摘要:鋼(gāng)鐵企(qǐ)業的煤煙氣管(guǎn)網的現場工況(kuàng)條件複雜(zá)。爲了(le)安裝流量計并(bìng)獲得流(liú)量計在工沉條件下的(de)線性度和(hé)精度(dù)等級，采用模拟(nǐ)流量分析(xī)方法(fǎ),針對(duì)蓄熱(rè)式闆(pǎn)坯加熱爐煤煙管路(lù)的實際工(gōng)況條件,選取一種對(duì)稱多孔孔(kǒng)闆差(chà)壓式(shì)流量計
,對(duì)煤煙管路進行數字(zì)化分析(xī)和工況标定(dìng)，從而(ér)确(què)定流(liú)量(liàng)計的(de)具(jù)體安裝(zhuāng)位置，得(dé)到(dào)工業環境(jìng)下(xià)流量計(jì)的實際線性誤(wù)差和(hé)精(jīng)度等(děng)級(jí)，實現(xiàn)煤煙的計量。
引言(yán)
流量計(jì)量對工業生産非常(cháng)重要,廣泛(fàn)應用于工(gōng)農業生産、科學(xué)研究(jiū)、國防建設(shè)以及(jí)生活(huó)等諸(zhū)多領(lǐng)域(yù)川。經過(guò)流量(liàng)計量儀表(biǎo)可以(yǐ)真實的反(fǎn)映出成本,對(duì)實(shí)行企(qǐ)業能源管理減低能源消(xiāo)耗有(yǒu)着重大的(de)作用(yòng)。鋼鐵企業(yè)的煤(méi)氣管(guǎn)網(wǎng)主(zhǔ)要存在上(shàng)下遊直管(guǎn)段不充足、煤氣(qì)中含(hán)有少量粉(fěn)塵雜質(zhì)等(děng)問題(tí)。煤氣由于其組分比較複雜，且顆粒(lì)狀和粘稠(chóu)狀雜(zá)質(zhì)較(jiào)多，造(zào)成煤氣的流量(liàng)檢測比(bǐ)較(jiào)困難(nán)。多孔(kǒng)孔闆型
流(liú)量(liàng)計是一種新(xīn)型的壓差式流(liú)量計，其結(jié)構簡單且能(néng)量損失(shī)低，因而被(bèi)用于(yú)化工、核(hé)能、環境(jìng)控制系(xì)統等(děng)領域中的流量測(cè)量,多孔孔闆流量計(jì)在流量檢測時(shí),所測介質(zhì)在通(tōng)過多(duō)孔節(jiē)流整流器的同時進行(háng)流體整(zhěng)流，誠小節流裝置後形成的渦(wō)流,形成較穩定(dìng)的紊流，從(cóng)而使引壓(yā)管(guǎn)路(lù)能夠(gòu)獲取到較穩定(dìng)的差壓(yā)信(xìn)号間。所以(yǐ)，多(duō)孔(kǒng)孔闆(pǎn)既能(néng)平衡調整流場,又能降低(dī)渦流損失”。其中(zhōng)的對稱多孔孔(kǒng)闆差壓(yā)式(shì)流量(liàng)計可有(yǒu)效(xiào)提高(gāo)計量精度(dù),具有(yǒu)壓力(lì)損失(shī)小、流(liú)出系數高、适應(yīng)性好(hǎo)等(děng)特點。但由于缺乏(fá)相對完整的結構參(cān)數設計和性能(néng)優化設(shè)計準則(zé)的相關指導,在(zài)一定(dìng)程度(dù)上限制了對稱(chēng)多孔(kǒng)孔闆(pǎn)差壓(yā)式流(liú)量計的應(yīng)用範(fàn)圍。對于未安(ān)裝(zhuāng)流量計的煤煙管路,按照(zhào)實際(jì)流體介(jiè)質(zhì)的現(xiàn)狀來有針對性(xìng)選取合适的流(liú)量計(jì)量儀表凹(āo),并運用(yòng)模拟流量的(de)分析方法(fǎ)來确定流(liú)量計(jì)的安(ān)裝位置,從(cóng)而有效降(jiàng)低不利影響(xiǎng)，保(bǎo)證計量結果的(de)正确(què)率。
