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1、氧化鋁生產(chǎn)中蒸汽消耗分布及目前的現(xiàn)狀
在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中， 工藝綜合能耗主要由蒸汽、 電力、 水、 壓縮空氣和燃料組成， 其中蒸汽是氧化鋁生產(chǎn)的主要能源消耗指標(biāo)之一， 汽耗的高低直接反映這個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)管理和駕馭生產(chǎn)的能力。
以某一氧化鋁為例， 工藝綜合能耗約15. 2GJ/t-A l 2 O 3 ， 蒸汽約占42% ， 其中蒸汽由高壓蒸汽和低壓蒸汽兩部分組成。 表1為某氧化鋁企業(yè)高低壓蒸汽消耗點(diǎn)。
以表1為例， 氧化鋁企業(yè)蒸汽需要計(jì)量點(diǎn)一般在8~10個(gè)， 用汽量從3. 5~206t/h不等， 溫度和壓力也不盡相同。
目前， 在氧化鋁企業(yè)蒸汽計(jì)量?jī)x表通常采用兩大類， 一類是基于伯努力方程原理的， 如差壓孔板﹑音速噴嘴、 阿牛巴、 德爾塔巴、 平衡式等， 在這類儀表中， 又以差壓孔板、 阿牛巴、 德爾塔巴占比較多；另一類是基于線性連續(xù)方程原理的， 如渦流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)， 由于質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格昂貴， 且高溫狀態(tài)下精度喪失， 故而又多以渦流量計(jì)計(jì)量為主。
基于伯努力方程原理的蒸汽計(jì)量?jī)x表， 其流量計(jì)量方程式為 （1） ：
其中：
Q f 為工況體積流量；
△P為差壓；
ρ f 為工況下介質(zhì)密度；
σ為流量系數(shù)；
k與介質(zhì)黏度加工精度有關(guān)系數(shù)；
τ為介質(zhì)膨脹系數(shù)。
公式 （1） 說(shuō)明， 一方面由于方程式中存在著介質(zhì)蒸汽的密度ρf， 因此， 計(jì)量?jī)x表的標(biāo)定在氧化鋁企業(yè)中是個(gè)很麻煩而且往往不準(zhǔn)確的， 一般生產(chǎn)廠大都采用水標(biāo)定， 這種方法標(biāo)定出來(lái)的精度， 不代表測(cè)量蒸汽的精度。 另一方面由于方程式 （1） 中還有一個(gè)氣體的膨脹系數(shù)τ， 對(duì)于不同的蒸汽， 不同的壓力， 不同的溫度條件下的膨脹系數(shù)都不盡相同， 因此， 即使用壓縮空氣進(jìn)行標(biāo)定出來(lái)的精度也不代表測(cè)量蒸汽的精度。
2、渦街流量計(jì)工作原理
渦街流量計(jì)是基于線性連續(xù)方程原理：
其中：
St斯特勞哈爾數(shù)， 無(wú)量綱；
v介質(zhì)流速；
f頻率H z/S；
d迎流面寬度。
在這個(gè)公式 （2） 中有2個(gè)函數(shù)，一個(gè)是流體流速v， 另一個(gè)是斯特勞哈爾數(shù)St， 而斯特勞哈爾數(shù)St是雷諾數(shù)Re的函數(shù)， 當(dāng)雷諾數(shù)Re到達(dá)20000后， 斯特勞哈爾數(shù)St就是一個(gè)常數(shù)。 當(dāng)渦街流量計(jì)測(cè)量發(fā)生體形狀固定， 迎流面寬度就一定， 這樣一來(lái)， 頻率僅僅取決于流體流速， 是線性連續(xù)方程， 通過圖1示渦街流量計(jì)測(cè)量模型推導(dǎo)， 得到流量計(jì)量方程式 （3） ：
其中： St斯特勞哈爾數(shù)， 無(wú)量綱； f頻率H z/S； D流量計(jì)通徑 ； d迎流面寬度。
渦街流量計(jì)是基于線性連續(xù)方程原理， 只要雷諾數(shù)大于20000， 測(cè)量與流體的性質(zhì)無(wú)關(guān)， 與密度、黏度等均無(wú)關(guān)。 用水標(biāo)定出來(lái)的流量系數(shù)同樣適用于蒸汽計(jì)量， 在常溫下標(biāo)定出的流量系數(shù)同樣適用于低溫和高溫蒸汽。 這樣， 渦街流量計(jì)更能適應(yīng)氧化鋁企業(yè)內(nèi)高低壓、 不同溫度蒸汽計(jì)量的需求。
