防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置在輕灰流化床上的應(yīng)用

劉立安

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

輕灰流化床俗稱豎起來的煅燒爐，它的進(jìn)風(fēng)室流量是流化床穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)。過去一直沿用測(cè)量風(fēng)室壓力間接反映進(jìn)風(fēng)流量，缺陷是當(dāng)風(fēng)室堵的時(shí)候用壓力就很難判斷流量。以前也嘗試用彎管流量計(jì)測(cè)量，由于直管段短，介質(zhì)含堿塵，安裝位置不理想沒有成功。有一種熱電廠專門測(cè)量風(fēng)量的傳感器——防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置，這種流量計(jì)采用畢托管測(cè)量原理，有本質(zhì)防堵功能，免維護(hù)，針對(duì)流化床循環(huán)爐氣介質(zhì)的特點(diǎn)，采用這種風(fēng)量測(cè)量裝置測(cè)量試用幾個(gè)月，效果非常理想。

1 防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置的組成

防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置是由測(cè)風(fēng)裝置和微差壓變送器組成，并連接顯示，記錄、積算、調(diào)節(jié)儀表或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成流量的檢測(cè)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

測(cè)風(fēng)裝置安裝在風(fēng)量傳輸?shù)墓艿郎?，將介質(zhì)的流量變換成差壓信號(hào)；差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與介質(zhì)流量相對(duì)應(yīng)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，以進(jìn)行顯示，累積和調(diào)節(jié)控制。

2 防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置的工作原理

2.1 工作原理

防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置基于S 型畢托管測(cè)量原理，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的。測(cè)量傳感器安裝在管道內(nèi)，流體以一定流速在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，迎風(fēng)面感受動(dòng)壓和靜壓，動(dòng)壓、靜壓之和稱為“全壓”，背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖擊，其感受靜壓，全壓和靜壓之差稱為差壓，管道內(nèi)的風(fēng)速和差壓的平方根成正比，風(fēng)速與差壓符合關(guān)系式：

式中：v——風(fēng)速，m／s；

k——測(cè)量裝置流量系數(shù)；

△P——差壓，Pa；

ρ——?dú)怏w密度，kg／m3。

全壓傳感器的感壓口對(duì)準(zhǔn)氣體的氣流方向，氣流在全壓傳感器上產(chǎn)生與流速對(duì)應(yīng)的壓力，相鄰的靜壓傳感器同時(shí)測(cè)出該位置的風(fēng)道靜壓，在這一測(cè)點(diǎn)位置就有代表氣體流速的動(dòng)壓（差壓）輸出。在一支測(cè)量探頭上，如果配置多對(duì)流速傳感器，探頭的輸出則代表多個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均流速。

當(dāng)風(fēng)道內(nèi)插入多支測(cè)量探頭時(shí)，將探頭輸出的全壓與全壓、靜壓與靜壓并聯(lián)起來，就可以準(zhǔn)確測(cè)量風(fēng)道截面各測(cè)點(diǎn)的平均流速。這就意味著如果盡量多地在風(fēng)道內(nèi)布置測(cè)量探頭、每支測(cè)量探頭盡量多地配置流速傳感器，就可以避免風(fēng)道內(nèi)由于旋流、紊流造成的流場(chǎng)不均勻?qū)y(cè)量帶來的影響，減少測(cè)量誤差。

2.2 防堵原理

防堵風(fēng)速測(cè)量裝置就是采用S型畢托管的工作原理，在此基礎(chǔ)上增加防堵裝置。在測(cè)量裝置取壓口的靜壓、動(dòng)壓管內(nèi)中心位置，各懸吊一根不銹鋼的防堵振動(dòng)桿，在水平風(fēng)道風(fēng)管上垂直安裝的風(fēng)量測(cè)量裝置，當(dāng)有管道振動(dòng)或氣流沖擊產(chǎn)生的動(dòng)能，使振動(dòng)桿在隨機(jī)擺動(dòng)，可以把管內(nèi)壁積聚的粉塵刮下隨氣流吹走，所以測(cè)量裝置的測(cè)量孔永遠(yuǎn)不會(huì)堵塞。

3 防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置的特點(diǎn)

由于防堵陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛地被應(yīng)用于電站鍋爐煙道氣、一次風(fēng)、二次風(fēng)的測(cè)量，測(cè)量裝置的主要特點(diǎn)如下：

1）測(cè)量精度高、良好的線性與重復(fù)性；

2）在管道截面上多點(diǎn)陣列分布測(cè)點(diǎn)，能準(zhǔn)確測(cè)量流體的平均流速；

3）安裝時(shí)要求的直管段很短，一般上游0－3D，下游要求0－1D；

4）傳感器內(nèi)部包含防粉塵堵塞裝置，長(zhǎng)期運(yùn)行不會(huì)堵塞取壓口，真正做到免維護(hù)運(yùn)行；

5）可以忽略不計(jì)的管道壓力損失，經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行成本，是節(jié)約能源的有效措施；

6）對(duì)用戶提供個(gè)性化設(shè)計(jì)方案，根據(jù)不同需求調(diào)整測(cè)點(diǎn)位置與數(shù)量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格法測(cè)量；

