差压式流量计在钢铁企业的应用

          差压式流量计在钢铁企业的应用

标准节流装置的应用

标准型是指只要按照标准文件设计、制造、安装和使用，无需实流校准即可确定输出信号（差压）与流量的关系，并估算其测量误差[1]。由于它有国际标准ISO5167支持，不需标定可直接使用。其研究资料及生产实践的积累极其丰富，至今尚无任何一类流量计可与之相比。全部单相流体，包括液体、气体、蒸汽皆可测量，部分混相流，如气固、气液、液固等也可应用，基本上能满足一般生产过程各种管径的计量要求。与之配合的差压变送器有金属膜片电容式、陶瓷片电容式、扩散硅式和单晶硅谐振式等，普遍为小型化、智能型。特别是现在广泛应用的一体化标准孔板、标准喷嘴等广泛采用EJA、ABB等宽量程变送器配无纸记录仪或流量计算机，有完善的补偿功能，使测量在精度、抗干扰性能以及适应生产现场的恶劣环境等方面都有其它仪表不能比拟的优势。其zui大缺点是压损大，运行成本高及要求直管道长度长、测量范围度窄等。

贸易结算采用有国际、国家标准的仪表

随着市场竞争的日趋激烈，企业内部降成本的要求越来越高，因而对计量数据越来越“斤斤计较”。一旦发生计量异议，有标准支持的仪表数据在解决计量异议方面zui具有性。如企业外购的天然气计量，供方采用标准孔板，企业也在入口装同样流量仪表，尽管以对方数据结算，但双方均采用同样计量装置，输差过大也好查找原因。企业内部的各天然气计量点也采用标准孔板，一旦发生计量异议，供用双方及计量部门也好处理。重钢使用工业天然气已近五十年，不管是以前用量较大，还是现在的大幅减少，计量输差均控制在较小范围内。

蒸汽、氧气、水等较重要的计量采用标准节流装置的使用效果

（1）动力厂锅炉生产的315MPa、400℃左右的过热蒸汽采用标准喷嘴计量，标准喷嘴具有压损小（与孔板比较）耐磨损、流出系数稳定，使用寿命长，结构已标准化，有丰富的使用经验等优点，计量度相对较高；但经减温、减压后的过热蒸汽压力均在113MPa以下，计量部门加强了设计计算及计量系统的维护工作，使总量与分量间输差大幅下降，近几年来达到5%～8%， （未经平衡修正）收到较好效果。但由于湿蒸汽计量的特点，无法在线测量干度，由于输送距离及管道保温情况等因素，部分过热蒸汽变成了饱和蒸汽，或者湿饱和蒸汽。形成汽液两相流介质，对相流经常变化的蒸汽来说，其流量的计量是一个比较困难的问题，在测量技术上还有很多问题要解决。要使计量准确进一步提高仍然存在一定难度。

（2）使用文丘里管计量要求压损较小和精度较高的流体，在标准节流装置中，文丘里管流量特性稳定可靠，压损仅为其差压的10%～20%，对上游直管道长度要求比孔板短。用它进行流体测量，由于廓形节流件的结构使流体在流经文丘里管时流通顺利，不易堵塞，只是制造成本较高，在企业使用不多。由于文丘里管的优良计量性能，在压缩空气产量、较重要用户的高炉煤气（干煤气）送热风炉的风量计量上采用文丘里管，虽然成本较高，但使用效果很好，维护量极少。

（3）氧气产量计量使用标准孔板与炼钢厂标准孔板相比，在生产正常时输差较小，在用户用量变化较大和用量较小时输差较大，这也体现了孔板量程小的缺点。也曾尝试采用其它仪表，但效果还不如标准孔板。

（4）从长江抽到企业的总水量计量仍然采用标准孔板，经过几十年的计量情况看，当江水较清时，计量效果好，而在洪水季节，由于泥沙多、杂物多，有时会严重影响计量的准确度和仪表的正常运行。由于总水管均在DN1000mm左右，采用电磁流量计在引起计量异议时比较麻烦。