K為流量系數(shù)， 含義是每升流量由幾個(gè)脈沖表示， 即是P/L， 經(jīng)過公式變換， 實(shí)際運(yùn)用中的渦街流量計(jì)計(jì)算公式 （4） ：
一般， 渦街流量計(jì)的流量系數(shù)， 其實(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)定下來(lái)了， 但是每個(gè)生產(chǎn)廠都要對(duì)每一臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定， 就是為了檢驗(yàn)制造誤差。 但不管這個(gè)數(shù)是什么數(shù)， 標(biāo)定合格了的流量系數(shù)就是正確計(jì)量的常數(shù)， 適用于不同工況狀態(tài)的蒸汽。
另外要注意， 從公式 （4） 可以看出， 渦街流量計(jì)只能測(cè)流體的工況體積方， 質(zhì)量方和標(biāo)準(zhǔn)體積方是根據(jù)密度或壓力溫度換算出來(lái)的。
3、氧化鋁生產(chǎn)中蒸汽計(jì)量設(shè)計(jì)選型
以表1為例， 氧化鋁企業(yè)蒸汽需要計(jì)量點(diǎn)在8~10個(gè)左右， 且一般均為過熱蒸汽， 數(shù)學(xué)模式為二元函數(shù)， 因此, 設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮壓力、 溫度雙補(bǔ)償。
3. 1 工藝參數(shù)的選擇
設(shè)計(jì)選型時(shí)要考慮的因素包括： 流量參數(shù)范圍、 壓力參數(shù)范圍、 溫度參數(shù)范圍， 以流量選通徑。
同時(shí)遵循如下原則：
（1） zui高壓力情況下考慮zui小流量是否在該通徑的工作范圍之內(nèi)；
（2） zui低壓力情況下考慮zui大流量是否超出該通徑的工作范圍之內(nèi)；
另外， zui高溫度對(duì)應(yīng)脈沖輸出時(shí)應(yīng)考慮發(fā)生體寬度的膨脹系數(shù)， 工況溫度條件下的流量系數(shù)Kt：
Kt=K×[1-4.8×10-5×（T-15）]
其中：
T為工況溫度； K為標(biāo)準(zhǔn)流量系數(shù) （一般在儀表銘牌上） 。
3. 2 通徑的選擇
設(shè)計(jì)選型時(shí)， 考慮到減少壓力損失， 在進(jìn)行蒸汽計(jì)量時(shí)， 對(duì)流量下限有一定要求， 要根據(jù)蒸汽流量的大小來(lái)選取流量計(jì)的通徑， 而不能根據(jù)原管道內(nèi)徑來(lái)選取流量計(jì)通徑。
蒸汽流量計(jì)通徑選擇可以采用查表法及計(jì)算驗(yàn)證。
查表法即是在產(chǎn)品樣本上， 根據(jù)工況壓力下蒸汽可測(cè)流量范圍表查取流量通徑； 然后計(jì)算驗(yàn)證流速、 雷諾數(shù)是否在一定范圍內(nèi)。
（1） 流速計(jì)算： 蒸汽流速范圍一般2m / s~60m / s，zui高應(yīng)＜80m /s。
V= 4×Q/ （3600×π×D×D）
其中： V為流速； Q為體積流量： D為流量計(jì)通徑。
（2） 雷諾數(shù)計(jì)算法： ①zui低流量時(shí)的雷諾數(shù)不得小于5000； ②保證精度zui低流量時(shí)的雷諾數(shù)不得小于20000。
其中： V為流速； ρ為密度； μ介質(zhì)黏度； D為流量計(jì)通徑。
當(dāng)然有的產(chǎn)品能提供計(jì)算機(jī)選型軟件， 直接把相關(guān)工藝參數(shù)輸入， 就能得到理想的結(jié)果。
3. 3 注意事項(xiàng)
（1） 選擇信號(hào)輸出時(shí)建議使用脈沖 （頻率） 輸出方式， 如果要求輸出電流信號(hào)， 轉(zhuǎn)換過程將喪失±0. 2% ~ 0. 4% 精度。
