差壓式流量計在鋼鐵企業(yè)的應用

標準節(jié)流裝置的應用

標準型是指只要按照標準文件設計、制造、安裝和使用，無需實流校準即可確定輸出信號（差壓）與流量的關系，并估算其測量誤差[1]。由于它有標準ISO5167支持，不需標定可直接使用。其研究資料及生產實踐的積累極其豐富，至今尚無任何一類流量計可與之相比。全部單相流體，包括液體、氣體、蒸汽皆可測量，部分混相流，如氣固、氣液、液固等也可應用，基本上能滿足一般生產過程各種管徑的計量要求。與之配合的差壓變送器有金屬膜片電容式、陶瓷片電容式、擴散硅式和單晶硅諧振式等，普遍為小型化、智能型。特別是現(xiàn)在廣泛應用的一體化標準孔板、標準噴嘴等廣泛采用EJA、ABB等寬量程變送器配無紙記錄儀或流量計算機，有完善的補償功能，使測量在精度、抗干擾性能以及適應生產現(xiàn)場的惡劣環(huán)境等方面都有其它儀表不能比擬的優(yōu)勢。其zui大缺點是壓損大，運行成本高及要求直管道長度長、測量范圍度窄等。

貿易結算采用有、國家標準的儀表

隨著市場競爭的日趨激烈，企業(yè)內部降成本的要求越來越高，因而對計量數(shù)據(jù)越來越“斤斤計較”。一旦發(fā)生計量異議，有標準支持的儀表數(shù)據(jù)在解決計量異議方面有性。如企業(yè)外購的天然氣計量，供方采用標準孔板，企業(yè)也在入口裝同樣流量儀表，盡管以對方數(shù)據(jù)結算，但雙方均采用同樣計量裝置，輸差過大也好查找原因。企業(yè)內部的各天然氣計量點也采用標準孔板，一旦發(fā)生計量異議，供用雙方及計量部門也好處理。重鋼使用工業(yè)天然氣已近五十年，不管是以前用量較大，還是現(xiàn)在的大幅減少，計量輸差均控制在較小范圍內。

蒸汽、氧氣、水等較重要的計量采用標準節(jié)流裝置的使用效果

（1）動力廠鍋爐生產的315MPa、400℃左右的過熱蒸汽采用標準噴嘴計量，標準噴嘴具有壓損?。ㄅc孔板比較）耐磨損、流出系數(shù)穩(wěn)定，使用壽命長，結構已標準化，有豐富的使用經驗等優(yōu)點，計量度相對較高；但經減溫、減壓后的過熱蒸汽壓力均在113MPa以下，計量部門加強了設計計算及計量系統(tǒng)的維護工作，使總量與分量間輸差大幅下降，近幾年來達到5%～8%， （未經平衡修正）收到較好效果。但由于濕蒸汽計量的特點，無法在線測量干度，由于輸送距離及管道保溫情況等因素，部分過熱蒸汽變成了飽和蒸汽，或者濕飽和蒸汽。形成汽液兩相流介質，對相流經常變化的蒸汽來說，其流量的計量是一個比較困難的問題，在測量技術上還有很多問題要解決。要使計量準確進一步提高仍然存在一定難度。

（2）使用文丘里管計量要求壓損較小和精度較高的流體，在標準節(jié)流裝置中，文丘里管流量特性穩(wěn)定可靠，壓損僅為其差壓的10%～20%，對上游直管道長度要求比孔板短。用它進行流體測量，由于廓形節(jié)流件的結構使流體在流經文丘里管時流通順利，不易堵塞，只是制造成本較高，在企業(yè)使用不多。由于文丘里管的優(yōu)良計量性能，在壓縮空氣產量、較重要用戶的高爐煤氣（干煤氣）送熱風爐的風量計量上采用文丘里管，雖然成本較高，但使用效果很好，維護量極少。

（3）氧氣產量計量使用標準孔板與煉鋼廠標準孔板相比，在生產正常時輸差較小，在用戶用量變化較大和用量較小時輸差較大，這也體現(xiàn)了孔板量程小的缺點。也曾嘗試采用其它儀表，但效果還不如標準孔板。

（4）從長江抽到企業(yè)的總水量計量仍然采用標準孔板，經過幾十年的計量情況看，當江水較清時，計量效果好，而在洪水季節(jié)，由于泥沙多、雜物多，有時會嚴重影響計量的準確度和儀表的正常運行。由于總水管均在DN1000mm左右，采用電磁流量計在引起計量異議時比較麻煩。

