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【doc】大管径风量烟气流量测量浅析
大管径风量烟气流量测量浅析
总第118期
2005年9月
工程设计与研究49
大管径风量烟气流量测量浅析
鄢铁强,尹泽辉
(摘要]简要地分析和比较了几种大管径风量,烟气流量测量仪表的
性能,特点.阐明了大管
径风量,烟气流量测量仪表的选型原则及选用不同流量仪表应注意
的问题.强调了正确安装和使
用大管径风量,烟气流量测量仪表的重要性.
(关键词]大管径;风量;烟气流量;测量
1前言
在冶金企业生产过程中,锅炉,高炉,转
炉,沸腾焙烧炉,鼓风炉,反射炉,闪烁炉,回
转窑,烧结机等大型冶金设备每小时需送入
大量的风,同时产出数量不等的烟气.随着
我国经济体制改革的深入,经济核算单位的
细分,实行成本核算与管理,充分降低能耗已
成发展趋势,而大风量,除尘后烟气流量的测
量,意义显得越来越重大,亦愈来愈被人们所
关注与重视.
工业生产过程,在温度,压力,流量,液位
4大热工参数的测量中,流量测量要达到预
期的准确度和可靠性,自控工程师们普遍认
为难度较大.尤其是大管径风量,烟气流量
测量,更显棘手.一则输送烟气的管道管径
大,流量变化范围大;二则烟气介质含尘量
大,温度较高,腐蚀性强;另则烟气在烟管中
静压力较小,流速也低.因此,要测准大管径
风量,烟气流量,关键是选准流量仪表,其次
是正确安装,使用流量仪表.
2笛形均速管流量测量技术分
析
多年来,在速度场测量方法上,国内学术
及工程界对此问题的讨论不多,但对于笛形
均速管来说,在其适用速度模型的紊流程度,
反映速度剖面的选点及实际测定时流体动力
学对测定的影响是多方面的.由于理论与实
践的程度不同,国内流量专家尚有不同的看
法.事实上,它只能由实践来检验,并在理论
和实践相结合的基础上,不断地完善,丰富和
发展.
对于中,大管径(D>300mm)风量,烟
气流量测量,沿用了60余年的卡门一普朗特
速度模型仍然适应.由于工艺管道管径大,
钢管壁,风,烟气在管内流动时,其附面层效
应对速度模型的适应性影响减小.采用卡门
一
普朗特对数速度分布方法测量流量,可满
足工业流量测量精度要求.经过多次标定实
践证明了这点.鉴于此,在笛形均速管上,用
等分面积法或偶对数线方法确定的测管直径
上4个全压孔位,无论从理论上分析,还是实
践应用都证明是可行的(见图1).如果测管
直径上用对称6个全压孔,则临管壁的孔已
靠近管壁,易受管内壁粗糙度,测管直径上全
压孔开孔大小等因素的影响,还易堵塞全压
孔,与想充分反映附面层影响的本意相左.
因此,测量直径上有6个全压孔的笛形均速
管不一定比只有4个全压孔的好.
关于流体动力学对测定的影响,比较大
的是阿牛巴流量计(见图2),由于流体绕管
向流动,管后背压孔的压力将受工艺管径与
测管管径之比,工艺管径大小的影响,其产品
工程设计与研究总第118期
工艺管道
图1笛形均速管测量原理图
工艺管道
图2阿牛巴流量计测量原理图
说明书说明,当管径由D200l’II13.变到D400
l’II13.时,则K值(流量系数)由0.6变到0.8,
K值变化恰恰说明了动力学的影响.而笛形
均速管的静压取自全压测量前工艺管壁上
1D处,它基本不受流体冲向测管流阻反波的
影响,对前直管线段阻力影响较小,也难受测
管工艺管阻力影响.因此,笛形均速管流量
系数在紊流区间范围内变化很小,在雷诺数
4×105,2×106范围内仅变化0.3%,
0.4%,且可从理论上像标准节流装置那样进
行计算,应用场合就可不受制造厂规定系数
的限制,可因地制宜地应用.