（2） 在氧化鋁企業(yè)中， 蒸汽的溫度一般都大于150℃， 建議采用分體型渦街流量計(jì)， 另外一定要考慮溫度和壓力補(bǔ)償問題。
4、安裝要求
在氧化鋁企業(yè)蒸汽測(cè)量過程中， 被測(cè)蒸汽具有穩(wěn)定流態(tài)是保證渦街流量計(jì)測(cè)量的前提條件，要使渦街流量計(jì)的測(cè)量值更穩(wěn)定、 準(zhǔn)確， 安裝時(shí)需注意以下幾點(diǎn)。
（1） 安裝確保傳感器銘牌上的箭頭指向與流體流向一致。
（2） 安裝建議遵循直管段的要求， 見表2， 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿足直管段要求時(shí)， 建議采用與渦街流量計(jì)配套的流量鎮(zhèn)流器。
（3） 安裝傳感器避開振動(dòng)源或者在振動(dòng)較小的地方， 遠(yuǎn)離大功率用電設(shè)備。
（4） 安裝帶焊接時(shí)要注意搭鐵的位置， 防止壓電晶片的損壞， 一般要件焊左搭左， 焊右搭右。
5、常見問題及注意事項(xiàng)
5. 1 無(wú)流量有信號(hào)
首先檢測(cè)判斷是否有振動(dòng)， 如有輕微振動(dòng)， 處理方法是外部機(jī)械消振措施， 如用橡膠軟接頭， 橡膠軟墊等消振， 用支架固定管道； 或者是根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書調(diào)整參數(shù)設(shè)置， 消除振動(dòng)。 如嚴(yán)重振動(dòng)， 則是更改流量計(jì)安裝位置、 加固管線、 流量計(jì)前后加軟連接。
其次檢測(cè)判斷是否有50H z工頻干擾通常采用頻率計(jì)測(cè)量或電流值計(jì)算方法。 這里介紹電流值計(jì)算方法， 計(jì)算公式 ：
其中：
Q f 體積方m3 /h； Qm 質(zhì)量方Kg/h； ρ工況密度Kg/m3 ； Kt儀表流量系統(tǒng)。
如果計(jì)算出的結(jié)果是或者接近50H z， 可采取保證轉(zhuǎn)換器的外殼接地螺釘可靠接地或者把整個(gè)轉(zhuǎn)換器浮地。
5. 2 有流量無(wú)信號(hào)
首先檢測(cè)接線是否正確， 供電電源的電壓等級(jí)是否符合要求， 電源極性是否接正確， 分體式的還要檢測(cè)電纜是否連接正確， 再有就是檢查發(fā)生體、 轉(zhuǎn)換器是否損壞。
其次判斷實(shí)際工藝蒸汽流量是否太小， 判斷方法是在靠近流量計(jì)的管道旁有規(guī)律地連續(xù)敲擊, 無(wú)論何種型號(hào)的流量計(jì)均會(huì)出現(xiàn)流量顯示。 處理辦法就是更換通徑小一些的流量計(jì)或在工藝條件允許的
情況下加大流量。
5. 3 流量不穩(wěn)定
現(xiàn)場(chǎng)觀察流量計(jì)安裝時(shí)墊片是否同心或伸人管道， 工藝管道是否符合表2氧化鋁企業(yè)安裝要求或者產(chǎn)品說(shuō)明書的zui大要求。 處理辦法就是正確選用配套墊片并正確裝配， 更改流量計(jì)安裝位置或加流
量鎮(zhèn)流器。
渦街流量計(jì)是基于線性連續(xù)方程原理進(jìn)行測(cè)量的新型流量計(jì)， 因具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力， 是節(jié)流式流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。 它可以測(cè)量氧化鋁企業(yè)高低壓蒸汽， 在氧化鋁行業(yè)中廣泛應(yīng)用。 但只有
在正確設(shè)計(jì)、 正確選型以及正確安裝的條件下才能保證其測(cè)量準(zhǔn)確穩(wěn)定， 為降低氧化鋁能源消耗發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
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