以鋼廠未安(ān)裝流量計的蓄(xù)熱式闆(pǎn)坯加熱爐煤煙管(guǎn)路爲(wèi)例,根據管(guǎn)路的(de)現場工(gōng)況和管路内的氣流分(fèn)布情況,選(xuǎn)用一種對稱(chēng)多孔孔(kǒng)闆差壓(yā)式流量(liàng)計(jì)進行計量,通(tōng)過數字化(huà)分析(xī)與工(gōng)況标定對(duì)比，從而确(què)定流量計(jì)的具體安(ān)裝位置，提高煤(méi)煙計(jì)量的精(jīng)度(dù),爲生産能源有效調度和能耗(hào)核算奠(diàn)定的基礎(chǔ)。
1闆(pǎn)坯加熱爐(lú)煤煙(yān)管路現場工況
蓄熱(rè)式闆(pǎn)坯加熱爐煤煙(yān)管路(lù)圖如圖1所(suǒ)示，管路是(shì)從總(zǒng)管出(chū)來(lái)後(hòu)，經一(yī)個彎頭和(hé)直管(guǎn)段後(hòu)，再經過一(yī)個同面彎頭。直管段上有一個(gè)蝶閥，蝶閥部(bù)分(fèn)縮頸(jǐng)。由圖1可知，該蓄熱(rè)式(shì)闆坯加熱爐煤煙管(guǎn)路适于安(ān)裝流(liú)量計(jì)的直管段(duàn)不足，受煤煙管(guǎn)段中彎頭反蝶(dié)閥的(de)影響(xiǎng)管道内易(yì)形成複雜(zá)流态流(liú)動的情況，若(ruò)流(liú)量計安(ān)裝位置(zhì)選擇不(bú)恰當，将會使流(liú)量計所(suǒ)得(dé)到的(de)計量(liàng)數據與煤(méi)煙的實際流動(dòng)情況産生出入(rù)，從而(ér)影響煤煙(yān)的計(jì)量精度。
蓄(xù)熱式闆坯加熱(rè)爐煤煙管路現場工況(kuàng)基本參(cān)
數如下(xià):
(1)介質:煤(méi)煙(yān)氣(qì);
(2)管(guǎn)道口徑:1220mm;
(3)管道(dào)壁厚:6mm;
(4)直管(guǎn)道尺(chǐ)寸:閥(fá)前3500mm;閥(fá)長2200mm;閥(fá)後2100mm;
(5)壓力:-4kpa(g);
(6)溫(wēn)度:150℃;
(7)密度:0.92kg/m3;
(8)粘度:2.47x10-5pa.s;
(9)大(dà)流量(liàng):26.010kg/s;
(10)常用流量(liàng):20.808kg/s;
(11)小流(liú)量:8.323kg/s。
2管路内氣流(liú)分布規律(lǜ)
對蓄熱式(shì)闆坯(pī)加熱(rè)爐(lú)煤煙管路未安裝流量(liàng)計的情況進(jìn)行(háng)了數值模拟，用(yòng)于分析管道内(nèi)流體的流(liú)動狀态，确定流(liú)量計(jì)的最佳安裝方(fāng)案。數(shù)值模(mó)拟方(fāng)法是研(yán)究流量(liàng)傳感(gǎn)器特(tè)性的(de)有(yǒu)效手段(duàn)之一(yī)，既可降(jiàng)低成本(běn)，又可提高(gāo)效率(lǜ)凹。所以采用數值模拟的方法(fǎ)對煤煙(yān)管(guǎn)路進(jìn)行分析，從(cóng)而(ér)得(dé)到管(guǎn)路内的氣(qì)流分布(bù)規律。分析時(shí)，工況選取(qǔ)爲(wèi)正常工(gōng)況(常(cháng)用流(liú)量20.808kg/s)。圖2和(hé)圖(tú)3爲蓄熱式(shì)闆坯(pī)加熱爐煤煙管(guǎn)路内截(jié)面上的速度分布雲圖(tú)。
