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靶式流量计在水泥行业的应用

发布时间:2024-05-27 10:21:45  点击次数:70次

摘要:相对其它行业,流量计在水泥工业应用较少,这是由于其生产工艺过程中主要介质是物料流和气流,在物料流中则以粉状和颗粒为主,在主工艺流程中液体料流几乎没有,而气流还带有一定的粉尘,并且是在大管道内通过,给流量测量带来很大的难度。在某些工艺点如冷却机各室的风量,由于测定的是高压空气流量,管道的口径也不大,一般用传统的文丘里管,通过差压可以测量,但由于测量精度低,流量值仅能作为参考,而且用它来调节风门的开度,恒定风量也较困难。目前一些5000t/d生产线已不测量高压空气的流量,而是通过测定高压罗茨风机输出的电功率来估算流量,故流量测量过去在水泥行业几乎是一个空白,自动化技术人员往往只知温度、压力、物位等计量传感器。


1 靶式流量计在水泥行业开始应用

在化工、石化、钢铁、电力、供热和水处理等行业各种液体和气体流量计应用十分普遍,它们根据测量机理冠以不同的修饰术语,如科里奥利、超声波、电磁、涡街流量计等,比起传统的容积式、文丘里管、机械孔板式流量计来,靶式流量计在精度、可靠性、重复性、可维护性方面有显著的特点。在这些设备里,易磨损的活动部件很少或根本没有;流量计中大部分都是非侵入式元件,具有更小的压降和更好的安全性;很多仪表配备有微处理器,能执行自诊断和其它功能,从而能为用户提供实时的反馈和历史数据采集。


相对其它行业,流量计在水泥工业应用较少,这是由于其生产工艺过程中主要介质是物料流和气流,在物料流中则以粉状和颗粒为主,在主工艺流程中液体料流几乎没有,而气流还带有一定的粉尘,并且是在大管道内通过,给流量测量带来很大的难度。在某些工艺点如冷却机各室的风量,由于测定的是高压空气流量,管道的口径也不大,一般用传统的文丘里管,通过差压可以测量,但由于测量精度低,流量值仅能作为参考,而且用它来调节风门的开度,恒定风量也较困难。目前一些5000t/d生产线已不测量高压空气的流量,而是通过测定高压罗茨风机输出的电功率来估算流量,故流量测量过去在水泥行业几乎是一个空白,自动化技术人员往往只知温度、压力、物位等计量传感器。随着水泥生产规模增大、工艺过程不断更新,流量测量和新型靶式流量计也开始在水泥行业应用,表现在以下几方面。


1.1 用于水泥工艺过程的物料测量

水泥工艺过程中原料、中间成品和最终产品全是固体,而且以颗粒状和粉状物料为主,这些物料的流量测量在水泥工厂是由电子皮带秤和各种固体流量计来实现的,它们既是工艺设备又是自动化设备,但不属于流量仪表。近几年来国外一些公司把新型流量仪表的测量机理如科里奥利、超声波用于计量秤,用它来测量煤粉比起其它煤粉计量秤,有结构简单、控制精度高、计量和输送一体化等特点,现已广泛应用在我国水泥行业。


1.2 在辅助流程和低温余热发电中采用新型靶式流量计

在水泥工业的辅助流程主要用于提高设备运转率和保护设备,如废气处理流程中增湿喷水是为了增加粉尘的比电阻,从而使电收尘器的效率得以提高。在新型干法水泥厂都设有喷水自动调节回路,在水量控制中各厂设置了电磁流量计,有的还配置了捆绑式超声流量计,起到了很好的监控作用,也使喷水自动调节回路能正常运行。

在水泥行业利用废气的低温余热发电系统已很普遍,在余热发电系统采用了很多新型靶式流量计,如超声波、涡街等。


1.3 大管道气体流量的测量

早期引进的一些干法水泥生产线,国外公司提出在窑尾出口处和废气处理的大管道中检测气体流量并相应调节有关阀门,曾选用过孔板式流量计、笛形均速管流量计等,但使用过程中难度太大,且由于流量测量并不影响水泥的生产,后一直没有使用。随着水泥工艺的不断更新,大型立磨已得到普遍应用,在立磨的工艺流程中,要求测定磨机进出口风量并保持循环风量恒定,在测点一览表中就有此要求。3000t/d级水泥生产线生料磨的出口风管口径一般在800mm左右,在流量测量规范中,管道口径大于200mm就属于大口径流量测量,如用传统的孔板式流量计,在运行中,由于孔板的节流孔锐边磨损、板面沾污,管道积聚凝结灰,在磨损后需要进行更换;孔板流量计还有量程比小,精度低,不可恢复压损大等缺点;对于大口径的管道需要大的法兰,其价格、安装成本和维护也是一个值得关注的问题。另外气体的流量测量受温度、压力的变化而变动,对气体的流量测量会造成严重的影响,主要表现对精确度和重复性方面;在水泥行业中被测过程气体大多含有粉尘,测量传感器中一般带有小孔,粉尘会容易造成测量传感器的堵塞,故在水泥行业大管道气体流量测量难度大,有许多问题有待解决。