随着国家标准GB/T2624—2006/ISO5167—2：2003的实施，其更长直管道长度的要求对企业使用上的确是挑战。

非标准节流装置的应用

锥形流量计

（1）锥形流量计压力损失相对较小。由于锥形节流件不象标准孔板那样直接正面阻挡流体流过向中心收缩，而是比较平滑地向管道边缘节流，因而压力损失小。流通面积相等的孔板和锥形流量计，在同样流量时锥形比孔板产生差压小。在长期运行中，能耗费用相对较少，有利于降低消耗。

（2）要求直管段长度较短。由于锥体所形成的环形通道逐渐减小，流体流速加快，压力降低因而可减少或消除漩涡；由于内锥不仅具有节流作用，还具有类似于流动调整器整流作用，经我们对DN100、200mm管径锥形节流件的数十次测试，比孔板要求的直管道长度要短，但慎用前3D后1D说法。

（3）有自清扫能力。根据流体力学原理，流体在流过物体曲面时，产生边界层效应，而脱离物体表面，由于内锥流量计的环形通道，使污物无法滞留而特别适用于脏污流体如焦炉煤气、高炉煤气、湿气体的测量。

（4）量程比较大，由于内锥节流件的差压输出信号中的背景噪声很小，较低的差压值也能有效地被检测出来，因此较小的流量也可以测量出来。经过我公司对DN100、DN200mm锥形流量计的数十次试验，量程比可达10ζ1，其重复性和线性度都较好，管道直径300mm内可以保证准确度等级为015～110级。

（5）与孔板相比，节能效果较好，标准孔板参数为：DN100mm，β值为015268，Δpmax=51100Pa，qmmax=50t/h；锥形参数为：DN100mm，βv值为015268，Δpmax=23500Pa，qmmax=50t/h；我们曾在标准孔板前直管道长度为8700mm即87D（ISO5167：2003E规定为42D）其后装上与孔板流通面积相等的锥形流量计，孔板与锥形流量计之间的长度为3400mm即34D，可认为介质是充分发展流。经过数据测试，流通面积相等的孔板和锥形流量计，在同样流量时孔板产生差压51100Pa，锥形产生差压23500Pa，锥形比孔板产生差压小27600Pa约为孔板的46%，锥形确有节能作用[2]。

（6）我们在DN100mm饱和蒸汽管道和天然气、DN300mm以下管道的压缩空气、水流量的计量中采用锥形流量计均取得良好的效果。

（7）锥形流量计在我国是一种新型节流式仪表，目前生产厂家很多，它确有一些优点，但厂家大多依据标准节流装置的要求自行设计和制造，还没有系统完善的资料，它可以满足GB17167—2006的要求，但在选用时，由于流出系数的不确定性，一定要经过标定后方可使用，且尽量不要在大管道上使用。

楔形流量计

（1）以流体通过起节流作用的圆缺楔时产生压差的原理而进行流量测量的。楔形流量计的主要结构特点是节流件设计成V型的楔形件，这两块平板在临界角上焊接在一起，然后插入槽内，安装时楔形件的顶部朝下，其zui佳角度设计能消除滞流区使浮液顺利通过楔形节流件，防止管道堵塞，差压引出管在位于楔形片中心两边等距离的地方[3]。当流体流经V形节流块时，流通面积减少，流速增大，静压减小，从而产生静压力差。而压差的平方根与流量成正比。测得压差即可测得管道中的流量。楔形流量计易于通过较脏污的流体，污物不易积沉、附着，提高了测量的准确性和使用维护周期，适合于石油、冶金、化工、电力、环保等多种介质测量。特别在低雷诺数、高粘度的介质使用上，用途广泛。量程比宽，通常可以达到10：1以上；测量精度经标定后在±0.5%～1%FS1压损比孔板略小。

（2）焦化厂工业萘初塔循环流量、精塔循环、初期塔原料、精塔原料、一段、二段焦油的测量，过去采用靶式流量计，使用效果不能令人满意，采用楔形流量计后三年多，计量检测稳定性、可靠性得到大大提高，数据稳定，维护工作量大为减少，故障率极低，效果显著。中板厂使用的部分蒸汽和天然气流量的计量也采用了楔形流量计，经过天然气二年多、蒸汽一年多的使用，用户反映良好。