蝶閥前管(guǎn)路(lù)内(nèi)煤煙(yān)的流(liú)動狀(zhuàng)态較蝶閥(fá)後的(de)流動狀态相對較好，因爲(wèi)蝶閥前管路(lù)内的(de)氣(qì)流分布情(qíng)況主(zhǔ)要受(shòu)上遊彎頭(tóu)的影(yǐng)響，而(ér)蝶閥後管(guǎn)道内的流(liú)場受上(shàng)遊彎頭(tóu)的影響、上遊閥(fá)門的影響、上遊(yóu)漸擴(kuò)管與漸縮(suō)管的影響，此外(wài)當閥(fá)門]變動時(shí)，閥後的流(liú)動狀(zhuàng)态變化相對較(jiào)大。所以應将流(liú)量計安裝(zhuāng)在蝶(dié)閥前的(de)位置。從圖2和(hé)圖(tú)3可以看出，經過(guò)上遊彎(wān)頭後(hòu),煤煙管道(dào)下(xià)方位置(zhì)的流(liú)速偏低些，上部(bù)流速偏高(gāo)些，整個橫(héng)截(jié)面速度分布有一(yī)定的(de)偏差。從(cóng)流動狀(zhuàng)态上(shàng)看,流量計的取壓(yā)點(diǎn)應取(qǔ)在與管(guǎn)道(dào)軸向平行(háng)的(de)管壁位(wèi)置處(chù)。
3确定流量(liàng)計安裝位置
流量計安裝(zhuāng)位置(zhì)選定(dìng)的标準是(shì):所選位置(zhì)的橫(héng)截面(miàn)速度(dù)分布(bù)盡可能均(jun1)勻(yún),同(tóng)時也要考慮流(liú)量計(jì)的安裝和流量計自(zì)身的(de)特點。對稱流量(liàng)計是-種(zhǒng)對稱多(duō)孔孔闆差壓式(shì)流量計(jì),其設計圖如(rú)圖4所示。其計量(liàng)精(jīng)度高、對(duì)直管段要求較低，同時具有防(fáng)堵的功(gōng)效，适用于煤(méi)煙的流量(liàng)計量,所以選用(yòng)ab對稱(chēng)流量計(jì)來(lái)對蓄熱(rè)式(shì)闆坯加熱(rè)爐煤煙管路的流(liú)量(liàng)進行計量。根據煤煙(yān)管路的(de)實(shí)際工(gōng)況條(tiáo)件、煤煙管(guǎn)路内氣(qì)流(liú)的分(fèn)布規律、安(ān)裝以(yǐ)及流量計的特(tè)點，應(yīng)避免彎(wān)頭(tóu)、漸縮管及閥門處對于(yú)管道内(nèi)流速和壓(yā)力的(de)影響。經過分析(xī),該蓄熱式闆坯(pī)加熱(rè)爐(lú)煤煙管路的(de)流量(liàng)計安(ān)裝位置距(jù)上遊(yóu)彎頭中心(xīn)的距(jù)離爲2.1m。因(yīn)介質物(wù)性參數無(wú)準确(què)的數值(zhí),差壓無(wú)特殊(shū)要求,因此(cǐ)選用常用的開(kāi)孔比0.65的ab對稱流(liú)量計(jì)。
4安裝流量(liàng)計後管路内的(de)流動(dòng)狀态及工(gōng)況(kuàng)精度分(fèn)析
