煤氣測(cè)量中流量計(jì)的選擇及管道積灰的處理方法

通常所說的煤氣即人工煤氣，是燃?xì)獾囊环N，是目前城市居民和很多企事業(yè)單位的最主要的燃料,有的還用作化工產(chǎn)品的原料。 在煤氣生產(chǎn)、輸送和分配各個(gè)環(huán)節(jié)有大量的煤氣表，有的用于一般監(jiān)視，有的用于貿(mào)易結(jié)算，其中用于貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量系統(tǒng)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17167規(guī)定了其精確度要求。

一、煤氣流量測(cè)量的特點(diǎn)

1. 流體靜壓低、流速低，允許壓損小，一般不允許用縮小管徑的方法提高流速。
2. 流體濕度高,有的測(cè)量對(duì)象還帶少量水，在管道底部作分層流動(dòng)。
3. 有的測(cè)量對(duì)象氫含量高，流體密度小，用渦街流量計(jì)測(cè)量時(shí)，信號(hào)較弱。
4. 煤氣發(fā)生爐、焦?fàn)t等產(chǎn)出的煤氣一般帶焦油之類黏稠物，有的還帶一定數(shù)量塵埃。
5. 測(cè)量點(diǎn)位于壓氣機(jī)出口時(shí)，存在一定的流動(dòng)脈動(dòng)。
6. 流體屬易燃易爆介質(zhì)，儀表有防爆要求。
7. 從小到大各種管徑都有，最小流量與最大流量差異懸殊。
8. 用于貿(mào)易結(jié)算的系統(tǒng)，計(jì)量精確度要求高;作為一般監(jiān)視和過程控制的系統(tǒng)，精確度要求則低一些。

　　　煤氣流量定義為濕氣體中的干部分，測(cè)量結(jié)果以體積流量表示，并換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的定義除了一般取101.325kPa、20℃之外，還兼顧煤氣行業(yè)的傳統(tǒng)，也可取供需雙方協(xié)商的其他溫壓和濕度。另外，節(jié)流裝置應(yīng)采用多管并聯(lián)形式。在在存在流動(dòng)脈動(dòng)的情況下，對(duì)測(cè)量平均數(shù)量提出了以下措施：

• 在管線上采用衰減措施，安裝濾波器(由容器及管阻組成)。
• 儀表檢測(cè)件盡量遠(yuǎn)離脈動(dòng)源。
• 采用盡量大的β和Δp，在測(cè)量處減小管道直徑。
• 管線、儀表支架安裝牢固。
• 兩根差壓引壓管阻力對(duì)稱。

二、煤氣測(cè)量?jī)x表的類型與使用。

    可以用來測(cè)量氣體的流量計(jì)有很多種，但測(cè)量煤氣流量的理想儀表卻幾乎找不到，這主要是由煤氣的特點(diǎn)所決定的。由于有焦油等黏稠物存在，氣體渦輪流量計(jì)使用困難；由于密度小、流速低，渦街流量計(jì)使用困難；由于富含水氣以及氣體組分有變化，熱式流量計(jì)也不理想。所以，已經(jīng)使用幾十年的差壓式流量計(jì)直到目前在煤氣測(cè)量領(lǐng)域仍然占有重要地位。

1、孔板流量計(jì)

　　a.可換孔板節(jié)流裝置。國(guó)際GB/T18215-2000規(guī)定的是標(biāo)準(zhǔn)孔板。如果測(cè)量點(diǎn)流體較臟，需采用可換孔板節(jié)流裝置。這樣在不停氣的條件下，可對(duì)節(jié)流件進(jìn)行清洗、檢修、更換。

　　b.圓缺孔板。圓缺孔板是專為臟污流體流量測(cè)量而設(shè)計(jì)的特殊孔板。其開孔是一個(gè)圓的一部分(圓缺部分)，這個(gè)圓的直徑為管道內(nèi)徑的98%。開孔的圓弧部分應(yīng)精確定位，使其與管道同心，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為濕氣體而當(dāng) 當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為濕氣體而且管道水平布置時(shí)，管道底部有可能存在微量分層流動(dòng)的液體，這時(shí)選用圓缺孔板能使液體從下半部的圓缺部分順利通過節(jié)流件，而不會(huì)像標(biāo)準(zhǔn)孔板那樣將液體阻擋在節(jié)流件前，以致積液，影響測(cè)量精確度。同樣道理，當(dāng)被測(cè)氣體中含有粉塵時(shí)，由于粉塵密度比氣體大得多，其中有些顆粒容易貼近管道底部被氣流帶走，選用圓缺孔板，顆粒也能順利通過節(jié)流件，而不會(huì)像標(biāo)準(zhǔn)孔板那樣顆粒在節(jié)流件前堆積。 在冶金行業(yè)，煤氣流量測(cè)量對(duì)象較多，而且因?yàn)槊簹夂蹓m和水滴的情況也很普遍，所以圓缺孔板使用得十分普遍。