（3）重钢各单位使用zui多的工业水流量的测量，目前已用了十多台。由于工业水含有一定泥沙和杂质，以往使用孔板容易使杂质在孔板前堆集，堆集的杂质也易造成取压管发生堵塞，仪表维护工作量大，改用楔形流量计后，以前存在的问题大大减少，效果十分明显。

（4）在DN600mm以下的高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气中广泛采用楔形流量计进行测量，由于每台流量计出厂前均进行标定，根据已使用三年多的情况来看，既未发生取压管堵塞，数据也十分可靠稳定。

（5）重庆第四钢厂在全厂天然气、压缩空气计量系统中全部采用重庆昂扬自动化仪表有限公司生产的楔形流量计，克服了以前用孔板时因用量变化范围大的难题，基本满足了工艺生产的需要。

测管、均速管流量计

（1）插入式FJP测管流量计由FJPE型流速测管和FJPC型测管流量计算机构成。FJPE型流速测管是FIP系列测管式流量计的传感部分，它将管道中某点的流体流速转变成一个对应的差压信号，独有的马蹄形切口结构使测头具有测量压力损失小，污物不易堵塞的性能，通过测管上的吹扫接头，使用中一旦发生堵塞可以方便地使用其它气体在线清扫，以解决现场堵塞问题。在重钢部分高炉煤气及其它企业的煤气测量中计量数据稳定，使用一段时间后仍需用氮气吹扫以解决堵塞问题。

（2）在大管道的风管、煤气管道上85、86型均速管流量计使用也比较普遍，我们在1350m3高炉热风炉DN1800、1320mm高炉煤气管道和DN1400mm冷风管；中板厂DN630mm450℃热风管测量中均采用均速管流量计配EJA变送器，使用已两年未发生堵塞，测量数据十分稳定。均速管流量计的优点是*压力损失小，约为孔板的1/50；安装、拆卸方便，对上游流体扰动不敏感，即要求的直管段比孔板短，重复性好。主要缺点由于仪表未能逐台标定而用计算得到仪表系数值，现场前后直管道长度根本无法满足要求，因而测量精度不高，产生差压小，取压孔易堵塞，为了可靠运行，现场一般都须加上氮气或压缩空气的吹扫接头。其数据的流量信息主要反映在流量的变化上，不适宜作计量数据，由于数据的重复性好（约1%），zui好用作工艺控制参数。

圆缺孔板、弯管流量计

以前在企业高炉煤气、焦炉煤气等得到广泛应用，目前已被性能更好的楔形孔板逐渐取代。弯管流量计在水、压缩空气等流体中也有一定数量的应用。

流体测量系统的准确度

各种流体选择安装好计量仪表后，测量系统的准确度就是供用双方关注的。仪表的准确度等级不一定就是测量结果的准确度等级。流量计出厂前的校验或标定是在实验室的参比工作条件下进行的，此时仪表的准确度达到设计要求方能出厂。可是钢铁企业现场工艺管道的条件差别很大，绝大多数管道无法满足仪表在实验室校验或标定时的要求，实验室中管道流体的流动条件为稳定流，也可认为是充分发展流，而现场因受条件限制基本上是非充分发展流，因而会产生计量的附加误差，就是标准节流装置尽管设计、加工、检定后都很准确，可是一装在现场由于流体和环境所限，也可能成为非标了。企业除对用于贸易结算的能源和自产能源总量计量数据要求高以外，根据我们的体会，对内部的计量检测更为关注的是要求仪表使用可靠、耐久、维护量小，发生计量异议时能方便溯源。对液体计量系统检测数据能达到±2%、气体±5%以下就可以了，因为计量检测数据并不是用户的结算数据，企业还要根据各种流体的总量和分量进行平衡，zui后提供出使供用双方都能接受的计量结算数据。

 结语

企业用量较大的差压式流量计到底如何选用和评价，笔者根据所在钢铁企业差压式流量计的使用情况认为：只要选择合理，设计准确，加强仪表的维护，随着高精度、体积小、性能好的EJA、ABB等宽量程差压变送器和无纸记录仪、流量计算机的使用，测量范围度可明显提高，故障率大为降低，维护量减小，各种差压式流量计在企业流体计量中完够胜任并取得较好的效果。

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