7）極為簡(jiǎn)便的插入式安裝方式，適合各類大管徑、低流速、短直管段風(fēng)管、風(fēng)道的流速流量測(cè)量。

4 實(shí)施方案

現(xiàn)場(chǎng)工藝條件：

管道規(guī)格 φ520×10

管道材質(zhì) Q235

管道長(zhǎng)度 現(xiàn)有直管段800mm

工作壓力 0～0.065MPa

工作溫度 200～220℃

介質(zhì)組分 CO224.27%，H2O 71.61%，NH32.53%，空氣1.59%，堿塵147mg／m3

介質(zhì)密度 0.946kg／m3

最大流量 9 000m3／h

正常流量 3 000～5 000m3／h

從現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)的分析結(jié)合到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)管道布局、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)際看，直管段較短，從水平母管向上延伸后，管道變?yōu)樗?，垂直管道上有調(diào)節(jié)閥門（蝶閥），管道內(nèi)的流場(chǎng)極為紊亂，傳感器只能裝在直管段只有800mm水平管道上。介質(zhì)條件較為復(fù)雜，循環(huán)爐氣溫度高達(dá)200～220℃且含有堿塵，遇冷有凝結(jié)，爐氣內(nèi)雜質(zhì)較多，對(duì)傳感器附著、堵塞威脅較大。以前用彎管流量計(jì)測(cè)量爐氣流量，對(duì)直管段要求較高，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制，安裝位置不合理，導(dǎo)壓管路極易集結(jié)冷凝水，冷凝水和爐氣里的堿塵形成堿疤堵塞導(dǎo)壓管很難清除，從而造成所測(cè)量的流量不準(zhǔn)確，且維護(hù)量也非常大。

根據(jù)以上情況，我們采用多點(diǎn)防堵陣列式測(cè)量裝置，可確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，根據(jù)爐氣流量的大小能及時(shí)地調(diào)整閥門開度分配各風(fēng)室的風(fēng)量，讓流化床始終在較經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的情況下運(yùn)行。防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置是插入式安裝，裝置壓損小可忽略不計(jì)，節(jié)約送風(fēng)機(jī)電量，可取得良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，流化床進(jìn)口風(fēng)道截面尺寸為φ520×10，由于管道截面流場(chǎng)極為紊亂且分布不均勻。為了確保測(cè)量準(zhǔn)確性，在φ520×10的管道截面上多點(diǎn)陣列分布測(cè)點(diǎn)，按等截面積網(wǎng)格法設(shè)置5個(gè)風(fēng)量測(cè)量點(diǎn)，以測(cè)量風(fēng)道平均速度。由于在風(fēng)道截面上嚴(yán)格采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格多點(diǎn)式布置，可以極大削弱直管段較短及紊流造成的影響，且測(cè)量裝置本身具備抗凝結(jié)、抗堵塞結(jié)構(gòu)，壓損小，裝置性能可靠，可保證風(fēng)量顯示穩(wěn)定準(zhǔn)確。真正做到了長(zhǎng)期免維護(hù)運(yùn)行。

推薦型號(hào)：PBS50N－T520；變送器推薦型號(hào)：EJA120A；其等截面網(wǎng)格布置風(fēng)量測(cè)量點(diǎn)及安裝方式見圖1。

圖1 等截面網(wǎng)格布置風(fēng)量測(cè)量點(diǎn)

5 流量測(cè)量的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算

根據(jù)流化床現(xiàn)場(chǎng)條件，專門設(shè)計(jì)了抗凝結(jié)、抗堵塞結(jié)構(gòu)，結(jié)合科學(xué)的使用方式，可以有效防止堵塞；經(jīng)典原理測(cè)量，線性度好測(cè)量準(zhǔn)確可靠；裝置選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料，在高溫、復(fù)雜化學(xué)條件下不易變形，壽命長(zhǎng)、耐用性好；多點(diǎn)測(cè)量，平衡輸出，可以有效的抵消現(xiàn)場(chǎng)直管段短造成的影響。

防堵型陣列測(cè)風(fēng)裝置計(jì)算的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型為：

其中：Q——風(fēng)道流量，m3／h；

A——風(fēng)道面積，m2；

v——風(fēng)道中的氣流速度，m／s。

其中：Pd為測(cè)量截面的平均差壓，Pa；ρ為介質(zhì)密度，kg／m3，可由專門公式求出，本測(cè)量中，密度由工藝給出ρ＝0.946kg／m3。

所以風(fēng)量和差壓的關(guān)系式為：

k——修正系數(shù)（也稱風(fēng)量測(cè)量裝置的標(biāo)定系數(shù)），k取0.83。

代入數(shù)值得到Q＝9 000m3／h，Pd＝111.4Pa。

測(cè)量裝置精度與修正系數(shù)k通常是出廠前通過實(shí)驗(yàn)室裝置標(biāo)定得出的，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)被測(cè)介質(zhì)的流場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室裝置的流場(chǎng)會(huì)有很大差別，所以為了保證測(cè)量裝置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的準(zhǔn)確性和在不同運(yùn)行工況條件下的線性度，使用前要對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。

6 結(jié) 語

防堵型陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置是為電站鍋爐煙道氣、一次風(fēng)、二次風(fēng)的測(cè)量專門設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，目前已廣泛地被應(yīng)用于電站鍋爐煙道、風(fēng)道流量的測(cè)量，在化工行業(yè)使用尚屬首次，防堵型陣列式風(fēng)量測(cè)量裝置在流化床的成功應(yīng)用，為流化床長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行和計(jì)劃?rùn)z修提供了數(shù)據(jù)保障，也為其他工序引用積累了經(jīng)驗(yàn)。