淺談鍋爐煙氣及風(fēng)量的測(cè)量

榮躍

摘要：本文主要通過(guò)技術(shù)分析闡述了鍋爐煙氣及風(fēng)量的測(cè)量，僅供同行參考。

關(guān)鍵詞： 大管徑風(fēng)量煙氣流量測(cè)量

一 前言

在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)中，鍋爐及鼓風(fēng)機(jī)每小時(shí)都需送入大量的風(fēng)，同時(shí)產(chǎn)出數(shù)萬(wàn)立方米的煙氣。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)體制改革的深入，經(jīng)濟(jì)核算單位的細(xì)分，實(shí)行成本核算與管理，充分降低能耗已成發(fā)展趨勢(shì)，而大風(fēng)量、除塵后煙氣流量的測(cè)量，其意義顯得越來(lái)越重大，亦愈來(lái)愈被人們所關(guān)注與重視。

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，在溫度、壓力、流量、液位4大熱工參數(shù)的測(cè)量中，流量測(cè)量要達(dá)到預(yù)期的精確度和可靠性，自控工程師普遍認(rèn)為難度最大，尤其是大管徑風(fēng)量、煙氣流量測(cè)量，更顯棘手。一則煙氣介質(zhì)中含塵量大；溫度較高，腐蝕性強(qiáng)；二則輸送煙氣的管道管徑大，流量變化范圍大，且煙氣在煙管中靜壓力較小，流速也低。因此，要準(zhǔn)確測(cè)量大管徑風(fēng)量、煙氣流量，關(guān)鍵是選準(zhǔn)流量?jī)x表的類型，其次是正確安裝、使用流量?jī)x表。

二 笛形均速管流量測(cè)量技術(shù)分析

多年來(lái)，在速度場(chǎng)測(cè)量方法上，國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)及工程界對(duì)此問(wèn)題的討論雖然不多，但對(duì)于笛形均速管，在其適用速度模型的紊流程度、反映速度剖面的選點(diǎn)及實(shí)際測(cè)定時(shí)流體動(dòng)力學(xué)對(duì)測(cè)定的影響諸方面，由于理論與實(shí)踐的程度不同，國(guó)內(nèi)專家尚有不同的看法。事實(shí)上，它只能由實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)，并在理論和實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)上，不斷地完善、豐富和發(fā)展。

對(duì)于中、大管徑(D＞300mm)風(fēng)量、煙氣流量測(cè)量，沿用了60余年的卡門—普朗特速度模型仍然適用。由于工藝管是大管徑、鋼管壁，風(fēng)、煙氣在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其附面層效應(yīng)對(duì)速度模型的適應(yīng)性影響減小。采用卡門—普朗特對(duì)數(shù)速度分布方法測(cè)量流量，能夠滿足工業(yè)流量測(cè)量精確度要求。我們經(jīng)過(guò)多次標(biāo)定實(shí)踐證明了這點(diǎn)。鑒于此，在笛形均速管上，用等分面積法或偶對(duì)數(shù)線方法確定的測(cè)管直徑上4個(gè)全壓孔位，無(wú)論從理論上分析，還是實(shí)踐應(yīng)用都證明是可行的。如測(cè)管直徑上用對(duì)稱6個(gè)全壓孔，則它靠管壁的孔易受管內(nèi)壁粗糙度、測(cè)管直徑上全壓孔開孔大小等因素的影響，還易堵塞全壓孔，與想充分反映附面層影響的本意相左。因此，測(cè)量直徑上有6個(gè)全壓孔的笛形均速管不一定比只有4個(gè)全壓孔的好。

