摘 要：選用新型的具有抗臟污粉塵、可標(biāo)定、有標(biāo)準(zhǔn)可依的流量計(jì)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)生量和儲(chǔ)氣柜的進(jìn)口煤氣量的計(jì)量，核算出轉(zhuǎn)爐的煤氣消耗，并采取相應(yīng)的工藝控制，達(dá)到轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼績(jī)效的測(cè)量功能。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煤氣 流量計(jì)量 臟污粉塵 標(biāo)定 負(fù)能煉鋼
企業(yè)要在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中生存、發(fā)展就必須節(jié)能降耗，走資源節(jié)約型道路。轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼就是冶金企業(yè)節(jié)能措施之一。濟(jì)鋼在煉鋼轉(zhuǎn)爐回收煤氣的節(jié)能上進(jìn)行了大膽的探索，根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣流量和煤氣中氧含量、一氧化碳含量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，將合格的轉(zhuǎn)爐煤氣回收到企業(yè)煤氣系統(tǒng)儲(chǔ)氣柜中，除煉鋼作業(yè)回收用外還作為能源提供給公司內(nèi)各用戶，達(dá)到負(fù)能煉鋼的目的。企業(yè)考核回收轉(zhuǎn)爐煤氣績(jī)效的關(guān)鍵是采用何種計(jì)量監(jiān)測(cè)手段來(lái)進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)量設(shè)備必須具有抗介質(zhì)臟污粉塵、能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、維護(hù)量小、適合大口徑管線、檢測(cè)元件可不停氣在線安裝等性能特點(diǎn)，同時(shí)還具備計(jì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。我們探索應(yīng)用測(cè)管式流量計(jì)在濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司煉鋼廠進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣回收績(jī)效測(cè)量，并取得了預(yù)期的準(zhǔn)確計(jì)量效果。
一、轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)構(gòu)成
總的轉(zhuǎn)爐發(fā)生煤氣回收量：（Q
1＋Q
2＋Q
3＋Q
4） 回收轉(zhuǎn)爐煤氣放散量：Q
0 回收轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)煤氣柜總量：Q （Q
1＋Q
2＋Q
3＋Q
4）=Q
0＋Q
圖1 轉(zhuǎn)爐煤氣流量監(jiān)控系統(tǒng)示意圖 圖中Q
1、Q
2、Q
3、Q
4 分別對(duì)應(yīng)安裝于1
＃～4
＃ 轉(zhuǎn)爐煤氣回收管道上的流量計(jì)。
二、幾種煤氣流量計(jì)的性能分析與比較
大口徑煤氣流量測(cè)量一直是冶金企業(yè)能源計(jì)量中的一個(gè)難點(diǎn)。以往，在實(shí)際中多以孔板、文丘里管、威力巴、氣體超聲波、熱式質(zhì)量流量計(jì)等作為檢測(cè)元件。但它們主要存在以下問(wèn)題：
孔板和文丘里管在冶金企業(yè)煤氣測(cè)量實(shí)踐中應(yīng)用效果不理想。孔板和文丘里管主要存在：1.阻力損失大；2.測(cè)量臟污介質(zhì)（如煤氣）取壓孔易堵塞；3.必須在斷流的情況下安裝拆卸，對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的工藝管線，斷流安裝變得不可能；4.管徑大于1.0米孔板不在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2624－93）支持范圍內(nèi)，孔板的設(shè)計(jì)缺乏嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)等問(wèn)題。