　　c.多管并聯(lián)形式。多管(兩管、三管或四管)并聯(lián)形式的作用有三個(gè)，其一是擴(kuò)大測(cè)量系統(tǒng)的范圍度。由于管道中煤氣流速一般都很低，因此，一臺(tái)孔板流量計(jì)的范圍度能達(dá)到3∶1，那么，用一臺(tái)大口徑孔板與一臺(tái)小口徑孔板相配合，就能將范圍擴(kuò)大為10∶1。其二是實(shí)現(xiàn)在總管不停氣的情況下拆洗節(jié)流裝置，從而避開價(jià)格昂貴的可換孔板節(jié)流裝置。當(dāng)然，節(jié)流裝置上下游必須裝切斷閥。其三是解決DN>1000管道的流量測(cè)量問題。例如用4副DN1000的節(jié)流裝置并聯(lián)使用，解決DN2000總管的流量測(cè)量。多管并聯(lián)形式的缺點(diǎn)是設(shè)備數(shù)量和投資成倍增加。

　　d.煤氣管排水和防凍。水平敷設(shè)的煤氣管道，有時(shí)發(fā)現(xiàn)管道底部有水流動(dòng)，必須在節(jié)流裝置前裝排水設(shè)施。簡(jiǎn)單又可靠的方法是利用水封實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排水，在寒冷季節(jié)，排水設(shè)施內(nèi)甚至地上敷設(shè)的煤氣管道的水都有可能會(huì)結(jié)冰，為防凍害，應(yīng)采取防凍措施。

2、均速管差壓流量計(jì)

         標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓流量計(jì)在煤氣流量測(cè)量中有極為重要的地位，有悠久的使用歷史。由于這一方法有豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)加工已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只要按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、安裝、檢驗(yàn)和使用，無需進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，就能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度，因而非常方便，并獲得廣泛應(yīng)用。但是在管徑較大時(shí)，一套可換孔板式節(jié)流裝置價(jià)格相當(dāng)可觀，所以如果測(cè)量數(shù)據(jù)僅用于過程監(jiān)測(cè)，精確度要求也不高，那么就可選用均速管差壓流量計(jì)。
　　均速管差壓式流量計(jì)在氣體流量測(cè)量中應(yīng)用成敗的關(guān)鍵是引壓管不要被水滴堵住。由于定型的均速管產(chǎn)品所帶的切斷閥多半為針型閥，通徑較小而流體中的水氣經(jīng)冷凝變成水滴，如果針型閥處理得不好或引壓管坡度欠合理，此液滴極易將通路封死。
　　差壓式均速管輸出得差壓信號(hào)一般都很小。當(dāng)流體為常溫常壓的空氣時(shí)，如果流速為10m/s，只能達(dá)到62.5Pa差壓。這樣，一滴水滴將差壓傳送通道封住,就足以將此差壓全部抵消掉。有的制造商將正負(fù)壓切斷閥改為通徑較大的直通閘閥，為保證儀表的可靠使用創(chuàng)造了條件。

三、管道壁積灰對(duì)煤氣測(cè)量的影響

        實(shí)際生產(chǎn)中管道壁積灰現(xiàn)象是普遍存在的，例如某鋼廠采用孔板流量計(jì)測(cè)量煤氣發(fā)生爐出口煤氣流量，由于煤氣中粉塵含量較高，數(shù)年后，管道內(nèi)壁生成一層沉積物，結(jié)垢后同瀝青路面，質(zhì)地堅(jiān)韌、不易清理，是煤氣中的煤焦油和粉塵在管道內(nèi)壁日積月累形成的。山西某化工廠用均速管差壓流量計(jì)測(cè)量煤氣發(fā)生爐出口管(DN800)流量，使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)流量示值逐漸升高，比物料平衡計(jì)算結(jié)果高百分之幾。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，管道內(nèi)壁結(jié)了一層厚度不等的瀝砂，水平管道下部?jī)?nèi)壁結(jié)得較厚，約40mm厚，管道上部?jī)?nèi)壁結(jié)得較薄，約15mm厚。

　　管道壁積灰的處理方法

1、清除沉積物或更新管道能將沉積在流量計(jì)前后一定長(zhǎng)度得管段內(nèi)的沉積物和節(jié)流件表面的沉積物清除掉而又不損壞儀表，當(dāng)然能恢復(fù)儀表的應(yīng)有測(cè)量精確度。但是沉積物往往既硬又韌，不易清理，因此，如果有停車機(jī)會(huì)可將節(jié)流件30D、節(jié)流件后15D的管道局部更新，當(dāng)然是個(gè)好辦法。