3流量仪表的选择
屹今为止,工业用流量仪表种类已发展
到数十种,但没有一种对任何流体,任何流动
状态,任何量程,任何使用条件均能适用.每
一
种流量仪表都有其特定的适用性,也有其
局限性.很自然,若仪表选型不当,那么流量
就难以测准.一般来讲,选择流量仪表应注
意如下几点:
(1)了解生产工艺状况(包括管道配置情
况);
(2)了解被测介质的性状;
(3)了解正确安装所选流量仪表的条件;
(4)了解所选流量仪表的测量原理,条
件,方法,结构及特性;
(5)了解所选流量仪表的维护需求;
(6)了解流量仪表的性价比(经济性).
目前,用于测量大管径风量,烟气流量的
仪表主要有笛形均速管,孔板节流装置,阿牛
巴流量计,插入式热式气体质量流量计,弯管
流量计,插入式涡街流量计,文丘里管等.笔
者结合设计体会对前5种流量仪表的特性,
安装要求,维护需求及选用不同流量仪表应
注意的问题等加以比较(见表1),供同行们
参考.
从表1可知,5种流量仪表除孔板节流
装置外,均为速度式流量计,而真正所测出的
速度能反映介质的平均速度的只有笛形均速
管及阿牛巴流量计.这两种流量仪表测出的
是管截面上介质的平均速度,具有一定的代
表性,能反映管内流速分布变化规律.笛形
均速管流量系数稳定,其中以菱形结构笛形
均速管更令人放心.阿牛巴流量计与笛形均
速管流量计的主要差别在于前者不在管壁上
取静压,而在动压管后取,其得出的差压值稍
高于笛形均速管差压值,但其流量系数受测
管大小与工艺管径比的影响,会随安装等因
素的变化而变化,让人难以计算和把握.而
热式气体质量流量计或涡街流量计,采用点
代面式的测量方法.从测速原理来分析,测
得的是管中心介质速度,通常很难正确反映
实际值;但在小流量时,介质的雷诺数低于
2000的层流情况下,热式气体质量流量计又
有很好的测量精度,比笛形均速及阿牛巴流
量计的测量精度高.热式气体质量流量计是
总第118期大管径风量烟气流量测量浅析51
表15种流量仪表性能比较
笛形均速管孔板节流装置阿牛巴流量计热式气体质量流量计弯管流量计
测量方法面积平均速一差压节流一差压面积平均速度一差压点速度一热功率速度一离心力一差压
一
既t一既量一沉重一沉t一沉重
仪表结构简单一般简单较复杂简单
流量系数基本恒定受截面孔径比的影响誉:
变化较小基本恒定壮张斟髓魏乱龇响妣剃,髓
不确定度0.5%-2.5%2.5%-5%3%-5%1%-2.5%3%
压力损失可忽略不计大可忽略不计可忽略不计可忽略不计
能耗很小大很小很小很小
参数波动的影响耋主不大不大
安装方式插入式插入式插入式茎耄道支架及平台道支架及平台
配套变送器徽差压变徽或低差压变徽或低差压变无徽或低差压变
表前3,4D20D8-9D15D10D
直管段要求
表后2-3D5D5D5D4D
对蹙分适应不适应较适应不适应较适应布适应性适应不适应较适应不适应较适应
应用特殊要求工艺管应绾径仅适应一定的管径范围
维护工作
经济成本
简便,工作量小复杂.工作量小
工艺管需绾径
简便.工作量小简便.工作量小简便.工作量小
低中等低最高高
通过热功率来测定流体流量,所以它不适宜
于污染物(有粘性的)多,流量变化范围大,且
介质的温度变化剧烈的流体流量测量.孔板
节流装置历史悠久,应用普遍,有国际标准可
循.但在使用中,有许多因素影响其测量精
度,如工况参数变化与设计不符,孔板与管道
不符,前直管段不足,其锐角磨损等等,都会
使其不确定度增大;另外其测量范围窄,仅
为3:
1,压损大,能耗大,运行费用高,安装,
拆洗相当复杂,繁琐,维护工作量大.弯管流
量计结构简单,内无任何附加节流件,插入
件,不易堵塞,无压力损失,因此,适合于大管
径,流速低,静压低,粉尘多,腐蚀性强的流体
介质流量测量;但对于9o.弯管要求圆滑,管
内无毛刺.对于特大型管径,安装麻烦,需要
增设支撑吊架及检修平台.
