摘要:鋼鐵企業(yè)的煤煙氣管網(wǎng)的現(xiàn)場工況條件復(fù)雜。為了安裝流量計(jì)并獲得流量計(jì)在工沉條件下的線性度和精度等級，采用模擬流量分析方法,針對蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的實(shí)際工況條件,選取一種對稱多孔孔板差壓式流量計(jì),對煤煙管路進(jìn)行數(shù)字化分析和工況標(biāo)定，從而確定流量計(jì)的具體安裝位置，得到工業(yè)環(huán)境下流量計(jì)的實(shí)際線性誤差和精度等級，實(shí)現(xiàn)煤煙的計(jì)量。
引言
流量計(jì)量對工業(yè)生產(chǎn)非常重要,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國防建設(shè)以及生活等諸多領(lǐng)域川。經(jīng)過流量計(jì)量儀表可以真實(shí)的反映出成本,對實(shí)行企業(yè)能源管理減低能源消耗有著重大的作用。鋼鐵企業(yè)的煤氣管網(wǎng)主要存在上下游直管段不充足、煤氣中含有少量粉塵雜質(zhì)等問題。煤氣由于其組分比較復(fù)雜，且顆粒狀和粘稠狀雜質(zhì)較多，造成煤氣的流量檢測比較困難。多孔孔板型
流量計(jì)是一種新型的壓差式流量計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡單且能量損失低，因而被用于化工、核能、環(huán)境控制系統(tǒng)等領(lǐng)域中的流量測量,多孔孔板流量計(jì)在流量檢測時(shí),所測介質(zhì)在通過多孔節(jié)流整流器的同時(shí)進(jìn)行流體整流，誠小節(jié)流裝置后形成的渦流,形成較穩(wěn)定的紊流，從而使引壓管路能夠獲取到較穩(wěn)定的差壓信號間。所以，多孔孔板既能平衡調(diào)整流場,又能降低渦流損失”。其中的對稱多孔孔板差壓式流量計(jì)可有效提高計(jì)量精度,具有壓力損失小、流出系數(shù)高、適應(yīng)性好等特點(diǎn)。但由于缺乏相對完整的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的相關(guān)指導(dǎo),在一定程度上限制了對稱多孔孔板差壓式流量計(jì)的應(yīng)用范圍。對于未安裝流量計(jì)的煤煙管路,按照實(shí)際流體介質(zhì)的現(xiàn)狀來有針對性選取合適的流量計(jì)量儀表凹,并運(yùn)用模擬流量的分析方法來確定流量計(jì)的安裝位置,從而有效降低不利影響，保證計(jì)量結(jié)果的正確率。
以鋼廠未安裝流量計(jì)的蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路為例,根據(jù)管路的現(xiàn)場工況和管路內(nèi)的氣流分布情況,選用一種對稱多孔孔板差壓式流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量,通過數(shù)字化分析與工況標(biāo)定對比，從而確定流量計(jì)的具體安裝位置，提高煤煙計(jì)量的精度,為生產(chǎn)能源有效調(diào)度和能耗核算奠定的基礎(chǔ)。
1板坯加熱爐煤煙管路現(xiàn)場工況
蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路圖如圖1所示，管路是從總管出來后，經(jīng)一個(gè)彎頭和直管段后，再經(jīng)過一個(gè)同面彎頭。直管段上有一個(gè)蝶閥，蝶閥部分縮頸。由圖1可知，該蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路適于安裝流量計(jì)的直管段不足，受煤煙管段中彎頭反蝶閥的影響管道內(nèi)易形成復(fù)雜流態(tài)流動(dòng)的情況，若流量計(jì)安裝位置選擇不恰當(dāng)，將會(huì)使流量計(jì)所得到的計(jì)量數(shù)據(jù)與煤煙的實(shí)際流動(dòng)情況產(chǎn)生出入，從而影響煤煙的計(jì)量精度。
蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路現(xiàn)場工況基本參
數(shù)如下:
(1)介質(zhì):煤煙氣;
(2)管道口徑:1220mm;
(3)管道壁厚:6mm;
(4)直管道尺寸:閥前3500mm;閥長2200mm;閥后2100mm;
(5)壓力:-4kPa(G);
(6)溫度:150℃;
(7)密度:0.92kg/m3;
(8)粘度:2.47X10-5Pa.s;
(9)大流量:26.010kg/s;
(10)常用流量:20.808kg/s;
(11)小流量:8.323kg/s。
2管路內(nèi)氣流分布規(guī)律
對蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路未安裝流量計(jì)的情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，用于分析管道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，確定流量計(jì)的最佳安裝方案。數(shù)值模擬方法是研究流量傳感器特性的有效手段之一，既可降低成本，又可提高效率凹。所以采用數(shù)值模擬的方法對煤煙管路進(jìn)行分析，從而得到管路內(nèi)的氣流分布規(guī)律。分析時(shí)，工況選取為正常工況(常用流量20.808kg/s)。圖2和圖3為蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路內(nèi)截面上的速度分布云圖。
