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測量方案
某廠新建的10 萬t/a BDO 裝置，需要配套建設一套用于處理工藝生產(chǎn)排放廢氣、廢液的大型焚燒爐裝置。該焚燒爐裝置在保證有效焚燒處理廢氣、廢液，滿足環(huán)保要求的同時，配套了相應的余熱鍋爐，用于回收焚燒產(chǎn)生的高溫煙氣熱量。在裝置開車啟動和主反應器故障停車時， 該焚燒爐裝置還將承擔以天然氣為燃料，作為動力鍋爐。
用于輸送廢氣的管道尺寸Φ2 020 mm×10 mm，中間有一個90°彎頭，彎頭前直管段4 010 mm（約2D），彎頭后直管段3 550 mm（約1.75D）。煙氣壓力為7 kPa，溫度為72 ℃，滿刻度流量范圍為0~60 t/m3。
煙氣在通過彎道時，由于流向急速變化、流體分布不均造成壓力損失，導致管道流動阻力增大，流體在直角轉彎形成湍流。流場仿真見圖。圖中管道彎頭內(nèi)側流速遠遠高于彎頭外側流速， 形成明顯的速度分離， 彎頭后的直管段部分也存在嚴重的速度分離現(xiàn)象，且在管道近壁面速度幾乎為零。
在此惡劣的工況下進行直接測量， 通過理論計算，勻速管流量計的zui大流量對應差壓為2.02 kPa，zui大壓力損失為0.2 kPa，但精度降低為15%，數(shù)據(jù)對于工藝已失去參考的意義。
必須考慮在煙氣流量計上游加裝整流裝置，提高測量精度。采用ISO 推薦的19 管管束流動整直器（1998）和Zanker 流動調(diào)整器是一種便利的方法，但這兩種整流裝置對于直管段的要求也遠超出實際管段的長度， 且也需要進行配合性試驗。參考ISO5167 和GB/T 2624 的關于流動整流的原理，設計符合此實際工況的流動調(diào)整器是另一種可行的方法。
1.1 均勻板流動調(diào)整器
zui初的設計思路是采用簡單多孔孔板達到整流效果，板面上各個開孔沿著徑向均勻分布。經(jīng)過仿真后，如圖，發(fā)現(xiàn)煙氣在經(jīng)過90°彎頭后速度分離明顯減弱，但近壁面速度幾乎沒有。這對于勻速管流量計靠近管壁處的取壓孔極為不利。
1.2 不均勻板流動調(diào)整器
參考Zanker 流動調(diào)整器板的尺寸設計經(jīng)驗，改變流動調(diào)整器面的鉆孔尺寸及分布。
通過對不同形式流動調(diào)整器加裝效果的流場仿真，zui后確定流動調(diào)整器采用10 mm 的304 不銹鋼板制成， 見圖。在板面上鉆孔形成不均勻孔板形式，所有小孔的直徑都是管道內(nèi)徑的函數(shù)，此次應用的直徑分別為Φ350、Φ 240、Φ180、Φ150、Φ140、Φ100、Φ50、Φ40。參照仿真結果對不同直徑小孔優(yōu)化布置，形成板面中心孔隙率zui小，越向外側孔隙率越大的整體格局。
考慮到煙氣在經(jīng)過彎頭急速轉彎后在流動調(diào)整器后側內(nèi)壁仍有小范圍的極低流速區(qū)，在流動調(diào)整器底部單獨開一個Φ60 的小孔以對流動調(diào)整器后側內(nèi)壁流速做補償。
圖中（a）是各規(guī)格小孔的總體布置，中間孔隙率zui小，zui外側孔隙率zui大；圖（b）反映的是底部額外開一個Φ60 的小孔以補償局部的低流速。
圖是對空隙比優(yōu)化后的流動調(diào)整器的流場仿真， 圖中可見煙氣經(jīng)過流動調(diào)整器后側流場均勻性明顯好轉， 沿中心向外側幾乎形成了同心圓均勻流場。且在管道壁面處的流速和均勻性均滿足勻速管流量計的測量要求。
實施方式
因大量開孔， 流動調(diào)整器整體的剛度相比未開孔前減弱了， 因此要利用扁鋼加固， 具體如圖，L為扁鋼間距，α 為扁鋼布置角度。加固的扁鋼間距L過大起不到作用，過小造成介質(zhì)局部擾動，增加流動阻力，一般為500~700 mm；扁鋼布置角度，一般建議為45°~50°。確保每個加固空間是均勻布置的；zui后將加固后的流動調(diào)整器嵌入管道內(nèi)壁， 采用雙面角焊焊接在管道內(nèi)壁。為了保證焊接質(zhì)量，建議采用氬弧焊打底， 尤其加工的流動調(diào)整器厚度小于2mm 時，采用氬弧焊。
應用效果
裝置實際運行后，在各種不同的煙氣負荷下，此種整流式流量測量的總體精度達到了5%左右，在裝置背壓較低的工況下， 測量精度達到了2.7%，遠遠高于不加流動調(diào)整器前計算的15%的精度，滿足了工藝物料平衡估算的目的。表1 是實際運行中記錄的一組數(shù)據(jù)統(tǒng)計。
氬氣流量計 沼氣流量計 煙氣流量計 燃氣流量計 氧氣流量計