隨著國家標準GB/T2624—2006/ISO5167—2：2003的實施，其更長直管道長度的要求對企業(yè)使用上的確是挑戰(zhàn)。

非標準節(jié)流裝置的應用

錐形流量計

（1）錐形流量計壓力損失相對較小。由于錐形節(jié)流件不象標準孔板那樣直接正面阻擋流體流過向中心收縮，而是比較平滑地向管道邊緣節(jié)流，因而壓力損失小。流通面積相等的孔板和錐形流量計，在同樣流量時錐形比孔板產生差壓小。在長期運行中，能耗費用相對較少，有利于降低消耗。

（2）要求直管段長度較短。由于錐體所形成的環(huán)形通道逐漸減小，流體流速加快，壓力降低因而可減少或消除漩渦；由于內錐不僅具有節(jié)流作用，還具有類似于流動調整器整流作用，經我們對DN100、200mm管徑錐形節(jié)流件的數(shù)十次測試，比孔板要求的直管道長度要短，但慎用前3D后1D說法。

（3）有自清掃能力。根據(jù)流體力學原理，流體在流過物體曲面時，產生邊界層效應，而脫離物體表面，由于內錐流量計的環(huán)形通道，使污物無法滯留而特別適用于臟污流體如焦爐煤氣、高爐煤氣、濕氣體的測量。

（4）量程比較大，由于內錐節(jié)流件的差壓輸出信號中的背景噪聲很小，較低的差壓值也能有效地被檢測出來，因此較小的流量也可以測量出來。經過我公司對DN100、DN200mm錐形流量計的數(shù)十次試驗，量程比可達10ζ1，其重復性和線性度都較好，管道直徑300mm內可以保證準確度等級為015～110級。

（5）與孔板相比，節(jié)能效果較好，標準孔板參數(shù)為：DN100mm，β值為015268，Δpmax=51100Pa，qmmax=50t/h；錐形參數(shù)為：DN100mm，βv值為015268，Δpmax=23500Pa，qmmax=50t/h；我們曾在標準孔板前直管道長度為8700mm即87D（ISO5167：2003E規(guī)定為42D）其后裝上與孔板流通面積相等的錐形流量計，孔板與錐形流量計之間的長度為3400mm即34D，可認為介質是充分發(fā)展流。經過數(shù)據(jù)測試，流通面積相等的孔板和錐形流量計，在同樣流量時孔板產生差壓51100Pa，錐形產生差壓23500Pa，錐形比孔板產生差壓小27600Pa約為孔板的46%，錐形確有節(jié)能作用[2]。

（6）我們在DN100mm飽和蒸汽管道和天然氣、DN300mm以下管道的壓縮空氣、水流量的計量中采用錐形流量計均取得良好的效果。

（7）錐形流量計在我國是一種新型節(jié)流式儀表，目前生產廠家很多，它確有一些優(yōu)點，但廠家大多依據(jù)標準節(jié)流裝置的要求自行設計和制造，還沒有系統(tǒng)完善的資料，它可以滿足GB17167—2006的要求，但在選用時，由于流出系數(shù)的不確定性，一定要經過標定后方可使用，且盡量不要在大管道上使用。

楔形流量計

（1）以流體通過起節(jié)流作用的圓缺楔時產生壓差的原理而進行流量測量的。楔形流量計的主要結構特點是節(jié)流件設計成V型的楔形件，這兩塊平板在臨界角上焊接在一起，然后插入槽內，安裝時楔形件的頂部朝下，其*角度設計能消除滯流區(qū)使浮液順利通過楔形節(jié)流件，防止管道堵塞，差壓引出管在位于楔形片中心兩邊等距離的地方[3]。當流體流經V形節(jié)流塊時，流通面積減少，流速增大，靜壓減小，從而產生靜壓力差。而壓差的平方根與流量成正比。測得壓差即可測得管道中的流量。楔形流量計易于通過較臟污的流體，污物不易積沉、附著，提高了測量的準確性和使用維護周期，適合于石油、冶金、化工、電力、環(huán)保等多種介質測量。特別在低雷諾數(shù)、高粘度的介質使用上，用途廣泛。量程比寬，通?？梢赃_到10：1以上；測量精度經標定后在±0.5%～1%FS1壓損比孔板略小。

（2）焦化廠工業(yè)萘初塔循環(huán)流量、精塔循環(huán)、初期塔原料、精塔原料、一段、二段焦油的測量，過去采用靶式流量計，使用效果不能令人滿意，采用楔形流量計后三年多，計量檢測穩(wěn)定性、可靠性得到大大提高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，維護工作量大為減少，故障率極低，*。中板廠使用的部分蒸汽和天然氣流量的計量也采用了楔形流量計，經過天然氣二年多、蒸汽一年多的使用，用戶反映良好。

（3）重鋼各單位使用zui多的工業(yè)水流量的測量，目前已用了十多臺。由于工業(yè)水含有一定泥沙和雜質，以往使用孔板容易使雜質在孔板前堆集，堆集的雜質也易造成取壓管發(fā)生堵塞，儀表維護工作量大，改用楔形流量計后，以前存在的問題大大減少，效果十分明顯。

