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　冶金企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的蒸汽, 同時(shí)蒸汽又是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中主要的能源介質(zhì)之一, 廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、取暖、制冷、生產(chǎn)工藝用熱等場(chǎng)合, 尤其是近幾年的余熱發(fā)電, 為蒸汽的利用找到了新的途徑。濟(jì)南鋼鐵股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)濟(jì)鋼)蒸汽多采用孔板計(jì)量, 但是因?yàn)檎羝奈锢硖匦圆煌谘鯕?、氮?dú)獾冉橘|(zhì), 采用孔板計(jì)量蒸汽出現(xiàn)了很多問(wèn)題:
(1)蒸汽用量隨季節(jié)變化范圍大, 實(shí)際流量往往超出節(jié)流裝置設(shè)計(jì)使用范圍。
(2)蒸汽在輸送過(guò)程中存在相變, 過(guò)熱蒸汽可能變化為飽和蒸汽, 飽和蒸汽可能變?yōu)槠簝蓱B(tài), 給計(jì)量帶來(lái)很大誤差。
(3)由于蒸汽高溫、高壓很容易使孔板變形, 或在節(jié)流裝置的密封和節(jié)流裝置與管道的焊接處泄漏。
(4)在我國(guó)北方地區(qū), 蒸汽在冬季需要良好的保溫伴熱措施, 否則冬季容易凍壞變送器。
我公司作為冶金行業(yè)建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)的示范單位,公司能源計(jì)量工作十分重視, 從2005年起逐步進(jìn)行了煤氣、蒸汽、氧氣、氮?dú)狻⑸a(chǎn)用水、電等能源介質(zhì)的計(jì)量完善工作。尤其是蒸汽介質(zhì)的特殊性, 存在諸多問(wèn)題, 一直以來(lái)儀表配備率、運(yùn)轉(zhuǎn)率較低。在此次蒸汽配備中, 我們多采用一體化噴嘴流量計(jì)和流量計(jì)算機(jī), 并用其配套的《流量測(cè)量節(jié)流裝置專(zhuān)家系統(tǒng)軟件》對(duì)在用的節(jié)流裝置進(jìn)行管理, 取得了良好的應(yīng)用效果。
1　一體化噴嘴流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
(1)有標(biāo)準(zhǔn), 數(shù)據(jù)溯源簡(jiǎn)單
噴嘴和孔板同屬于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置, 都有標(biāo)準(zhǔn), 節(jié)流式流量計(jì)技術(shù)成熟, 特別是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置按標(biāo)準(zhǔn)(ISO 5167— 2003E、GB/T2624— 2006)設(shè)計(jì)、制造就無(wú)須實(shí)流標(biāo)定, 是其它流量計(jì)*的。在蒸汽測(cè)量研究上, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行了大量的試驗(yàn), 給出了修正的數(shù)學(xué)模型, 所以采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量蒸汽有明顯的*性。
(2)在蒸汽計(jì)量中, 噴嘴優(yōu)于孔板標(biāo)準(zhǔn)孔板的一個(gè)缺點(diǎn)是入口直角銳利度在流體沖刷下易發(fā)生鈍化, 據(jù)悉國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)曾對(duì)新裝孔板進(jìn)行跟蹤校驗(yàn), 在孔板連續(xù)使用2 ～ 3個(gè)月時(shí), 鈍化引起流出系數(shù)偏差在1% ～ 3%, 個(gè)別嚴(yán)重的在4%以上, 這已引起了人們的高度重視。目前, 解決標(biāo)準(zhǔn)孔板鈍化問(wèn)題的方法是采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴, 由于噴嘴的入口為光滑曲面, 不易磨損(見(jiàn)圖2), 它的流出系數(shù)非常穩(wěn)定, 所以JJG640— 94規(guī)程規(guī)定ISA1932噴嘴的檢定周期為4年。再者, 噴嘴在相同流量和相同β值條件下, 阻力損失比孔板小得多(僅為孔板的50% ～ 60%), 長(zhǎng)期運(yùn)行情況表明, 由于噴嘴在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)具有耐沖擊抗變形的優(yōu)點(diǎn), 適應(yīng)于高溫、高壓、高流速介質(zhì)。
2　一體化噴嘴對(duì)蒸汽計(jì)量常見(jiàn)問(wèn)題的解決措施
2.1　利用流量計(jì)算機(jī)和智能變送器改善了節(jié)流裝置量程比小的問(wèn)題
在蒸汽輸送過(guò)程中, 實(shí)際的流量范圍往往無(wú)法準(zhǔn)確確定, 在熱負(fù)荷變化大的情況下, 使流量計(jì)長(zhǎng)時(shí)間工作在測(cè)量范圍以外, 這樣就造成了很大的測(cè)量誤差。因此在設(shè)計(jì)蒸汽流量計(jì)量系統(tǒng)時(shí), 應(yīng)考慮使用具有寬量程補(bǔ)償運(yùn)算功能的計(jì)量系統(tǒng)。對(duì)節(jié)流件流出系數(shù)C、可膨脹性系數(shù)ε等中間參數(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算是解決寬量程的關(guān)鍵。
智能化寬量程的差壓變送器和補(bǔ)償功能更為完善的流量計(jì)算機(jī)的問(wèn)世, 使我們擁有寬量程的智能化節(jié)流式流量計(jì)成為可能。歸納起來(lái)它應(yīng)具備三個(gè)條件:
①智能化的寬量程差壓變送器(量程比為100：1);
②差壓變送器與流量計(jì)算機(jī)之間數(shù)字通訊(Hart協(xié)議)除能滿(mǎn)足全量程差壓信號(hào)傳遞的準(zhǔn)確性, 而且能夠自動(dòng)遷移測(cè)量范圍;③流量計(jì)算機(jī)不僅可根據(jù)溫度、壓力等工況參數(shù)對(duì)工況流量進(jìn)行修正, 還可以實(shí)時(shí)計(jì)算流出系數(shù)C、可膨脹性系數(shù)ε等。符合上述條件的寬量程智能化差壓式流量計(jì), 在滿(mǎn)足準(zhǔn)確度同時(shí), 流量測(cè)量范圍可真正達(dá)到10： 1 (或更寬), 節(jié)
