电容式靶式流量计在煤气站发生炉煤气流量测量应用

     目前，机械、冶金、建材、陶瓷行业的许多企业，大多都建有自己的煤气站，产出的煤气供其加热或烧制产品燃用。煤气站中针对煤气的热工测量仪表较多，其中煤气温度和压力的检测一直备受设计单位及建站企业的重视，因为这两项指标直接关系系列煤气发生炉炉况的控制和煤气的质量。近几年，由于市场经济的冲击，各企业纷纷开始注意降低能耗，最大限度地减少其产出成本，于是煤气流量的检测也开始受到同样的重视。企业通过对煤气流量的计量，核算出生产单位体积煤气所消耗的燃料、原料和动力量，从而估算出煤气生产成本，以便进行经济核算。用气单位、部门的煤气计量控制，燃气成本核算，同样达到了控制成本，节能降耗的目的。
 1. 发生炉煤气流量检测的特点及对其测量仪表的相应要求首先，煤气中含有一定的杂质及净度不稳定。发生炉生产出的煤气为热脏煤气，必须经过一系列的冷却及净化工序，才能成为较为洁净的冷煤气，加压外供。而冷煤气中仍含有一定量的油、尘及水汽，而且一旦煤气净化工序出现问题，影响其净化效果，则煤气净度便会下降。这就要求其流量测量仪表对脏污流的敏感程度不高为好。
      其次，一般煤气站煤气的输送管管径较粗，其直径大多都在DN500mm 以上，这就要求其测量仪表必须满足大管径测量的要求。
      另外，煤气属于易燃易爆有毒气体，其输送管道和各连接件处要求密封严格，所以要求所选仪表便于维护，尽量避免较频繁的折装维修。
      更为重要的是煤气输送有一定的安全流速限制，这样造成煤气流速低，同时煤气介质脏污，造成煤气测量的难度。
 2. 煤气流量测量仪表的选择
 2.1 仪表选择原则
 （1）针对煤气站煤气的特点，所选仪表应满足其基本测量要求。
 （2）煤气站煤气流量的检测主要是提供企业成本核算的依据，所选仪表精度也应达到要求。
 2.2 仪表的分析比较和选择
      目前工业上常用的流量测量仪表有差压式流量计、速度式流量计、容积式流量计及其它一些如涡街流量计等新型流量计。容积式流量计一般用于液体流量的测量，不适于煤气测量；速度式流量计一般要求安装于输送液体的竖直管段上，而且仅适于管道通径不可过大的场合，这一点也不符合煤气站煤气流量测量要求；而涡街式流量计用于小通径管道煤气测量还可以，但就一般煤气站大通管道煤气的测量便显得经济性较差。至今煤气站的煤气流量测量仪表大多选用差压式流量计， 其中孔板式流量计较为普及。
      近几年，随着电容靶式流量计技术的日益完善和成熟，在大量实际应用中，电容靶式流量计在发生炉煤气流量检测中显示出了其特有的一些优势。
2.2.1 孔板式流量计

 （1）孔板式流量计基本原理

      当充满管道的流体流经管道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生压差，流体流量越大，产生的压差愈大，因而可依据此压差来计算介质流量。

 （2）节流装置的分类及选用

      节流装置按照用途分类，可分为标准节流装置、低雷诺数装置、脏污流用装置、低压损节流装置、临界流节流装置和混相流节流装置等六种。其中脏污流用装置比较适合于煤气流量检测。

      脏污流装置包括有园缺孔板、偏心孔板、楔形孔板等。园缺孔板可以避免标准孔板入口处积存脏物，水平安装时，气体中含有的固体污物可以顺利通过；偏心孔板作用与园缺孔板相同，但其流出系数随取压口的位置而变化；楔形孔板同样可以使气体中的固体污物通过。

      由以上分析可知，被测量的煤气介质净度不高的问题，脏污流装置的三种节流元件均可解决，但偏心孔板公称直径范围一般在DN50~DN350 之间，而楔形孔板公称直径仅在DN25~DN250范围内，若煤气管径合适，可以选用偏心孔板或楔形孔板。但若煤气输送管径较大，则只有选择园缺孔板，其公称管径范围在DN50~DN1500 内，只是其测量精度不高，量程比窄。

 2.2.2 电容靶式流量计

 （1）电子靶量计基本原理

      电容靶式流量计是在管道中间插入一个圆形或方形的阻流件（靶），当介质在测量管中流动时，因其自身的动能通过阻流件（电子靶）时对阻流件有一作用力，其作用力的大小与介质流速的平方成正比，其数学方式表达如下：

 F=CdAP·V2/2………………⑴

 式中：F ——阻流件所受的作用力（Kg）
 Cd——物体阻力系数
 A ——阻流件对测量管轴向投影面积(mm2)
 P ——工况下介质密度（Kg/m3）
 v ——介质在测量管中的平均流速(m/s)

 阻流件(电子靶)接受的作用力F，经刚性连接的传递件（测杆）传至电容力传感器，电容力传感器产生电压信号输出：

 V=KF………………⑵

      式中： V——电容力传感器输出的电压（mV）, K——比例常数, F——阻流件（电子靶）所受的作用力（Kg）

      由此，此电压信号经前置放大、AD 转换及计算机处理后，即可得到相应的瞬时流量和累积总量。

 （2）电容靶式流量计优势

 ·无可动部件，防堵塞，抗过载，拆卸方便
 ·压力损失小，仅为标准孔板的1/2△P 左右
 ·插入式结构，安装简单，无须笨重的壳体，节省费用
 ·计量准确，精度可达到0.2%
 ·传感器不与被测介质接触,不存在零部件磨损,使用安全可靠
 ·具有多种安装方式供选择，如选择在线插入式，安装费用低；在线拆卸式主干管网无须停车
 ·具有一体化温度、压力补偿，直接输出质量或标方
 ·具有可选小信号切除、非线性修正、滤波时间可选择
 ·能准确测量各种常温、高温500 度、低温-200 度工况下的气体、液体流量
 ·重复性好，一般为0.05～0.08%，测量快速
 ·抗干扰，抗杂质能力特强
 ·抗震动性强，一定范围内可测脉动流

 3. 发生炉煤气流量计的应用

      国内大多数选用孔板式流量计的发生炉煤气站，其节流元件大多选用标准孔板，其优点是计算数据成熟，其差压式流量计不经算定便可使用。但运行一段时间后，由于煤气净度不够造成标准孔板表面太脏，致使仪表计量误差增大，甚至导致取压孔堵塞。而且因为煤气压力一般不高，孔板流量计的压力损失过大，是孔板流量计测量煤气的致命缺点。

      现在，国内选用电容靶式流量计的发生炉煤气站越来越多，电容靶式流量计较孔板式流量计用于发生炉煤气流量检测有诸多优势，主要体现在以下几方面：

 （1）压损仅为标准孔板的1/2；
 （2）无可动部件，结构牢固，安装使用简单；
 （3）抗干扰、干杂质能力强；
 （4）经过长周期运行，其稳定性、灵敏度、准确性不会发生明显变化；
 （5）具有一体化温度、压力补偿，直接输出标准方。

 总结
      煤气站煤气流量的检测，虽然近几年才开始受到重视，但检测仪表的选用却很重要，选择不当，不但增加煤气站的检修工作量，而且计量不准确会给企业以误导，造成能源的浪费。合理选择煤气流量计，对于企业能耗的控制至关重要，对于企业进行节能降耗的技术改造及完善管理，具有重要的指导意义。