随着新型靶式流量计在市场中出现,解决了大管道气体流量测量的难题,它有着量程比大,精度高,不可恢复压损小的特点,也通过各种措施防止气体中的粉尘堵塞测量传感器。

靶式流量计是在上世纪60年代末问世的,它是基于伯努利能量守恒原则和皮托管测速原理发展起来的。所谓皮托管测速实际是测量管道中圆管直径上或矩形(菱形)管长与宽上几点的流速通过能量守恒原则推算出流量的一种插入式流量仪表,此圆管或菱形管通常也称检测杆,我们常提到的“阿牛巴流量计”(Annubar)实际就是新型靶式流量计。因其结构简单,装、拆方便,价格低廉及节能等优点,在大于口径200mm 的管道上,而对于水泥行业特殊的气体状况,我们如要选用新型靶式流量计必须考虑以下几方面:

(1)提供正确的流量和管道数据

靶式流量计的机械尺寸是根据要安装的管道尺寸量身定制的,其测量范围是根据工艺提供的流量数据计算和标定。如选用时,一定要正确提供给制造商流量数据和管道尺寸,管道尺寸包括外径和壁厚。

(2)正确选择检测杆

靶式流量计其主要结构是一根插入的检测杆,它有各种形式,其截面形状不一,有圆管或菱形管,近

来又推出了翼形、弹头形、T形、Delta形。由于各种形状的检测杆对应了不同的流体理论,水泥厂如确定采用均速管流量计,笔者建议只提供流量数据和管道尺寸,可由制造商根据测定的气流特性来确定检测杆的形式和检测孔的数量和位置。

(3)要选用高精度的微差压变送器

靶式流量计是根据皮托管测速原理,通过测总静压来推算流量,常用于大口径气体流量测量,它产生差压一般都比较小,最小可能只有20~30Pa,为此要尽量避免使用引压管,选用高精度的微差压变送器,如3051等。最好的方案是采用均速管、三阀组、差压变送器一体化的直接安装方式,这样不但可以减少使用引压管而引起的泄漏,还可补偿受温度、压力的变化而变动的差压信号失真等问题,如选用多参数变送器一体化的均速管流量计系列ProBar等。

(4)保证一定的直管段长度

靶式流量计前部管道必须确保有7-9D的直管道长度(此数据各资料不一,从3D到30D全有),才能使大管道内气体的流速尽量对称分布于轴线,只有这样,仅测几点的流速才能推算流经整个截面的流量,否则大管道内气体的流速分布将会很复杂,流量系数K的波动将会很大,不能保证测量的准确度。

但水泥的工艺设计又不可能保证有很长的直管道,这的确是一矛盾。笔者认为如确定选用某种形式的均速管流量计,可和供货商商量在保证系统的重复性前提下,尽量缩短直管道,有的报道称,只要测管直径和工艺管径之比小于1/10,前部管道的直管道长度可降到3-4D。

(5)重复性和精确度

在水泥工厂的自动化系统中,靶式流量计只是在某一工艺点提供信息源的检测环节,它的输出所反映的气体流量信息,并不要求是某一确切值,而应是正确无误地反映流量的变化,如测定磨机进出口风量并不是测定风量的确切值,主要看它在工艺过程中的变化,通过调节以保持风量的恒定。这里要求均速管工作可靠,其输出与流量存在的单值函数关系不随意变化,即重复性较好就可以了。一般来讲直管段达不到要求的情况下,重复性可做到0.5%,而误差就可能超过6%。在自动化系统中作为调节和监控,采用结构简单的新型靶式流量计就有其优势。

(6)加装必要的粉尘过滤装置

目前均速管制造厂虽然宣称测量传感器的抗堵塞问题已能解决,但由于水泥工艺特殊情况,笔者还是建议加装必要的附属设备如粉尘过滤装置等,以确保仪表正常工作,可和供货商协商具体的做法。


 2 结论

(1)随着水泥生产规模扩大、工艺过程不断更新,流量测量和新型靶式流量计也开始在水泥行业应用,而且发展的趋势看好。 

(2)在水泥工厂的自动化系统中如用作调节和监控,则大管道气体流量的测量,可选靶式流量计。

(3)由于水泥工艺中大管道气休含粉尘,在选用时务必与差压式均速管制造厂确定“量身定制”和直接安装时每一细节,有些必要的附件一定要在定货中确定。

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