2、對(duì)沉積物引入的誤差進(jìn)行修正。

　　a.標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計(jì)。煤氣中的焦油和粉塵在標(biāo)準(zhǔn)孔板表面及管道內(nèi)壁的沉積可分兩種情況。第一種情況是煤氣中粉塵經(jīng)徹底洗滌過濾的測(cè)量對(duì)象，孔板端面和管道內(nèi)壁只薄薄地結(jié)了一層焦油。第二種情況是煤氣中含有較多粉塵的測(cè)量對(duì)象，管道內(nèi)壁結(jié)了一層厚度達(dá)數(shù)厘米的“瀝青砂”。

        對(duì)于前一種情況，鋼管內(nèi)壁被焦油玷污后，對(duì)流動(dòng)的煤氣有一定的黏附作用，此作用引入多大的誤差尚無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，很難做出估算，但影響值肯定微小，以致可以忽略不計(jì)。管道內(nèi)壁上的一層焦油雖然可能有2mm厚。但因煤氣管道直徑一般較大，例如公稱直徑為1000mm，因此對(duì)測(cè)量影響也很微小。對(duì)于后一種情況，影響稍大些，它是通過直徑比β變大導(dǎo)致流出系數(shù)C變化及C/ 變化，進(jìn)而引起流量示值相應(yīng)變化的。例如有一副DN1000標(biāo)準(zhǔn)孔板，β為0.7，在雷諾數(shù)ReD為2 105時(shí)
 
　　b.文丘里管差壓式流量計(jì)。文丘里管前后直管段內(nèi)壁結(jié)沉積物，可以認(rèn)為對(duì)測(cè)量結(jié)果無影響，因?yàn)槠淞鞒鱿禂?shù)可看作與直徑比無關(guān)，但喉部結(jié)垢引起的誤差要比標(biāo)準(zhǔn)孔板大。例如有一副文丘里管，其DN為100mm，喉部直徑為700mm，喉部?jī)?nèi)壁結(jié)垢5mm后，其流通截面積約比原來減小2/70，則流量示值大約2.86%R。

　　c.圓缺孔板差壓式流量計(jì)。圓缺孔板前后直管段內(nèi)壁沉積物對(duì)流量測(cè)量的影響主要包括兩個(gè)部分，其一是使節(jié)流件開孔面積與管道截面之比m發(fā)生變化對(duì)流量測(cè)量的影響，其二是圓缺孔有效面積變小對(duì)流量測(cè)量的影響。前者影響與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似。但在管道截面積縮小的同時(shí)，圓缺孔有效面積也縮小一些。因此m變化不大。

　　d.均速管差壓式流量計(jì)。均速管流量計(jì)是由均速管測(cè)量管道內(nèi)的平均流速，然后乘流通截面積，并扣除均速管插入管道部分的阻塞影響。均速管前后直管段內(nèi)壁沉積物對(duì)流量測(cè)量的影響，如果忽略阻塞系數(shù)的微小變化，就可簡(jiǎn)單地看作流通截面積減小對(duì)流量示值的影響。 例如有一副均速管，管道內(nèi)徑為900mm，管道內(nèi)壁被均勻結(jié)了一層厚度為25mm的沉積物后，流通截面積從0.7965㎡減小為0.7349㎡，在實(shí)際流量不變的情況下，流速增大，因而儀表顯示值相應(yīng)增大，增大值為(0.7965-0.7349)/0.7349=8.5%R。
　　

3、對(duì)沉積物影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。

        由于大口徑流量計(jì)拆開檢查修理周朝較長(zhǎng)，如果第一次拆開檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)沉積物結(jié)得比較嚴(yán)重，而且未清除，可根據(jù)沉積物厚度計(jì)算流量影響值。如果流體條件不變，則未來一段時(shí)間沉積物繼續(xù)增厚，流量影響值相應(yīng)增大是必然的，于是就可從拆開檢查時(shí)測(cè)得的沉積層厚度和沉積時(shí)間計(jì)算沉積速率，并令以后以相同的速率繼續(xù)沉積，從而對(duì)未來的流量影響值進(jìn)行預(yù)測(cè)。

        以上幾種處理管道壁積灰的方法，在分析和計(jì)算方面都是理想化的，實(shí)際情況要復(fù)雜得多，如管內(nèi)壁沉積物厚度不可能是均勻一致的，總是上面薄下面厚等等，但方法可以使用的。