在各类流量仪表中,各有相异的测量原
理,这就使各类流量仪表具有各不相同的特
性及使用场合,而各种不同的流量仪表只有
在特定的条件下才能发挥其自身的特点.因
此,在大管径风量,烟气流量测量系统中,对
于流量仪表的选型,应根据工艺,介质,配管
等实际情况,视所侧重于流量仪表的哪方面
特性,然后根据特性,选准仪表.
综合上述分析,用于大管径风量,烟气流
量测量仪表,比较好的是笛形均速管,其测量
准确度高,性能稳定可靠,安装条件易适应,
扩展条件也好,维护管理简单;其缺点是要求
工艺管缩径.如果在工程设计中考虑了缩
管,使用起来就相当方便.对配套的微差压
变送器,选用1151(或3051)电容式差压变送
(下转第58页)
工程设计与研究总第118期
击,楔入任何尖锐物等,以防损坏地暖管.用
户确需在房顶上钻孔时,务必注意钻孔深度
不能超过楼板结构厚度,以防损坏上层地暖
管.
(5)分配器附近外露的管道较多,应注
意保护,在每套分配器进出水支管端至1.5
m处的整个管壁上方设置隔热材料,解决地
板过热状态.
(6)严禁在分,集水器附近及铺设了地
暖管的地板上放置高温热源,以防破坏管道
系统.
(7)冬天不采暖时应注意保护,防止分
配器部件开裂及采暖管中的水结冰堵塞管
道.可在试压或冲洗后,采用压缩空气将加
热盘管中的水全部吹出.
4结语
低温热水地板辐射采暖由于其较高的舒
适性,不占室内空间,成为房地产开发商的一
个卖点,并日益受到住户的青睐.但是要使
地板辐射供暖系统扬长避短,使人们更广泛
地接受这种新型的供暖方式,还需专业人员
共同努力,从理论研究,工程设计,施工以及
运行管理等方面,做到更加完美.
(上接第51页)
器可满足要求.即使工程设计未考虑缩管,
工艺管道已装好,为使测量稳定,准确,缩一
下管也是合算的.经计算,既使缩了管,所增
加的管路阻力也仅为孔板的10%.
正常工作.对于烟气流量测量,由于介质中
多尘,腐蚀性大,必须定期吹扫,清洗仪表探
头,确保探头无污物粘结,信号引压口,引压
管不被尘埃或粘结物堵塞等,以保证风量,烟
气流量测量系统正常运行.
4流量仪表的正确安装和维护5结语
仪表要按其要求进行正确安装,这一点
常常不为人所重视,认为只要装上去就行了.
如果安装不当,无疑给测量系统引入了不确
定度.在风量,烟气测量系统中,如采用孔板
节流装置,安装时稍有疏忽,垂直度,同心度
就会产生偏移,给测量带来相当大的不确定
度.流量仪表要定期进行维护,维修,以保证
大管径风量,烟气流量测量仪表的选型,
安装和维护非常重要.准确,可靠的测量大
管径风量,烟气流量也是各生产部门及环保
部门普遍关心的问题.随着科学技术的发
展,针对目前的测量水平,进一步做好细致的
技术工作,有利于大管径风量,烟气流量的测
量.
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