關(guān)于流體動(dòng)力學(xué)對(duì)測(cè)量的影響，比較大的是阿牛巴流量計(jì)，因流體繞管向流動(dòng)，管后背壓孔的壓力將受工藝管徑與測(cè)管管徑之比、工藝管徑大小的影響。當(dāng)管直徑由ф200mm變到ф400mm時(shí)，其產(chǎn)品說(shuō)明書上的K值(流量系數(shù))由0.6變到0.8，這樣大的K值變化恰恰說(shuō)明了動(dòng)力學(xué)的影響。而笛形均速管的靜壓取自全壓測(cè)量前工藝管壁上1D處，基本不受流體沖向測(cè)管流阻反波的影響，對(duì)前直管線段阻力影響較小，也不受測(cè)管工藝管阻力影響。因此，笛形均速管流量系數(shù)在紊流區(qū)間范圍內(nèi)變化很小，在雷諾數(shù)4×105～2×106范圍內(nèi)僅變化0.3～0.4%；且可從理論上像標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置那樣計(jì)算出來(lái)，應(yīng)用場(chǎng)合中就可不受制造廠的系數(shù)限制，可因地制宜地應(yīng)用。

三 流量?jī)x表的選擇

迄今為止，工業(yè)用流量?jī)x表種類已發(fā)展到60多種，但沒有一種對(duì)任何流體、任何流動(dòng)狀態(tài)、任何量程，任何使用條件均能使用的流量?jī)x表。每一種流量?jī)x表都有其特定的適用性和局限性。很自然，若儀表選型不當(dāng)，那么流量肯定測(cè)不準(zhǔn)。一般來(lái)講，選擇流量?jī)x表應(yīng)注意以下6點(diǎn)：(1)熟悉生產(chǎn)工藝狀況(包括管道配置情況)；(2)知道被測(cè)介質(zhì)的性狀；(3)弄清正確安裝所選流量?jī)x表的條件；(4)弄清所選流量?jī)x表的測(cè)量原理、條件、方法、結(jié)構(gòu)及特性；(5)了解所選流量?jī)x表的維護(hù)需求；(6)了解流量?jī)x表的性價(jià)比(經(jīng)濟(jì)性)。

顯然選擇大管徑風(fēng)量、煙氣流量測(cè)量?jī)x表也應(yīng)認(rèn)真考慮以上6個(gè)因素。

目前，用于測(cè)量大管徑風(fēng)量、煙氣流量的儀表主要有笛形均速管、孔板節(jié)流裝置、阿牛巴流量計(jì)、插入式熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)、彎管流量計(jì)、插入式渦街流量計(jì)、文丘里管等。在此，筆者結(jié)合自己的設(shè)計(jì)體會(huì)淺析前5種流量?jī)x表的特性、安裝要求、維護(hù)需求及選用不同流量?jī)x表應(yīng)注意的問(wèn)題， 供同行們參考

5種流量?jī)x表除孔板節(jié)流裝置外，均為速度式流量計(jì)，而真正所測(cè)出的速度能反映介質(zhì)平均速度的只有笛形均速管及阿牛巴流量計(jì)。它們測(cè)出的是管截面上介質(zhì)的平均流速，具有一定的代表性，反映了管內(nèi)流速分布變化規(guī)律。笛形均速管流量系數(shù)穩(wěn)定，其中以菱形結(jié)構(gòu)笛形均速管最令人放心。阿牛巴流量計(jì)與笛形均速管流量計(jì)的主要差別在于前者不在管壁上取靜壓，而在動(dòng)壓管后取，其得出的差壓值稍高于笛形均速管差壓值，但其流量系數(shù)受測(cè)管大小與工藝管徑比的影響，會(huì)隨安裝等因素的變化而變化，令人難以計(jì)算和把握。而熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)或渦街流量計(jì)，采用以點(diǎn)代面式的測(cè)量方法。從測(cè)速原理上來(lái)分析，它測(cè)的是管中心介質(zhì)速度，通常很難正確反映實(shí)際值；但在小流量、介質(zhì)的雷諾數(shù)低于2000的層流情況下，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)又有很好的測(cè)量精確度，比笛形均速管及阿牛巴流量計(jì)的測(cè)量精確度高。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是通過(guò)熱功率來(lái)測(cè)定流體流量，所以它不適宜于污染物(有粘性的)多、流量變化范圍大、且介質(zhì)的溫度變化劇烈的流體流量測(cè)量?？装骞?jié)流裝置歷史悠久，應(yīng)用普遍，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可循。但它也有許多局限性，在使用中有許多因素影響其測(cè)量精確度，如工況參數(shù)變化與設(shè)計(jì)不符、孔板與管道不符、前直管段不足、其銳角磨損等等，都會(huì)使其不確定度增大；另外，其測(cè)量范圍窄，僅為3∶1，壓損大，能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高，安裝、拆洗相當(dāng)復(fù)雜、繁瑣，維護(hù)工作量大。彎管流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)無(wú)任何附加節(jié)流件與插入件、不易堵塞，無(wú)壓力損失，因此它適合于大管徑、流速低、靜壓低、粉塵多、腐蝕性強(qiáng)的流體介質(zhì)流量測(cè)量；但對(duì)于90°彎管的結(jié)構(gòu)要求圓滑、管內(nèi)無(wú)毛刺，對(duì)于特大型管徑，安裝麻煩，需要增設(shè)支撐吊架及檢修平臺(tái)。