威力巴和氣體超聲波在冶金企業(yè)煤氣測(cè)量實(shí)踐中應(yīng)用效果不理想。它們雖然都是可不停氣在線安裝的插入式流量計(jì)，給安裝維護(hù)帶來(lái)很大方便。但是，由于轉(zhuǎn)爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，威力巴迎流面上各取壓孔之間存在流體的微流動(dòng)，導(dǎo)致取壓孔堵塞。氣體超聲波也同樣因?yàn)檗D(zhuǎn)爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，探頭處易結(jié)污垢，造成聲波的反射和衍射，導(dǎo)致計(jì)量檢測(cè)的不準(zhǔn)確、波動(dòng)大。我公司煉鋼廠轉(zhuǎn)爐煤氣計(jì)量原在線用的威力巴、氣體超聲波流量計(jì)均存在該問(wèn)題，最嚴(yán)重的每周都需要拆下來(lái)清洗，帶來(lái)很大的維護(hù)量和導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)的丟失。
盡管熱式質(zhì)量流量計(jì)也可不停氣在線安裝，但是同樣因?yàn)檗D(zhuǎn)爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，轉(zhuǎn)爐煤氣的實(shí)際導(dǎo)熱特性已經(jīng)與熱式質(zhì)量流量計(jì)出廠時(shí)的預(yù)設(shè)特性值發(fā)生了很大變化，這就破壞了熱式質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的前提。如果傳感器上再有粉塵堆積，這就相當(dāng)于給傳感器穿上了“棉襖"，使得測(cè)量值偏低；或在其傳感器上有水滴，這就會(huì)給傳感器 “降溫"，使得測(cè)量值偏大。
我們依據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣回收特定環(huán)境條件和介質(zhì)的計(jì)量需求，經(jīng)過(guò)現(xiàn)有計(jì)量實(shí)踐和網(wǎng)上搜索相關(guān)煤氣測(cè)量資料的分析對(duì)比，決定采用基于皮托管測(cè)量原理的FJP型測(cè)管式流量計(jì)。該流量計(jì)依據(jù)ISO3966《封閉管道流體流量的測(cè)量――采用皮托靜壓管的速度面積法》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)安裝和補(bǔ)償運(yùn)算，并針對(duì)被測(cè)介質(zhì)臟污、含水等因素，在測(cè)頭和結(jié)構(gòu)上采用的設(shè)計(jì)（號(hào)：.7），以避免堵塞與結(jié)垢，還可在工藝管線不斷流的情況下，在線進(jìn)行安裝、拆卸和吹掃。該產(chǎn)品性能適合我們的計(jì)量需求。
三、FJP型測(cè)管式流量計(jì)的測(cè)量原理及引用標(biāo)準(zhǔn)
ISO3966國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在充滿流體的封密管道內(nèi)，處于穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)的體積流量的測(cè)量方法?？蓽y(cè)量流速范圍：下限流速（空氣）為測(cè)頭在風(fēng)洞中標(biāo)定的流速（約3.0m/s）；上限流速小于0.25倍馬赫數(shù)。測(cè)頭所在位置的局部流速為：
式中：（1－ε）是可壓縮性修正系數(shù)。在液體中ε=0，所以不需要可壓縮性的修正。但在低馬赫數(shù)的可壓縮流體中，系數(shù)（1－ε）可按下述公式確定：
其中：r――比熱比；P――局部靜壓；ΔP――由皮托管所指示的差壓；ρ――流體的局部密度；a――測(cè)頭校準(zhǔn)系數(shù)(測(cè)管式流量計(jì)的每一支測(cè)頭，須經(jīng)在國(guó)家技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)的風(fēng)洞上進(jìn)行標(biāo)定以獲得測(cè)頭校準(zhǔn)系數(shù))?！ 】蓧嚎s流體的密度由下述公式確定：
