冶金企業(yè)的煤氣管柱差壓式流量測(cè)量技術(shù)

冶金企業(yè)的煤氣管柱差壓式流量測(cè)量技術(shù)

氣體是冶金公司的重要產(chǎn)品和消耗產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于所有生產(chǎn)過(guò)程中。例如，對(duì)精煉、精煉、精煉等主要?jiǎng)恿Φ募訜徇B接。煤氣介質(zhì),除了正常的成分外,還含有水蒸汽、灰塵及許多有機(jī)物和無(wú)機(jī)物雜質(zhì)。特別是焦?fàn)t煤氣中就含有氨、萘、煤焦油、硫化氫、氰化氫、水蒸汽,灰塵等眾多雜質(zhì),在焦?fàn)t煤氣輸送過(guò)程中,隨著煤氣介質(zhì)溫度的降低,使焦?fàn)t煤氣中的焦油、萘超過(guò)飽和度而凝結(jié)析出,附著在管壁和節(jié)流裝置上,極易造成管道和節(jié)流裝置的結(jié)垢、堆積或結(jié)冰,如不及時(shí)進(jìn)行加熱和疏水、排污,將嚴(yán)重影響煤氣流量測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此,解決臟、濕煤氣測(cè)量失準(zhǔn)問(wèn)題,重點(diǎn)就是要解決好煤氣節(jié)流裝置的“測(cè)量條件”問(wèn)題。目前針對(duì)臟、濕煤氣差壓式流量測(cè)量節(jié)流裝置解決結(jié)垢、積水、結(jié)冰及臟濕物堆積問(wèn)題沒(méi)有完整、成熟的解決方案。著重研究節(jié)流裝置使用的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響,并提出具體的解決方案。1焦?fàn)t煤氣中蒸汽的過(guò)程冶金企業(yè)的煤氣介質(zhì),除了正常的成分外,其中還含有水蒸汽、灰塵及許多有機(jī)物和無(wú)機(jī)物雜質(zhì)。酒鋼煤氣因除塵設(shè)備能力不足,導(dǎo)致煤氣品質(zhì)質(zhì)量較差,特別是焦?fàn)t煤氣硫化氫、萘含量嚴(yán)重超標(biāo),一般情況下硫化氫含量在2500mg/m3左右,萘含量在60~1800mg/m3左右。高煤的含塵量在9~13mg/m3,特別是在冬季環(huán)境溫度較低的情況下,焦?fàn)t煤氣出廠進(jìn)入煤氣管,由于環(huán)境溫度與煤氣溫度之間存在溫差,使煤氣溫度在輸送過(guò)程中隨著管壁的散熱而逐漸降低,最后降到與大氣溫度幾乎相等,焦?fàn)t煤氣中原來(lái)沒(méi)有達(dá)到飽和的萘蒸汽在這個(gè)過(guò)程中飽和度逐漸增大,最后達(dá)到飽和狀態(tài),甚至超過(guò)飽和度而凝結(jié)析出,附著在管壁和節(jié)流裝置上。這說(shuō)明沿程管道隨著管壁的散熱而溫度逐漸降低的過(guò)程中,有不少的凝結(jié)水析出,而且,春、冬季尤為嚴(yán)重。如不及時(shí)疏水或疏水效果不好,管道和節(jié)流裝置下部形成積水或冬季結(jié)冰將在所難免。以焦?fàn)t煤氣介質(zhì)為例,焦?fàn)t煤氣中含有氨、萘、煤焦油、硫化氫、氰化氫、水蒸汽,灰塵等眾多雜質(zhì)。這些雜質(zhì)不僅容易腐蝕管道及節(jié)流裝置,還容易造成管道和節(jié)流裝置的結(jié)垢、堆積堵塞等一系列不可預(yù)想的后果,對(duì)冶金企業(yè)的生產(chǎn)和煤氣計(jì)量產(chǎn)生直接的影響。近年來(lái),酒鋼在煤氣的測(cè)量中多采用環(huán)型通道式節(jié)流裝置,主要有圓缺孔板,環(huán)型孔板,楔型流量計(jì),錐型流量計(jì)。這些孔板和流量計(jì)均屬于非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,均應(yīng)在出廠時(shí)進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定,但由于標(biāo)定裝置的局限性,對(duì)于大管徑(DN=800以上)節(jié)流裝置的實(shí)流標(biāo)定還存在很大的難度,且標(biāo)定費(fèi)用成倍增長(zhǎng)。因此,一些成熟產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家多根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件和長(zhǎng)年以來(lái)積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定流出系數(shù)和流量測(cè)量不確定度。