摘要:鋼鐵企業(yè)的煤煙氣管網(wǎng)的現(xiàn)場工況條件復(fù)雜。為了安裝流量計并獲得流量計在工沉條件下的線性度和精度等級，采用模擬流量分析方法,針對蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的實際工況條件,選取一種對稱多孔孔板差壓式流量計,對煤煙管路進行數(shù)字化分析和工況標定，從而確定流量計的具體安裝位置，得到工業(yè)環(huán)境下流量計的實際線性誤差和精度等級，實現(xiàn)煤煙的計量。
引言
流量計量對工業(yè)生產(chǎn)非常重要,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究、國防建設(shè)以及生活等諸多領(lǐng)域川。經(jīng)過流量計量儀表可以真實的反映出成本,對實行企業(yè)能源管理減低能源消耗有著重大的作用。鋼鐵企業(yè)的煤氣管網(wǎng)主要存在上下游直管段不充足、煤氣中含有少量粉塵雜質(zhì)等問題。煤氣由于其組分比較復(fù)雜，且顆粒狀和粘稠狀雜質(zhì)較多，造成煤氣的流量檢測比較困難。多孔孔板型
流量計是一種新型的壓差式流量計，其結(jié)構(gòu)簡單且能量損失低，因而被用于化工、核能、環(huán)境控制系統(tǒng)等領(lǐng)域中的流量測量,多孔孔板流量計在流量檢測時,所測介質(zhì)在通過多孔節(jié)流整流器的同時進行流體整流，誠小節(jié)流裝置后形成的渦流,形成較穩(wěn)定的紊流，從而使引壓管路能夠獲取到較穩(wěn)定的差壓信號間。所以，多孔孔板既能平衡調(diào)整流場,又能降低渦流損失”。其中的對稱多孔孔板差壓式流量計可有效提高計量精度,具有壓力損失小、流出系數(shù)高、適應(yīng)性好等特點。但由于缺乏相對完整的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計和性能優(yōu)化設(shè)計準則的相關(guān)指導,在一定程度上限制了對稱多孔孔板差壓式流量計的應(yīng)用范圍。對于未安裝流量計的煤煙管路,按照實際流體介質(zhì)的現(xiàn)狀來有針對性選取合適的流量計量儀表凹,并運用模擬流量的分析方法來確定流量計的安裝位置,從而有效降低不利影響，保證計量結(jié)果的正確率。
以鋼廠未安裝流量計的蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路為例,根據(jù)管路的現(xiàn)場工況和管路內(nèi)的氣流分布情況,選用一種對稱多孔孔板差壓式流量計進行計量,通過數(shù)字化分析與工況標定對比，從而確定流量計的具體安裝位置，提高煤煙計量的精度,為生產(chǎn)能源有效調(diào)度和能耗核算奠定的基礎(chǔ)。
1板坯加熱爐煤煙管路現(xiàn)場工況
蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路圖如圖1所示，管路是從總管出來后，經(jīng)一個彎頭和直管段后，再經(jīng)過一個同面彎頭。直管段上有一個蝶閥，蝶閥部分縮頸。由圖1可知，該蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路適于安裝流量計的直管段不足，受煤煙管段中彎頭反蝶閥的影響管道內(nèi)易形成復(fù)雜流態(tài)流動的情況，若流量計安裝位置選擇不恰當，將會使流量計所得到的計量數(shù)據(jù)與煤煙的實際流動情況產(chǎn)生出入，從而影響煤煙的計量精度。
蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路現(xiàn)場工況基本參
數(shù)如下:
(1)介質(zhì):煤煙氣;
(2)管道口徑:1220mm;
(3)管道壁厚:6mm;
(4)直管道尺寸:閥前3500mm;閥長2200mm;閥后2100mm;
(5)壓力:-4kPa(G);
(6)溫度:150℃;
(7)密度:0.92kg/m3;
(8)粘度:2.47X10-5Pa.s;
(9)大流量:26.010kg/s;
(10)常用流量:20.808kg/s;
(11)小流量:8.323kg/s。
2管路內(nèi)氣流分布規(guī)律
對蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路未安裝流量計的情況進行了數(shù)值模擬，用于分析管道內(nèi)流體的流動狀態(tài)，確定流量計的最佳安裝方案。數(shù)值模擬方法是研究流量傳感器特性的有效手段之一，既可降低成本，又可提高效率凹。所以采用數(shù)值模擬的方法對煤煙管路進行分析，從而得到管路內(nèi)的氣流分布規(guī)律。分析時，工況選取為正常工況(常用流量20.808kg/s)。圖2和圖3為蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路內(nèi)截面上的速度分布云圖。