式中：R=8.3143 J?mol
－1?K
－1；M對(duì)空氣的值為28.95×10
－3kg/mol；Z――氣體定律偏差系數(shù)。對(duì)壓力小于10倍大氣壓和溫度在273K到373K之間的空氣來(lái)說(shuō)，它與1相差無(wú)幾[它應(yīng)與可壓縮性修正系數(shù)（1－ε）有區(qū)別]；T――由下述公式所得的局部靜溫度：
其中：T
0――采用一個(gè)理想的測(cè)溫探頭在管道軸線上測(cè)得的總的溫度；λ――導(dǎo)熱系數(shù)?！ ?guó)際標(biāo)準(zhǔn)確定的測(cè)量方法是在95％置信水平上有關(guān)流量不確定度≤2.0％。在滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量條件下，由其它因素影響所引起的誤差為：
式中：Δq
v――流量誤差；Δ（Δp）――差壓測(cè)量誤差；Δp――壓力測(cè)量誤差；Δr――比熱比誤差；ΔT――溫度測(cè)量誤差；ΔF――面積測(cè)量誤差?！ ≡撜`差與方法誤差合成，總不確定度范圍為2.0％～3.0％ 。
四、測(cè)管式流量計(jì)的防堵塞措施
通常采用的均速管流量計(jì)測(cè)桿上各取壓孔處的流速是不同的，則各取壓孔之間存在一定的壓力差，造成各取壓孔之間有介質(zhì)流動(dòng)，流動(dòng)的介質(zhì)中粉塵產(chǎn)生埋積，形成堵塞。另外，大多數(shù)工業(yè)煤氣中含有水分，水以水蒸汽狀態(tài)混合于煤氣之中，稱為濕煤氣，當(dāng)濕煤氣流入取壓孔內(nèi)時(shí)，其中的水蒸汽接觸取壓管內(nèi)壁冷凝成水，并存積于取壓管內(nèi)，煤氣中的臟污粉塵隨冷凝水析出，在取壓管內(nèi)壁結(jié)垢；往往測(cè)桿下端測(cè)孔的堵塞較為嚴(yán)重，即使采用蒸汽或氮?dú)獯祾?，也只能吹通測(cè)桿上端的取壓孔，而下端取壓孔依然堵塞。測(cè)管式流量計(jì)的測(cè)頭上僅有一個(gè)全壓取壓孔，取壓管內(nèi)介質(zhì)相對(duì)靜止，取壓孔內(nèi)不易形成粉塵埋積。
針對(duì)測(cè)量煤氣等臟污介質(zhì)的特點(diǎn)，測(cè)管式流量計(jì)測(cè)頭的設(shè)計(jì)，汲取了其它差壓流量計(jì)的長(zhǎng)處及經(jīng)驗(yàn)，在分析均速管式流量計(jì)取壓孔容易堵塞機(jī)理的基礎(chǔ)上，采用了的蹄形切口結(jié)構(gòu)。由于測(cè)頭采用蹄形切口設(shè)計(jì)，向下安裝，濕煤氣中的冷凝水隨時(shí)滴入管道，冷凝水不會(huì)再存積于引壓管內(nèi)。另外，測(cè)管式流量計(jì)配有在線吹掃裝置，一旦發(fā)生堵塞可隨時(shí)進(jìn)行吹掃。這樣較好地解決了在測(cè)量煤氣等臟污介質(zhì)時(shí)的堵塞難題，也較好地解決了取壓管內(nèi)壁結(jié)垢難題。
圖2 均速管流量計(jì)測(cè)量臟污介質(zhì)易發(fā)生堵塞示意圖
圖3 測(cè)管式流量計(jì)的測(cè)頭結(jié)構(gòu)
五、運(yùn)行結(jié)果和結(jié)論
測(cè)管式流量計(jì)自2005年8月投入使用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生取壓部堵塞的故障，這說(shuō)明測(cè)管流量計(jì)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)我企業(yè)的煤氣臟污問(wèn)題。同時(shí)，該流量計(jì)測(cè)量的是點(diǎn)流速，可以在風(fēng)洞中標(biāo)定測(cè)頭系數(shù)，解決了以往大口徑流量計(jì)無(wú)法標(biāo)定的難題，使得計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，符合計(jì)量需求。
實(shí)踐表明，測(cè)管式流量計(jì)為濟(jì)鋼煉鋼廠在降低能耗，實(shí)現(xiàn)“負(fù)能煉鋼"，回收轉(zhuǎn)爐煤氣方面提供了可行有效量化的測(cè)量手段，使企業(yè)在節(jié)約資源活動(dòng)中回收轉(zhuǎn)爐煤氣利用的績(jī)效變得看得見(jiàn)、摸得著，令人信服。
會(huì)員1.png)