蝶閥前管路內(nèi)煤煙的流動(dòng)狀態(tài)較蝶閥后的流動(dòng)狀態(tài)相對較好，因?yàn)榈y前管路內(nèi)的氣流分布情況主要受上游彎頭的影響，而蝶閥后管道內(nèi)的流場受上游彎頭的影響、上游閥門的影響、上游漸擴(kuò)管與漸縮管的影響，此外當(dāng)閥門]變動(dòng)時(shí)，閥后的流動(dòng)狀態(tài)變化相對較大。所以應(yīng)將流量計(jì)安裝在蝶閥前的位置。從圖2和圖3可以看出，經(jīng)過上游彎頭后,煤煙管道下方位置的流速偏低些，上部流速偏高些，整個(gè)橫截面速度分布有一定的偏差。從流動(dòng)狀態(tài)上看,流量計(jì)的取壓點(diǎn)應(yīng)取在與管道軸向平行的管壁位置處。
3確定流量計(jì)安裝位置
流量計(jì)安裝位置選定的標(biāo)準(zhǔn)是:所選位置的橫截面速度分布盡可能均勻,同時(shí)也要考慮流量計(jì)的安裝和流量計(jì)自身的特點(diǎn)。對稱流量計(jì)是-種對稱多孔孔板差壓式流量計(jì),其設(shè)計(jì)圖如圖4所示。其計(jì)量精度高、對直管段要求較低，同時(shí)具有防堵的功效，適用于煤煙的流量計(jì)量,所以選用AB對稱流量計(jì)來對蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的流量進(jìn)行計(jì)量。根據(jù)煤煙管路的實(shí)際工況條件、煤煙管路內(nèi)氣流的分布規(guī)律、安裝以及流量計(jì)的特點(diǎn)，應(yīng)避免彎頭、漸縮管及閥門處對于管道內(nèi)流速和壓力的影響。經(jīng)過分析,該蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的流量計(jì)安裝位置距上游彎頭中心的距離為2.1m。因介質(zhì)物性參數(shù)無準(zhǔn)確的數(shù)值,差壓無特殊要求,因此選用常用的開孔比0.65的AB對稱流量計(jì)。
4安裝流量計(jì)后管路內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)及工況精度分析
工況選取為正常工況(常用流量20.808kg/s)。圖5為安裝流量計(jì)后的蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路三維管道模型。圖6~9為蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路內(nèi)各截面速度分布云圖及縱截面速度矢量圖。從圖6可以看出經(jīng)過流量計(jì)后,速度分布變?yōu)楹苡幸?guī)則。圖7和圖8分別為煤煙管路流量計(jì)前0.5m處橫截面速度分布云圖與煤煙管路流量計(jì)后0.5m處橫截面速度分布云圖，兩圖對比同樣能表明經(jīng)過流量計(jì)后橫截面_上的速度分布相對規(guī)則。圖9為煤煙管路縱截面速度矢量圖，該圖展示了流量計(jì)出口處的流動(dòng)狀態(tài)，在流量計(jì)后只是形成很小的漩渦。所以,蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路在選定位置安裝流量計(jì)后流量計(jì)的尾流流場能夠形成相對規(guī)則的流動(dòng)狀態(tài),近而保證對煤煙管路進(jìn)行正確計(jì)量。
分別對蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的相應(yīng)工況條件即最大流量、常用流量和最小流量用數(shù)字化分析技術(shù)進(jìn)行標(biāo)定，獲得蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路的流量計(jì)量精度分析數(shù)據(jù)如表1所示。從表1中可看出流量計(jì)對于煙氣管路的計(jì)量線性度高為0.426%，精度等級較高為0.5級。由此可以說明安裝流量計(jì)能夠?qū)γ簾煿苈愤M(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。
5結(jié)論
(1)安裝流量計(jì)的蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路內(nèi)的流動(dòng)分布相對不均勻,受煤煙管路中彎頭和蝶閥的影響，橫截面.上部分區(qū)域流速波動(dòng)較明顯，據(jù)流速分布特點(diǎn)，流量計(jì)取壓點(diǎn)應(yīng)選在與管路軸向平行的管壁位置處。
(2)因煤煙管路直管段不足及煤煙管路的實(shí)際工況條件,選擇一種對稱多孔孔板差壓式流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，同時(shí)結(jié)合管路中流體的流動(dòng)狀態(tài)及所安裝流量計(jì)本身的特點(diǎn)，確定了流量計(jì)的最佳安裝位置為:距離蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路.上游彎頭中心.的距離為2.1m。
(3)通過數(shù)字化分析和工況標(biāo)定，獲得了蓄熱式板坯加熱爐煤煙管路_上流量計(jì)的線性度為0.426%,精度為0.5級。
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