摘 要： 介紹彎管流量計(jì)的工作原理。采用彎管流量計(jì)對前進(jìn)熱電廠3臺65t/h鍋爐、3臺1.2萬kW機(jī)組進(jìn)行改造，較好地解決了能源的計(jì)量問題。
關(guān)鍵字： 彎管流量計(jì)；差壓；特點(diǎn)；節(jié)能
引言
隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，企業(yè)對能源的要求越來越重視。工藝過程控制、生產(chǎn)成本核算、能源計(jì)量考核等能源調(diào)控方面的問題對流量測量越來越依賴，因此準(zhǔn)確測量蒸汽、天然氣、水等介質(zhì)的流量在工業(yè)能源節(jié)能方面越來越重要。彎管流量計(jì)的研究、設(shè)計(jì)已有80余年的歷史，但因各種技術(shù)的限制其工業(yè)應(yīng)用存在很大困難。隨著彎管加工技術(shù)和測量技術(shù)的進(jìn)步，在最近幾年得到廣泛關(guān)注和有效推廣。對傳統(tǒng)流量計(jì)與彎管流量計(jì)的應(yīng)用性能進(jìn)行比較，經(jīng)過比對、測算分析，彎管流量具有壓損小、易維護(hù)、測量精度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，能夠較好地解決能源的計(jì)量問題。
1 彎管流量計(jì)的工作原理
彎管流量計(jì)與傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)一樣，同屬于差壓式流量計(jì)的范疇，只是彎管流量計(jì)產(chǎn)生差壓的方式與孔板流量計(jì)不同。孔板是利用流體的縮放原理產(chǎn)生差壓的，而彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生差壓的。當(dāng)流體通過彎管時(shí)，由于受彎管的約束流體被迫作類似的圓周運(yùn)動，流體在作圓周運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的離心力作用于彎管的內(nèi)外兩側(cè)，使彎管傳感器內(nèi)外兩側(cè)之間產(chǎn)生一個(gè)壓力差。該壓力差的大小與流體的密度、平均流速、管道的曲率半徑、管道內(nèi)徑有關(guān)，其表達(dá)式為：
式中，υ為流體值彎管中的平均流速；R為彎管中心曲率半徑；D為彎管的內(nèi)徑；R/D為彎管中心曲率半徑；ΔP為流體通過彎管傳感器時(shí)產(chǎn)生的差壓值；ρ為介質(zhì)的密度。
管道內(nèi)流體的流量：
式中，S為管道的內(nèi)截面積；α為流量系數(shù)。
從以上可知，只要準(zhǔn)確測量出壓力差，在進(jìn)行運(yùn)算的同時(shí)再考慮到溫度、壓力對于介質(zhì)密度的影響進(jìn)行必要的溫度補(bǔ)償，就能準(zhǔn)確地測量介質(zhì)的流量。
2 彎管流量計(jì)與其他流量計(jì)性能比較
（1）結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比高。
彎管傳感器實(shí)際上是一個(gè)90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。隨著機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭質(zhì)量越來越好，價(jià)格也越來越低。
（2）可測量容易臟污、易堵塞的介質(zhì)。
煤氣（包括高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣等）、煙氣等屬臟污介質(zhì)，容易堵塞、粘連傳感器關(guān)鍵部位，直接影響測量。傳統(tǒng)孔板流量計(jì)及渦街流量計(jì)基本無法保證長期運(yùn)行的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。循環(huán)水水質(zhì)較差，對流量測量裝置的污染影響較大。孔板流量計(jì)的節(jié)流件或渦街流量計(jì)的插入件極易被循環(huán)水玷污或堵塞，尤其是孔板節(jié)流口的直角部分，即使是輕微的玷污也會對測量精度造成極大的影響。彎管傳感器對于類似煤氣、循環(huán)水這樣的介質(zhì)其適應(yīng)性良好，即使是長期的運(yùn)行也能保證彎管流量計(jì)的正常工作，保證其足夠的測量精度。
（3）適應(yīng)性強(qiáng)，量程范圍寬，直管段要求不高。
只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計(jì)來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計(jì)進(jìn)行測量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計(jì)。對于渦街流量計(jì)來說其使用性是十分有限的，這與其測量原理有關(guān)，實(shí)測測量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測量精度，造成測量不準(zhǔn)。所有這些問題對彎管流量計(jì)來說幾乎沒有影響。而高溫、高壓等問題對于彎管傳感器來說，只要采用與工藝管道相同材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)彎頭，就可以得到解決。
彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)1：10。量程范圍寬一方面是指彎管流量計(jì)對于其測量介質(zhì)的流速適用范圍寬，對于蒸汽或其它氣體介質(zhì)，流速范圍為0~70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求；液體介質(zhì)流速范圍為0~5m/s。以上所說的流速范圍也沒有嚴(yán)格的限制，如果被測介質(zhì)沒有上限流速的限制，則流速范圍還可更大；有足夠精度的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質(zhì)量微差壓變送器的應(yīng)用使彎管流量計(jì)能夠適應(yīng)低流速、小信號測量的要求。總之，彎管流量計(jì)的量程范圍完全可以滿足不同對象的流量測量的要求。量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，管徑可從十幾毫米到1m甚至2m以上。