蝶閥前管路內(nèi)煤煙的流動狀態(tài)較蝶閥后的流動狀態(tài)相對較好，因為蝶閥前管路內(nèi)的氣流分布情況主要受上游彎頭的影響，而蝶閥后管道內(nèi)的流場受上游彎頭的影響、上游閥門的影響、上游漸擴管與漸縮管的影響，此外當閥門]變動時，閥后的流動狀態(tài)變化相對較大。所以應(yīng)將流量計安裝在蝶閥前的位置。從圖2和圖3可以看出，經(jīng)過上游彎頭后,煤煙管道下方位置的流速偏低些，上部流速偏高些，整個橫截面速度分布有一定的偏差。從流動狀態(tài)上看,流量計的取壓點應(yīng)取在與管道軸向平行的管壁位置處。
3確定流量計安裝位置
流量計安裝位置選定的標準是:所選位置的橫截面速度分布盡可能均勻,同時也要考慮流量計的安裝和流量計自身的特點。對稱流量計是-種對稱多孔孔板差壓式流量計,其設(shè)計圖如圖4所示。其計量精度高、對直管段要求較低，同時具有防堵的功效，適用于煤煙的流量計量,所以選用AB對稱流量計來對蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的流量進行計量。根據(jù)煤煙管路的實際工況條件、煤煙管路內(nèi)氣流的分布規(guī)律、安裝以及流量計的特點，應(yīng)避免彎頭、漸縮管及閥門處對于管道內(nèi)流速和壓力的影響。經(jīng)過分析,該蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的流量計安裝位置距上游彎頭中心的距離為2.1m。因介質(zhì)物性參數(shù)無準確的數(shù)值,差壓無特殊要求,因此選用常用的開孔比0.65的AB對稱流量計。
4安裝流量計后管路內(nèi)的流動狀態(tài)及工況精度分析
工況選取為正常工況(常用流量20.808kg/s)。圖5為安裝流量計后的蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路三維管道模型。圖6~9為蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路內(nèi)各截面速度分布云圖及縱截面速度矢量圖。從圖6可以看出經(jīng)過流量計后,速度分布變?yōu)楹苡幸?guī)則。圖7和圖8分別為煤煙管路流量計前0.5m處橫截面速度分布云圖與煤煙管路流量計后0.5m處橫截面速度分布云圖，兩圖對比同樣能表明經(jīng)過流量計后橫截面_上的速度分布相對規(guī)則。圖9為煤煙管路縱截面速度矢量圖，該圖展示了流量計出口處的流動狀態(tài)，在流量計后只是形成很小的漩渦。所以,蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路在選定位置安裝流量計后流量計的尾流流場能夠形成相對規(guī)則的流動狀態(tài),近而保證對煤煙管路進行正確計量。
分別對蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的相應(yīng)工況條件即最大流量、常用流量和最小流量用數(shù)字化分析技術(shù)進行標定，獲得蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的流量計量精度分析數(shù)據(jù)如表1所示。從表1中可看出流量計對于煙氣管路的計量線性度高為0.426%，精度等級較高為0.5級。由此可以說明安裝流量計能夠?qū)γ簾煿苈愤M行準確計量。
5結(jié)論
(1)安裝流量計的蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路內(nèi)的流動分布相對不均勻,受煤煙管路中彎頭和蝶閥的影響，橫截面.上部分區(qū)域流速波動較明顯，據(jù)流速分布特點，流量計取壓點應(yīng)選在與管路軸向平行的管壁位置處。
(2)因煤煙管路直管段不足及煤煙管路的實際工況條件,選擇一種對稱多孔孔板差壓式流量計進行計量，同時結(jié)合管路中流體的流動狀態(tài)及所安裝流量計本身的特點，確定了流量計的最佳安裝位置為:距離蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路.上游彎頭中心.的距離為2.1m。
(3)通過數(shù)字化分析和工況標定，獲得了蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路_上流量計的線性度為0.426%,精度為0.5級。
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