1 前言

 

    利用差壓原理進行流量測量是當今世界上使用最廣泛、最可靠的流量測量方式。隨著科學技術的發展和流量測量技術的進步，一些新型、高性能的測量傳感裝置也得到廣泛應用，由美國VERIS公司推出的全新均速流量探頭—威力巴便是其中之一。威力巴的出現，使得一次源的測量精度、重復性和可靠性達到一個嶄新的高度。威力巴的設計、制造先進，但其測量系統對被測介質有關參數的準確性要求也很高。本文從威力巴測量原理出發，結合其在我公司煤氣流量測量中的應用，談談該流量計在實際使用中的參數核定問題及使用過程中需要注意的相關事項。

 

    2 威力巴測量原理

 

    威力巴均速流量探頭垂直插入管道固定安裝（見圖1）。當流體流過探頭時，在其前部產生一個高壓分布區，高壓分布區的壓力略高于管道的靜壓，根據伯努利方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產生一個低壓分布區，低壓分布區的壓力略低于管道的靜壓。威力巴探頭在高、低壓區有按一定準則排布的多對取壓孔，通過這些取壓孔，威力巴能夠精確地檢測到由流體平均速度所產生的平均差壓△P。需要注意的是，均速流量探頭的截面形狀、表面粗糙狀況和低壓取壓孔的位置是決定探頭性能的關鍵因素。低壓信號的穩定和準確對均速探頭的精度和性能起著決定性作用。在煤氣測量中，流量QV與△P的對應關系為：

 

    QV=C＇×[（△P×P（fa））/（T（fa）×Z（f））]/2（1）

 

    式中：QV——標態體積流量，m3/h；

    △P——差壓，kPa；

    Pfa——工作狀態絕壓，kPa；

    Tfa——工作狀態絕對溫度，K；

    Zf——工作狀態下煤氣的絕壓系數；

    C＇——流量系數。

 

    

 

    3 實際使用中參數的核定

 

    威力巴流量計生產廠家是根據用戶提供的有關工藝參數、測量要求來確定設備型號和計算差壓的，而用戶往往以原工藝設計圖紙的設計值提供，但在投產后的實際生產中，各種參數發生了變化，使原參數計算與設定的威力巴測量系統測量準確度受到較大影響。必須重新核定有關參數并計算新的差壓值，修訂測量系統的設定參數。在煉鐵熱風爐煤氣流量測量中，就發現了此類問題。

 

    工作壓力Pf是獲得準確差壓計算的關鍵參數之一，由式（1）可得差壓△P計算公式為：

 

    △P=[QV/C＇]2×[T（fa）×Z（f）/P（fa）]（2）

 

    式中：P（fa）=P（f）+當地平均大氣壓。由此可見，工作壓力Pf與差壓的計算直接相關。

 

    柳鋼于2003年采用V200-10-H-H-B5C在線安裝型威力巴測量煉鐵熱風爐入口中壓煤氣流量，訂貨時提供的工作壓力參數為設計值40kPa，廠家計算差壓量程為200.31Pa，對應顯示的流量值為15000m3/h。測量系統投運后，流量顯示值約31000m3/h，與生產消耗嚴重不符。經仔細核查，發現提供的原始參數有問題，其中壓力參數影響最大。因煉鐵熱風爐生產水平未達到設計生產能力，煤氣消耗量不大，供氣工作壓力實際只有3kPa，而以3kPa計算（修訂其它有誤差參數）威力巴差壓為206.2Pa，與原差壓相差近6Pa，投運后在相同生產狀況下流量顯示約為27500m3/h，與生產消耗基本相符。可見雖然差壓只相差6Pa，但流量卻相差了約3500m3/h。而后，煉鐵高爐生產達到了設計要求，出鐵產量大大提高，熱風量大大提高，煤氣需求量增大，為此鼓風機送風量由原來的600m3/min提高到800m3/min，送風量的增大也使煤氣壓力從3kPa最高升到8kPa，在最大流量45000m3/h不變的條件下，其計算差壓量程為197Pa，及時調整威力巴測量系統的設定參數后，保證了測量的準確度。

 

    4 煤氣摩爾質量

 