投入現(xiàn)場(chǎng)使用后,在標(biāo)準(zhǔn)條件下的基本測(cè)量不確定度確定后,其測(cè)量的準(zhǔn)確性主要取決于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量條件和測(cè)量環(huán)境。如果現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量條件和測(cè)量環(huán)境偏離標(biāo)準(zhǔn)條件,那么,根據(jù)偏離程度的大小會(huì)產(chǎn)生附加誤差,由此會(huì)增大測(cè)量系統(tǒng)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。通過(guò)以上對(duì)煤氣介質(zhì)特性和常用煤氣流量測(cè)量節(jié)流裝置的特點(diǎn)分析,充分地說(shuō)明了煤氣介質(zhì)所具有的臟、濕特性對(duì)煤氣節(jié)流裝置測(cè)量結(jié)果造成的影響是存在且不容忽視的。2測(cè)量條件對(duì)開口裝置的影響分析2.1管道內(nèi)部沉積物以焦?fàn)t煤氣介質(zhì)為例,焦?fàn)t煤氣中含有氨、萘、煤焦油、硫化氫、氰化氫、水蒸汽,灰塵等眾多雜質(zhì)。這些雜質(zhì)不僅容易腐蝕管道及節(jié)流裝置,還容易造成管道和節(jié)流裝置的結(jié)垢、堆積堵塞。因此管道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年使用后,不可避免地會(huì)有粉塵和焦油沉積下來(lái)并在管道內(nèi)部形成厚度不均的沉積物。沉積物的出現(xiàn)使得管道的截面積發(fā)生變化,從而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。以酒鋼焦化南線焦煤總量為例。測(cè)量介質(zhì):焦?fàn)t煤氣;取壓方式:徑距取壓;工況狀態(tài)下管道內(nèi)徑D=1000mm;工況狀態(tài)下的測(cè)流板直徑dv=802.12mm;等效直徑比β=0.597;工作壓力P=6kPa;工作溫度t=30℃;相對(duì)濕度為100%;工作狀態(tài)下密度ρ=0.3777kg/m3;工況下常用流量qv=18116.78m3/h;常用差壓ΔP=0.144kPa;常用雷諾數(shù)ReD=2.37×105;流出系數(shù)C=0.60815(制造廠實(shí)流標(biāo)定結(jié)果);可膨脹系數(shù)ε=0.99947。那么按環(huán)型孔板測(cè)量管段內(nèi)壁結(jié)垢約5mm,上游端端面結(jié)垢3mm,將會(huì)在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生了6.32%左右的附加誤差。2.2流通道面積環(huán)型孔板管段下部臟、濕物堆集,可對(duì)環(huán)型孔板的測(cè)量產(chǎn)生二重的影響作用:一是減少節(jié)流通道面積;二是造成流速分布不對(duì)稱,產(chǎn)生流場(chǎng)異變。兩種影響綜合起來(lái)使流出系數(shù)發(fā)生變化。仍以酒鋼焦化南線焦煤總量為例,當(dāng)該環(huán)型孔板在運(yùn)行過(guò)程中臟、濕物堆集高度為98.97mm時(shí),由于節(jié)流流通面積減少而對(duì)流出系數(shù)C值的影響為+17.32%。3技術(shù)措施3.1管道保溫方案設(shè)計(jì)煤氣介質(zhì)的臟、濕特性,無(wú)論采用何種節(jié)流裝置,其對(duì)測(cè)量結(jié)果和計(jì)量數(shù)據(jù)的影響都是存在的。那么,如何減小或消除這種影響是技術(shù)人員必須研究的課題。通過(guò)多年來(lái)對(duì)儀表測(cè)量裝置保溫工作上所做的大量實(shí)踐性工作進(jìn)行研究和總結(jié)。