在煤气中使用威力巴流量计量表的可靠性验证

发布：2018-12-18 | 点击：人次

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威力巴流量计是利用差压原理进行流量测量是当今世界上使用zui广泛、zui可靠的流量测量方式。随着科学技术的发展和流量测量技术的进步，一些新型、高性能的测量传感装置也得到广泛应用，由美国VERIS公司推出的全新均速流量探头—威力巴便是其中之一。威力巴的出现，使得一次源的测量精度、重复性和可靠性达到一个崭新的高度。威力巴的设计、制造先进，但其测量系统对被测介质有关参数的准确性要求也很高。本文从威力巴测量原理出发，结合其在我公司煤气流量测量中的应用，谈谈该流量计在实际使用中的参数核定问题及使用过程中需要注意的相关事项。

2威力巴测量原理

威力巴均速流量探头垂直插入管道固定安装（见图1）。当流体流过探头时，在其前部产生一个高压分布区，高压分布区的压力略高于管道的静压，根据伯努利方程原理，流体流过探头时速度加快，在探头后部产生一个低压分布区，低压分布区的压力略低于管道的静压。威力巴探头在高、低压区有按一定准则排布的多对取压孔，通过这些取压孔，威力巴能够精确地检测到由流体平均速度所产生的平均差压△P。需要注意的是，均速流量探头的截面形状、表面粗糙状况和低压取压孔的位置是决定探头性能的关键因素。低压信号的稳定和准确对均速探头的精度和性能起着决定性作用。在煤气测量中，流量QV与△P的对应关系为：

QV=C'×[（△P×P（fa））/（T（fa）×Z（f））]/2（1）

式中：QV——标态体积流量，m3/h；

△P——差压，kPa；

Pfa——工作状态绝压，kPa；

Tfa——工作状态绝对温度，K；

Zf——工作状态下煤气的绝压系数；

C'——流量系数。

3实际使用中参数的核定

威力巴流量计生产厂家是根据用户提供的有关工艺参数、测量要求来确定设备型号和计算差压的，而用户往往以原工艺设计图纸的设计值提供，但在投产后的实际生产中，各种参数发生了变化，使原参数计算与设定的威力巴测量系统测量准确度受到较大影响。必须重新核定有关参数并计算新的差压值，修订测量系统的设定参数。在炼铁热风炉煤气流量测量中，就发现了此类问题。

工作压力Pf是获得准确差压计算的关键参数之一，由式（1）可得差压△P计算公式为：

△P=[QV/C']2×[T（fa）×Z（f）/P（fa）]（2）

式中：P（fa）=P（f）+当地平均大气压。由此可见，工作压力Pf与差压的计算直接相关

柳钢于2003年采用V200-10-H-H-B5C在线安装型威力巴测量炼铁热风炉入口中压煤气流量，订货时提供的工作压力参数为设计值40kPa，厂家计算差压量程为200.31Pa，对应显示的流量值为15000m3/h。测量系统投运后，流量显示值约31000m3/h，与生产消耗严重不符。经仔细核查，发现提供的原始参数有问题，其中压力参数影响zui大。因炼铁热风炉生产水平未达到设计生产能力，煤气消耗量不大，供气工作压力实际只有3kPa，而以3kPa计算（修订其它有误差参数）威力巴差压为206.2Pa，与原差压相差近6Pa，投运后在相同生产状况下流量显示约为27500m3/h，与生产消耗基本相符。可见虽然差压只相差6Pa，但流量却相差了约3500m3/h。而后，炼铁高炉生产达到了设计要求，出铁产量大大提高，热风量大大提高，煤气需求量增大，为此鼓风机送风量由原来的600m3/min提高到800m3/min，送风量的增大也使煤气压力从3kPazui高升到8kPa，在zui大流量45000m3/h不变的条件下，其计算差压量程为197Pa，及时调整威力巴测量系统的设定参数后，保证了测量的准确度。

4煤气摩尔质量

式（2）中流量系数

C'=N×K×YV×D×D×[T（ba）×Z（b）/P（b）]×[1/Mr]/2（3）

式中：N——单位换算常数；

YV——气体膨胀系数；

K——威力巴的K系数；

D——管道内径；

Tba——标准状态下绝对温度；

Zb——标准状态下该气体的绝压系数；

Mr——气体摩尔质量；

Pb——标准状态绝压，kPa。

可见气体摩尔质量Mr也是差压计算的重要参数。

柳钢生产用煤气实际上是一组混合气体，原设计提供的煤气介质组成及其成分见表1。依此计算出设计提供煤气摩尔质量为25.236，在zui大流量45000m3/h，工作压力36kPa状态下，计算差压为208.3Pa（其它参数均正确）。

柳钢实际生产用煤气介质成分见表1（经检验分析而得）。以此计算实际生产的煤气摩尔质量为24.730，在与上述相同状况下计算差压为206.2Pa，与原差压208.3Pa相差2.1Pa，在工艺生产状况相同的条件下，威力巴测量系统在设定两种差压参数时流量显示偏差约1000m3/h。（注：上面差压的计算要依据威力巴相关计算软件，具体过程省略。）

5zui大流量和工作温度

zui大流量是确定测量系统差压量程的重要参数。对于威力巴，在确定zui大流量参数时，应根据实际生产状况的正常流量确定合适范围的zui大流量，才能保证测量系统工作在良好的线性测量范围，以减少线性测量误差。即使生产状况发生变化，zui大流量提高，由于威力巴具有量程比大的优点，一般只需重新计算差压，修改设定参数，就能可靠地在新工艺生产状况下测量。

在式（2）中，工作状态绝对温度T（fa）=工作温度+273.15，可见工作温度也是影响威力巴计算差压的重要参数。柳钢煤气中压原设计工作温度为40℃，而实际生产中温度达到58℃，因此工作温度参数也应以实际生产状态下的值为准，才能保证测量差压计算的准确。

此外，威力巴测量气体介质流量时，由于气体的密度受温度、压力影响比较大，在一定的温度压力范围内，密度的变化大于测量精度的要求，则必须加温、压补偿。但当温度或压力变化较大时，则必须以改变了的温度或压力值重新计算差压，否则将造成较大的测量误差。

6威力巴流量计使用中需要注意的相关事项

（1）在安装使用时，当管道上、下游的直管段不够长时，推荐在弯管后2倍管道直径处安装威力巴。因在弯管后的流体剖面较复杂，需将流体系数K做轻微调整。据有关资料表明调整K系数以后，测量精度由原来的±1%下降到±3%，重复精度由原来的±0.1%下降到±0.3%。

（2）连续工作的威力巴从根本上杜绝了堵的可能，但在以下情况，威力巴仍需注意防堵：当引压管泄漏，探头高压区遭到破坏，杂质中直径较小的颗粒就有可能进入取压孔；当管道处于停产时，由于分子的布朗运动，颗粒小的杂质有可能进入取压孔；系统频繁开机时，在高压区形成的瞬间，颗粒小的杂质有可能进入取压孔，日积月累，就有可能造成探头的堵塞；介质中含有大量的焦油、藻类生物，或者含有纤维状的物质，也有可能造成探头的堵塞。

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