    式（2）中流量系數

 

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

 

    式中：N——單位換算常數；

    YV——氣體膨脹系數；

    K——威力巴的K系數；

    D——管道內徑；

    Tba——標準狀態下絕對溫度；

    Zb——標準狀態下該氣體的絕壓系數；

    Mr——氣體摩爾質量；

    Pb——標準狀態絕壓，kPa。

 

    可見氣體摩爾質量Mr也是差壓計算的重要參數。

 

   柳鋼生產用煤氣實際上是一組混合氣體，原設計提供的煤氣介質組成及其成分見表1。依此計算出設計提供煤氣摩爾質量為25.236，在最大流量45000m3/h，工作壓力36kPa狀態下，計算差壓為208.3Pa（其它參數均正確）。

 

    柳鋼實際生產用煤氣介質成分見表1（經檢驗分析而得）。以此計算實際生產的煤氣摩爾質量為24.730，在與上述相同狀況下計算差壓為206.2Pa，與原差壓208.3Pa相差2.1Pa，在工藝生產狀況相同的條件下，威力巴測量系統在設定兩種差壓參數時流量顯示偏差約1000m3/h。（注：上面差壓的計算要依據威力巴相關計算軟件，具體過程省略。）

 

 

 

    5 最大流量和工作溫度

 

    最大流量是確定測量系統差壓量程的重要參數。對于威力巴，在確定最大流量參數時，應根據實際生產狀況的正常流量確定合適范圍的最大流量，才能保證測量系統工作在良好的線性測量范圍，以減少線性測量誤差。即使生產狀況發生變化，最大流量提高，由于威力巴具有量程比大的優點，一般只需重新計算差壓，修改設定參數，就能可靠地在新工藝生產狀況下測量。

 

    在式（2）中，工作狀態絕對溫度T（fa）=工作溫度+273.15，可見工作溫度也是影響威力巴計算差壓的重要參數。柳鋼煤氣中壓原設計工作溫度為40℃，而實際生產中溫度達到58℃，因此工作溫度參數也應以實際生產狀態下的值為準，才能保證測量差壓計算的準確。

 

    此外，威力巴測量氣體介質流量時，由于氣體的密度受溫度、壓力影響比較大，在一定的溫度壓力范圍內，密度的變化大于測量精度的要求，則必須加溫、壓補償。但當溫度或壓力變化較大時，則必須以改變了的溫度或壓力值重新計算差壓，否則將造成較大的測量誤差。

 

    6 威力巴流量計使用中需要注意的相關事項

 

    （1）在安裝使用時，當管道上、下游的直管段不夠長時，推薦在彎管后2倍管道直徑處安裝威力巴。因在彎管后的流體剖面較復雜，需將流體系數K做輕微調整。據有關資料表明調整K系數以后，測量精度由原來的±1%下降到±3%，重復精度由原來的±0.1%下降到±0.3%。

 

    （2）連續工作的威力巴從根本上杜絕了堵的可能，但在以下情況，威力巴仍需注意防堵：當引壓管泄漏，探頭高壓區遭到破壞，雜質中直徑較小的顆粒就有可能進入取壓孔；當管道處于停產時，由于分子的布朗運動，顆粒小的雜質有可能進入取壓孔；系統頻繁開機時，在高壓區形成的瞬間，顆粒小的雜質有可能進入取壓孔，日積月累，就有可能造成探頭的堵塞；介質中含有大量的焦油、藻類生物，或者含有纖維狀的物質，也有可能造成探頭的堵塞。

 

    7 結語

 

    利用威力巴進行流體流量測量，其差壓計算所需參數必須是實際生產狀況下可靠的參數，否則參數不正確，計算出來的差壓必定不真實，那么據此選用的再先進的測量設備也無法準確、可靠地測量。當然在實際使用過程中要保證威力巴流量計測量的準確、可靠，需要核定的參數不止上面幾項，它們只不過是影響比較大的幾個方面。除此之外，盡管威力巴探頭采用科學、先進的防堵設計，還是需要注意正確安裝與使用，這需要在長期的現場實踐中探索、總結。惟有如此，流量計才能在流量測量中發揮應有的作用。