工況選(xuǎn)取(qǔ)爲正常(cháng)工況(kuàng)(常用(yòng)流量(liàng)20.808kg/s)。圖5爲(wèi)安裝流量(liàng)計後(hòu)的蓄熱式闆坯加熱(rè)爐煤(méi)煙管路(lù)三維(wéi)管道模(mó)型。圖(tú)6~9爲蓄(xù)熱式闆坯加熱(rè)爐煤(méi)煙管路内(nèi)各截面速(sù)度分(fèn)布雲圖及縱(zòng)截面速(sù)度矢量圖(tú)。從圖(tú)6可以看出(chū)經過(guò)流量計後,速(sù)度分(fèn)布變爲(wèi)很有規則。圖7和圖8分别爲(wèi)煤煙(yān)管路流(liú)量計前(qián)0.5m處橫截面速度(dù)分布(bù)雲圖(tú)與煤煙管路(lù)流量計(jì)後0.5m處橫截(jié)面速度分(fèn)布雲圖，兩(liǎng)圖對比(bǐ)同樣能(néng)表明(míng)經過流量(liàng)計後(hòu)橫(héng)截(jié)面_上的速度分(fèn)布相(xiàng)對規則(zé)。圖9爲煤煙管(guǎn)路縱截面(miàn)速度矢量圖，該(gāi)圖展示了(le)流量(liàng)計出口處(chù)的流(liú)動狀态(tài)，在流量計後隻是形成很小(xiǎo)的漩(xuán)渦。所(suǒ)以,蓄熱式闆坯加熱(rè)爐煤煙管(guǎn)路在選定位置安裝流量計後(hòu)流量計的尾流(liú)流場能夠形成(chéng)相對規則的流(liú)動狀态(tài),近而保證對(duì)煤煙管路(lù)進(jìn)行正(zhèng)确計量(liàng)。
分别對蓄(xù)熱式闆坯加(jiā)熱(rè)爐煤煙管路的相應工況條件即最大流量、常用流(liú)量和最(zuì)小流量用數字(zì)化分析技術進行(háng)标定，獲得蓄熱式闆(pǎn)坯加熱爐煤煙(yān)管路的流量計量精(jīng)度分(fèn)析數(shù)據如(rú)表1所示。從(cóng)表1中可看出流(liú)量(liàng)計對于(yú)煙氣(qì)管路的(de)計量(liàng)線(xiàn)性度(dù)高爲0.426%，精度(dù)等級(jí)較高爲0.5級(jí)。由此可以說明安裝流量計能(néng)夠對煤煙管路進行(háng)準确計量(liàng)。
5結論
(1)安(ān)裝(zhuāng)流量(liàng)計的(de)蓄熱式闆坯加熱(rè)爐(lú)煤煙(yān)管路内的流動(dòng)分布相(xiàng)對(duì)不均勻,受煤(méi)煙管路(lù)中彎頭和蝶閥(fá)的影(yǐng)響，橫截面(miàn).上部分區域流(liú)速波動較(jiào)明顯(xiǎn)，據流速分(fèn)布特點，流(liú)量計取壓(yā)點應選在(zài)與管(guǎn)路軸向平(píng)行的(de)管壁位置(zhì)處。
(2)因(yīn)煤煙管路(lù)直管(guǎn)段不(bú)足及(jí)煤煙(yān)管路(lù)的實際工(gōng)況條件,選擇一(yī)種對(duì)稱多孔孔(kǒng)闆差壓(yā)式流量計進(jìn)行計量，同(tóng)時結合管路中(zhōng)流體(tǐ)的(de)流動狀(zhuàng)态及所安(ān)裝流(liú)量計本身的特(tè)點，确定了(le)流量計的最佳(jiā)安裝(zhuāng)位置爲(wèi):距離蓄(xù)熱式闆坯(pī)加熱爐煤煙管(guǎn)路.上(shàng)遊彎(wān)頭中心.的(de)距離爲2.1m。
(3)通(tōng)過數(shù)字化(huà)分析和工(gōng)況标定，獲(huò)得了蓄熱(rè)式(shì)闆坯加熱爐(lú)煤煙管路_上流量計的線(xiàn)性度爲0.426%,精度爲0.5級。
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