本方案設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面:1)需從外部補(bǔ)償管內(nèi)介質(zhì)熱損失,以維持被輸送介質(zhì)的溫度;2)在輸送過(guò)程中,由于熱損失管內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生凝液,粘附在節(jié)流裝置端面及管道內(nèi)壁上,并可能腐蝕節(jié)流裝置,增大節(jié)流裝置粗糙度,需將產(chǎn)生的凝液及時(shí)排出;3)在輸送過(guò)程中,由于熱損失管內(nèi)介質(zhì)粘度增高或析出結(jié)晶物,可能凍結(jié)或堆積在節(jié)流裝置下部,需定期通入蒸汽進(jìn)行吹掃、排污;4)輸送介質(zhì)的凝固點(diǎn)或露點(diǎn)等于或高于環(huán)境溫度的管道,需對(duì)測(cè)量管段及被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行升溫。3.2蒸汽伴熱保溫?zé)峤粨Q器本方案從改善煤氣流量節(jié)流裝置“測(cè)量條件”入手,對(duì)于測(cè)量管段內(nèi)壁及節(jié)流裝置端面結(jié)垢,采用蒸汽伴熱管以S型盤管分別在管道兩側(cè)將蒸汽盤管緊貼管道外壁將煤氣流量節(jié)流裝置(前直管段+節(jié)流件+后直管段)進(jìn)行整體蒸汽伴熱保溫,通過(guò)伴熱保溫各項(xiàng)參數(shù)的選擇和計(jì)算,加工制作一種適于臟濕煤氣介質(zhì)測(cè)量具有伴熱、保溫、升溫固定構(gòu)造的保溫裝置,通過(guò)熱交換補(bǔ)充被伴熱管道及儀表的熱損失,以達(dá)到升溫、保溫或防凍的目的。對(duì)于流量計(jì)管段下部臟、濕物堆集問(wèn)題,采用燃?xì)鈱I(yè)煤氣輸配管路的電溫控SDLP型防泄漏型煤氣排水器通過(guò)合理的疏水管路設(shè)計(jì)成功地應(yīng)用到煤氣流量測(cè)量系統(tǒng)中,加之蒸汽盤管伴熱、保溫,及時(shí)補(bǔ)充流量測(cè)量管段損失的熱量,以保證被測(cè)煤氣介質(zhì)溫度達(dá)+10℃以上,可有效實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)疏水排污自清潔功能,保證了節(jié)流裝置的“測(cè)量條件”,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。3.3實(shí)現(xiàn)方法3.3.1保溫管段導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定被伴熱保溫段(節(jié)流裝置)的散熱量計(jì)算公式如下:式中:q———被保溫管段的單位長(zhǎng)度的熱損失,J/(m·h);t———被保溫管段擬保持的溫度,℃;λ———保溫材料在平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù),查表得出,J/(m·h·℃);d———被保溫管段當(dāng)量直徑,被保溫管段橫斷面外部周長(zhǎng),m;D———被保溫管段保溫后的管段當(dāng)量外徑,m,———保溫后被保溫管段橫斷面外部周長(zhǎng),m。3.3.2蒸汽能耗的計(jì)算蒸汽伴熱用汽量的計(jì)算公式如下:式中:Q=q×10D(3)Gmax———蒸汽最大耗量,kg/h;Q———伴熱保溫系統(tǒng)總的散熱量,J/h;γ———蒸汽的汽化潛熱,γ值查表可得,J/kg。實(shí)際蒸汽消耗量按計(jì)算的蒸汽耗量2倍考慮,即:3.3.3抗保溫厚度的選擇根據(jù)環(huán)境溫度確定伴熱蒸汽壓力及保溫層厚度,見表1。3.3.4蒸汽通道的選擇蒸汽伴熱管徑按所需的蒸汽流量G見表2。選定的管徑所對(duì)應(yīng)的流量應(yīng)大于或等于所需的流量值。伴熱蒸汽管材料選用無(wú)縫鋼管。3.3.5伴熱管蒸汽化潛熱的計(jì)算伴熱長(zhǎng)度是指從供汽點(diǎn)到凝結(jié)水排放點(diǎn)之間的長(zhǎng)度之和。蒸汽伴熱管最大伴熱長(zhǎng)度的計(jì)算公式如下:式中:L———伴熱管的最大伴熱長(zhǎng)度,m;G———伴熱管的最大蒸汽流量,kg/h;q———被保溫管段的單位長(zhǎng)度的熱損失,J/(m·h);γ———蒸汽的汽化潛熱,J/kg;f———安全系數(shù),一般取1.5~3.5。3.3.6蒸汽管路所攜帶的熱量由于蒸汽流速不能超過(guò)相應(yīng)管徑的最大流速,不同管徑的蒸汽管路所攜帶的熱量是有一定限度的。這樣接在不同管路上的伴熱點(diǎn)數(shù)就不能超出一定的數(shù)量。伴熱點(diǎn)數(shù)根據(jù)表3確定。3.3.7煙氣節(jié)流和缺失在煤氣節(jié)流裝置前7D也就是夾套式固定構(gòu)造的保溫裝置始