（4）在DN600mm以下的高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣中廣泛采用楔形流量計進行測量，由于每臺流量計出廠前均進行標定，根據(jù)已使用三年多的情況來看，既未發(fā)生取壓管堵塞，數(shù)據(jù)也十分可靠穩(wěn)定。

（5）重慶第四鋼廠在全廠天然氣、壓縮空氣計量系統(tǒng)中全部采用重慶昂揚自動化儀表有限公司生產的楔形流量計，克服了以前用孔板時因用量變化范圍大的難題，基本滿足了工藝生產的需要。

測管、均速管流量計

（1）插入式FJP測管流量計由FJPE型流速測管和FJPC型測管流量計算機構成。FJPE型流速測管是FIP系列測管式流量計的傳感部分，它將管道中某點的流體流速轉變成一個對應的差壓信號，*的馬蹄形切口結構使測頭具有測量壓力損失小，污物不易堵塞的性能，通過測管上的吹掃接頭，使用中一旦發(fā)生堵塞可以方便地使用其它氣體在線清掃，以解決現(xiàn)場堵塞問題。在重鋼部分高爐煤氣及其它企業(yè)的煤氣測量中計量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，使用一段時間后仍需用氮氣吹掃以解決堵塞問題。

（2）在大管道的風管、煤氣管道上85、86型均速管流量計使用也比較普遍，我們在1350m3高爐熱風爐DN1800、1320mm高爐煤氣管道和DN1400mm冷風管；中板廠DN630mm450℃熱風管測量中均采用均速管流量計配EJA變送器，使用已兩年未發(fā)生堵塞，測量數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定。均速管流量計的優(yōu)點是*壓力損失小，約為孔板的1/50；安裝、拆卸方便，對上游流體擾動不敏感，即要求的直管段比孔板短，重復性好。主要缺點由于儀表未能逐臺標定而用計算得到儀表系數(shù)值，現(xiàn)場前后直管道長度根本無法滿足要求，因而測量精度不高，產生差壓小，取壓孔易堵塞，為了可靠運行，現(xiàn)場一般都須加上氮氣或壓縮空氣的吹掃接頭。其數(shù)據(jù)的流量信息主要反映在流量的變化上，不適宜作計量數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)的重復性好（約1%），用作工藝控制參數(shù)。

圓缺孔板、彎管流量計

以前在企業(yè)高爐煤氣、焦爐煤氣等得到廣泛應用，目前已被性能更好的楔形孔板逐漸取代。彎管流量計在水、壓縮空氣等流體中也有一定數(shù)量的應用。

流體測量系統(tǒng)的準確度

各種流體選擇安裝好計量儀表后，測量系統(tǒng)的準確度就是供用雙方關注的。儀表的準確度等級不一定就是測量結果的準確度等級。流量計出廠前的校驗或標定是在實驗室的參比工作條件下進行的，此時儀表的準確度達到設計要求方能出廠?？墒卿撹F企業(yè)現(xiàn)場工藝管道的條件差別很大，絕大多數(shù)管道無法滿足儀表在實驗室校驗或標定時的要求，實驗室中管道流體的流動條件為穩(wěn)定流，也可認為是充分發(fā)展流，而現(xiàn)場因受條件限制基本上是非充分發(fā)展流，因而會產生計量的附加誤差，就是標準節(jié)流裝置盡管設計、加工、檢定后都很準確，可是一裝在現(xiàn)場由于流體和環(huán)境所限，也可能成為非標了。企業(yè)除對用于貿易結算的能源和自產能源總量計量數(shù)據(jù)要求高以外，根據(jù)我們的體會，對內部的計量檢測更為關注的是要求儀表使用可靠、耐久、維護量小，發(fā)生計量異議時能方便溯源。對液體計量系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)能達到±2%、氣體±5%以下就可以了，因為計量檢測數(shù)據(jù)并不是用戶的結算數(shù)據(jù)，企業(yè)還要根據(jù)各種流體的總量和分量進行平衡，zui后提供出使供用雙方都能接受的計量結算數(shù)據(jù)。

企業(yè)用量較大的差壓式流量計到底如何選用和評價，筆者根據(jù)所在鋼鐵企業(yè)差壓式流量計的使用情況認為：只要選擇合理，設計準確，加強儀表的維護，隨著高精度、體積小、性能好的EJA、ABB等寬量程差壓變送器和無紙記錄儀、流量計算機的使用，測量范圍度可明顯提高，故障率大為降低，維護量減小，各種差壓式流量計在企業(yè)流體計量中完夠勝任并取得較好的效果。