流式流量計(jì)的這一飛躍是多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步的成果, 它改變著人們對(duì)節(jié)流式流量計(jì)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。
2.2　采用一體化結(jié)構(gòu)方式和防凍隔離器解決冬季儀表保溫問(wèn)題
傳統(tǒng)的節(jié)流式流量計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜, 有較長(zhǎng)的引壓管, 容易阻塞, zui為麻煩的是測(cè)量蒸汽冬季運(yùn)行時(shí)還需對(duì)引壓管、冷凝系統(tǒng)進(jìn)行保溫、伴熱, 稍有不慎便會(huì)凍壞差壓變送器, 導(dǎo)致儀表故障, 影響生產(chǎn), 因此儀表的維護(hù)工作量較大。ISA1932 化噴嘴(見(jiàn)圖2)很好地解決了上述問(wèn)題, 一體化噴嘴是將節(jié)流件和差壓變送器做成一體, 不僅縮短了引壓管線(xiàn), 還省去了冷凝和排污系統(tǒng), 在安裝時(shí)非常方便,不用敷設(shè)導(dǎo)壓管和安裝儀表箱, 大大減少了安裝工時(shí)和費(fèi)用。由于其裝有防凍隔離器, 冬季運(yùn)行時(shí)再也不用進(jìn)行保溫供熱, 大大地減少儀表的故障率和儀表工的維護(hù)工作量。尤其是那些在裝置外沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的儀表伴熱管線(xiàn)的貿(mào)易計(jì)量點(diǎn), 更適合使用這種具有防凍隔離器的一體化噴嘴流量計(jì)。
2.3　輸送過(guò)程中的相變問(wèn)題
利用流量計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能完成蒸汽密度計(jì)算, 解決蒸汽輸送過(guò)程中的相變問(wèn)題。
FC2000流量計(jì)算機(jī)是一款具有高精度補(bǔ)償運(yùn)算、數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)以及運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通訊功能的新一代計(jì)量?jī)x表, 其依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與建議、國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 針對(duì)不同介質(zhì)和流量計(jì)類(lèi)型建立了多種數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)計(jì)算軟件。一臺(tái)流量計(jì)算機(jī)不僅可完成溫度、壓力、濕度、密度、組分等補(bǔ)償運(yùn)算, 對(duì)節(jié)流式流量計(jì)的流出系數(shù)C、流束可膨脹系數(shù)ε、壓縮系數(shù)Z等參數(shù)作為動(dòng)態(tài)量進(jìn)行實(shí)時(shí)逐點(diǎn)運(yùn)算, 特別是對(duì)蒸汽的密度計(jì)算按照公式組織頒布的IFC1967公式進(jìn)行計(jì)算。
FC2000流量計(jì)算機(jī)具有多種網(wǎng)絡(luò)通訊接口, 可以采用多種通訊協(xié)議, 所以其數(shù)據(jù)可以方便地接入到企業(yè)已有的網(wǎng)絡(luò)中。另外, FC2000 流量計(jì)算機(jī)已經(jīng)具備了蒸汽能量計(jì)量的功能, 在將來(lái)可以方便地以熱量為單位進(jìn)行計(jì)量核算。
3　蒸汽計(jì)量的幾點(diǎn)體驗(yàn)
通過(guò)近幾年的實(shí)踐、摸索, 我們認(rèn)為用具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T2624— 2006)支持的ISA1932 一體化噴嘴作為蒸汽流量測(cè)量的一次元件可以很好地解決蒸汽表的周期檢定、數(shù)據(jù)溯源、保溫伴熱等問(wèn)題, 尤其是配套使用具有高精度、寬量程計(jì)算功能的流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行流量的溫度、壓力補(bǔ)償, 可以解決傳統(tǒng)節(jié)流裝置量程比過(guò)窄的問(wèn)題, 大大減少了企業(yè)整個(gè)蒸汽管網(wǎng)的不平衡量。
在一體化噴嘴測(cè)量蒸汽的實(shí)際應(yīng)用與維護(hù)中, 我們有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì):
(1)一體化噴嘴安裝應(yīng)注重部分細(xì)節(jié), 如儀表的安裝方向、密封墊圈材質(zhì)的選擇、焊接質(zhì)量等, 保證安裝質(zhì)量達(dá)到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求, 確保出具數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。
(2)一體化噴嘴的維護(hù)要和生產(chǎn)信息密切結(jié)合,儀表長(zhǎng)期停用后再次投入使用時(shí)應(yīng)該對(duì)儀表進(jìn)行檢查, 例如差變的零點(diǎn)、隔離液的情況等, 因此要求生產(chǎn)單位在停用或啟用蒸汽時(shí)須通知一體化噴嘴的維護(hù)單位做相應(yīng)的檢查工作。
(3)一體化噴嘴中的隔離液應(yīng)定期進(jìn)行檢查和補(bǔ)充。
(4)蒸汽目前雖然以質(zhì)量為單位進(jìn)行核算, 但是在不遠(yuǎn)的將來(lái), 蒸汽必然要采用能量計(jì)量, 所以在儀表的選用上應(yīng)該具有前瞻性, 應(yīng)選用同時(shí)具有質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量功能的儀表, 這樣在將來(lái)采用能量計(jì)量時(shí)也不用再大規(guī)模地更換計(jì)量?jī)x表。