各類流量?jī)x表測(cè)量原理互不相同，只有在特定的條件下才能發(fā)揮其自身的特點(diǎn)。因此，在大管徑風(fēng)量、煙氣流量測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)于流量?jī)x表的選型，應(yīng)根據(jù)工藝、介質(zhì)、配管等實(shí)際情況，視有所側(cè)重于流量?jī)x表的那些特性，然后根據(jù)特性，選準(zhǔn)儀表。

綜合上述分析，用于大管徑風(fēng)量、煙氣流量測(cè)量?jī)x表中較好的是笛形均速管，它測(cè)量準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠，易適應(yīng)安裝條件，擴(kuò)展條件也好，維護(hù)管理簡(jiǎn)單，一旦投運(yùn)好后，用戶可放心使用。其缺點(diǎn)是要求工藝管縮徑。如果在工程設(shè)計(jì)中首先考慮了縮管，使用起來(lái)就相當(dāng)方便。而它需要的微差壓變送器，1151(或3051)電容式差壓變送器可滿足要求。即使工藝管已裝好，為了長(zhǎng)久穩(wěn)定地準(zhǔn)確測(cè)量，縮管也是合算的。經(jīng)計(jì)算即使縮了管，所增加的管路阻力也僅為孔板的1/10。

四 正確安裝、使用流量?jī)x表

一個(gè)可靠、精確度很高的測(cè)量系統(tǒng)，首先儀表選型要正確；其次儀表要按其要求進(jìn)行正確安裝，這一點(diǎn)常常不為人重視，認(rèn)為不管正確與否，只要裝上去就行了，這無(wú)疑給測(cè)量系統(tǒng)引入了不確定度。如：風(fēng)量、煙氣測(cè)量系統(tǒng)中，若采用孔板節(jié)流裝置，安裝時(shí)稍有疏忽，垂直度、同心度就不夠，會(huì)給測(cè)量帶來(lái)很大的不確定度，即使儀表選型正確，也測(cè)不準(zhǔn)，并且不確定度會(huì)很大。最后，要正確使用儀表，定期進(jìn)行維護(hù)、維修工作，保證流量?jī)x表正常工作。對(duì)于煙氣流量測(cè)量，由于介質(zhì)中多塵、腐蝕性大，必須定期吹掃、清洗儀表探頭，定期檢查探頭有無(wú)污物粘結(jié)，信號(hào)引壓口、引壓管是否被塵埃或粘結(jié)物堵死等，這些都是保證風(fēng)量、煙氣流量測(cè)量系統(tǒng)正常必不可少的日常工作。

五 結(jié)束語(yǔ)

總之，大管徑風(fēng)量、煙氣流量測(cè)量?jī)x表的選擇與使用都是非常重要的。準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量大管徑風(fēng)量、煙氣流量也是各生產(chǎn)部門及環(huán)保部門都需要普遍關(guān)心的問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)目前的測(cè)量水平，進(jìn)一步做些細(xì)致的技術(shù)工作，筆者堅(jiān)信，真正地探索出一條大管徑風(fēng)量、煙氣流量測(cè)量的新路應(yīng)該為時(shí)不遠(yuǎn)。