量并不是測定風(fēng)量的確切值，主要看它在工藝過程中的變化，通過調(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6％。在自動化系統(tǒng)中作為調(diào)節(jié)和監(jiān)控，采用結(jié)構(gòu)簡單的差壓式均速管流量計就有其優(yōu)勢。
6．加裝必要的粉塵過濾裝置。
目前均速管制造廠雖然宣稱測量傳感器的抗堵塞問題已能解決，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、工藝過程不斷更新，流量測量和新型流量計也開始在水泥行業(yè)應(yīng)用，而且發(fā)展的趨勢看好。
2．在水泥工廠的自動化系統(tǒng)中，如用作調(diào)節(jié)和監(jiān)控，則大管道氣體流量的測量，可首選差壓式
均速管流量計。
3．由于水泥工藝中大管道氣體含粉塵，在選用時務(wù)必與差壓式均速管制造廠確定“量身定制”和直接安裝時每一細(xì)節(jié)，有些必要的附件一定要在定貨中確定。
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