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新型流量計(jì)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(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，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，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(cè)量帶來很大的難度。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(cè)量高壓空氣的流量，而是通過測(cè)定高壓羅茨風(fēng)機(jī)輸出的電功率來估算流量。故流量測(cè)量過去在水泥行業(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、工藝過程不斷更新，流量測(cè)量和新型流量計(jì)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(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，曾選用過孔板式流量計(jì)、笛形均速管流量計(jì)等，但使用過程中難度太大，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，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)理用于水泥工藝過程的物料測(cè)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(cè)量在水泥工廠是由電子皮帶秤和各種固體流量計(jì)來實(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，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)理開發(fā)的科里奧利稱，用它來測(cè)量煤粉比起其他煤粉計(jì)量稱，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)也有用科里奧利開發(fā)的計(jì)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(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，通過測(cè)總靜壓來推算流量，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)稱分布于軸線，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，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(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．加裝必要的粉塵過濾裝置。
目前均速管制造廠雖然宣稱測(cè)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(cè)量和新型流量計(jì)也開始在水泥行業(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。
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