直管段要求不高也是彎管流量計(jì)在現(xiàn)場使用中十分重要的特點(diǎn)之一，許多流量測量裝置都因?yàn)楝F(xiàn)場直管段不能滿足要求而不能進(jìn)行測量或不能保證其測量精度。彎管流量計(jì)由于其特殊的測量原理，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對直管段的要求不高，一般只要求前5D、后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測量裝置的要求。
（4）彎管流量計(jì)精度高，重現(xiàn)性好，測量精度可達(dá)1％，重現(xiàn)性精度可達(dá)0.02％，一次安裝后，不再需要重復(fù)拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。
（5）無任何附加節(jié)流件或插入件，無附加壓力損失，節(jié)約能源。
對孔扳流量計(jì)來說，流體在孔板上的壓力損失是不可恢復(fù)的，其損失可達(dá)孔板在該流量下產(chǎn)生的差壓值的60%~80%。彎管流量計(jì)與其他流量計(jì)相比最重要的是無任何附加節(jié)流件或插入件，不存在管道附加阻力損失的問題，孔板的節(jié)流損耗可簡單地看作是彎管流量計(jì)的節(jié)能效果，這對于那些大系統(tǒng)、大管徑、大流量、低壓力的測量對象好處更加明顯。這一特點(diǎn)給彎管流量計(jì)的工業(yè)化應(yīng)用帶來了巨大的便利和經(jīng)濟(jì)效益。
（6）免維護(hù)。
彎管流量計(jì)傳感器耐磨損，對微量磨損不敏感，在高速流體沖擊下不會變形、扭曲、震動，長期高低溫工作條件下敏感元件不會老化、變質(zhì)而降低穩(wěn)定性和靈敏度；對于環(huán)境中可能出現(xiàn)的震動、粉塵、潮濕、電磁場干擾不敏感，經(jīng)過長周期運(yùn)行它的穩(wěn)定性、靈敏度、準(zhǔn)確性不會發(fā)生明顯變化，能在最大程度上防止傳感器被粘污、結(jié)疤、堵塞等等。而孔板流量計(jì)的節(jié)流口對微量磨損就十分敏感。一般計(jì)量用孔板流量計(jì)的孔板每年必須進(jìn)行一次或一次以上的強(qiáng)制性磨損檢查，這是保證孔板流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的必要條件。對于那些大管徑的孔板和蒸汽孔板，其拆裝難度大，維修費(fèi)用高，給使用者帶來了額外的負(fù)擔(dān)。彎管傳感器因耐磨損、免維護(hù)、長周期高精度運(yùn)行的特點(diǎn)，可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，使現(xiàn)場跑冒滴漏的問題得到徹底的解決。
（7）測量數(shù)據(jù)可直接輸入DCS系統(tǒng)。專用主機(jī)配有RSR-232/485通信接口。
3 彎管流量計(jì)的應(yīng)用分析
以前進(jìn)熱電廠現(xiàn)有3臺65t/h鍋爐，3臺1.2萬kW機(jī)組的流量計(jì)改造為依據(jù)進(jìn)行分析。
3.1 改造方案
3臺65t/h鍋爐改造前的生產(chǎn)工藝如圖1所示。每臺鍋爐主蒸汽管道原安裝2個(gè)孔板流量計(jì)。由于孔板流量計(jì)采用截流產(chǎn)生壓差的原理計(jì)算蒸汽流量，因此，蒸汽在流過孔板時(shí)造成壓力損失。經(jīng)測定，蒸汽流過孔板流量計(jì)造成壓力損失約0.05MPa，蒸汽由鍋爐進(jìn)入汽輪機(jī)需經(jīng)過2個(gè)孔板流量計(jì)，在孔板流量計(jì)上造成的壓力損失約0.1MPa，加上蒸汽管道及閥門造成的壓力損失，使鍋爐過熱器集汽聯(lián)箱出口至汽輪機(jī)進(jìn)汽口之間管道損失達(dá)到0.4MPa。即使鍋爐壓紅線運(yùn)行（3.82MPa），汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力只能達(dá)3.4MPa（設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力為3.47MPa），致使發(fā)電汽耗上升，發(fā)電煤耗上升，一年造成420萬kWh電能的損失，折合原煤達(dá)到4200t/a，增加二氧化硫排放量21.5t。
用彎管流量計(jì)代替孔板流量計(jì)。彎管傳感器安裝于原管道的90°轉(zhuǎn)彎處，取代原90°彎頭，可將節(jié)流孔板流量計(jì)裝置產(chǎn)生的壓力損失完全節(jié)省下來。改造工藝見圖2。據(jù)測算，這將減少蒸汽管道上的壓力損失0.1MPa，從而在鍋爐工況不變的情況下提高汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力0.1MPa，使汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力提升至3.5MPa。根據(jù)1.2萬kW汽輪機(jī)負(fù)荷特性曲線，滿負(fù)荷的情況下進(jìn)汽壓力由3.4MPa提升至3.5MPa，負(fù)荷增加200kWh，發(fā)電汽耗下降0.1kg/kWh，達(dá)到節(jié)能降耗目的。
3.2 改造后經(jīng)濟(jì)效益分析
（1）節(jié)能效益：本項(xiàng)目投入運(yùn)行后，僅從減少蒸汽熱能損失、在相同蒸汽量條件下增加發(fā)電量或在相同發(fā)電量的條件下節(jié)約蒸汽耗量這一點(diǎn)來計(jì)算，節(jié)約原煤4200t/a，減少生產(chǎn)成本達(dá)到210萬元，投資回收期僅3個(gè)月。
（2）環(huán)保效益：本項(xiàng)目是一個(gè)從源頭削減和控制污染物產(chǎn)生的工程項(xiàng)目，減少二氧化硫排放量21.5t/a，減少煙氣排放量3570萬m3/a。
4 結(jié)語
（1）孔板流量計(jì)壓力損失不可小視，由此帶來的能源消耗很大（一般為孔板差壓值的60%左右），應(yīng)引起企業(yè)的高度重視。
（2）彎管流量計(jì)無附加阻力損失、免維護(hù)、耐高溫、耐高壓，測量精度完全滿足現(xiàn)場需要。
（3）采用新技術(shù)進(jìn)行技改，節(jié)能降耗，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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