安鋼燒結廠105m2燒結機使用的75萬m3/h的主抽風機至120m大煙道有一段直徑為4m的除塵管道,這段除塵管道的廢氣流量測量一直是個難題。以前一般選用孔板式流量計,經過多年使用這種流量計的缺點就凸現出來。維修校驗不便,測量不準,孔板損壞等。大管徑廢氣流量的檢測特點:①管徑大。通常為DN1000~DN6000mm,這就給檢測此流量的儀表維修和標定帶來了相當的困難,一般檢測或清洗探頭要耗費大量的人力物力;②壓力流速低。一般出口壓力在10~60kPa,流速為1.5~6m/s,選用的檢測儀表要壓損小,流量的雷諾數低;③介質臟。流體中含有大量的灰分和腐蝕物,容易污染流量計的傳感器部分。針對上述特點,在反復試驗的基礎之上采用了比較先進的大管徑插入式熱式氣體質量流量計檢測大管徑廢氣流量。
1.熱式氣體質量流量計的工作原理
多點平均矩陣式670S質量流量計使用不銹鋼傳感探頭,因此就增加了其準確性、堅固性和可靠性。它有2個探頭伸入到被測氣體中,1個速度傳感器用來檢測質量P,1個自動修正溫度變化的溫度傳感器用來檢測氣體溫度T,這2個探頭使用參考級甘溫元件鉑熱電阻。熱電阻的穩定性,重復性符合NIST標準?，F代工業用的插入式熱式氣體質量流量計用標準級鉑熱電阻的鉑絲纏繞在1套磁芯棒上插入到一個堅固的不銹鋼套筒中,速度傳感器的電阻比溫度傳感器的電阻小得多,并由電子設備供電產生熱量插入式熱式氣體質量流量計的工作原理基于熱力學第 一定律,即電子設備提供給速度傳感器的電功率等于流動的氣體對流換熱所帶走的熱量,有
式中:Eu—傳感器的冷端溫度補償電勢;
Ru—傳感器的冷端溫度補償電阻;
h—傳熱系數;
As—圓柱形探頭表面積;
Tu—速度傳感器的溫度;
T—溫度傳感器測得的氣體溫度。
參與速度傳感器周圍的熱邊界層換熱的是流動的氣體的分子,因此插入型熱式氣體質量流量計傳感器檢測到的是流體的質量和流量,有
式中:Pu—氣體的質量流速
a1,a2,m—經驗確定的系數,由被測氣體的傳熱系數,黏度等系數決定。
多點距陣排列插入式熱式氣體質量流量計,在傳感器延長度方向設置有4~16個不等的質量流速探頭,用來測量大管徑的總質量流量。多點插入型傳感器設置劃分為n個等面積環,在每個等面積環的質心設置1個熱式質量流速。測量時,熱式氣體質量流量計的速度傳感器和溫度傳感器探頭插入流體中,感受流體的流速和溫度,它們同時是電子組件橋路的2個橋臂。通電時,橋臂電流將速度傳感器加熱到高于溫度T的T溫差△T=T-T,變成平衡電橋。此時電橋便輸出一個對應零流量的電壓,經放大電路處理,輸出流量計的下限信號4mA;瞬時流量顯示為000;累積流量無累積動作發生,累積顯示保持著原來的累積數字不變當流體流經加熱的速度傳感器時,根據熱傳導原理,將會帶走速度傳感器的一部分熱量,使其溫度下降,而且流量越大,帶走的熱量越多,其溫度T1下降也越大。由于橋路的反饋控制作用,總要回到平衡電橋狀態。為此,電橋必須在速度傳感器上流過與流量大小成正比的電流,使速度傳感器回到平衡狀態時的溫度T。這時橋路便輸出1個正比于流量大小的電壓信號。經電路放大、線性化處理輸出與流量成正比的4~20mA的電流信號;瞬時流量顯示為直到ZUI大刻度流量的1個值;累積動作將以與瞬時流量成正比的速度進行累積。根據L一V.King定理,即流體流經加熱的速度傳感器時所帶走的熱量與對速度傳感器加熱到溫度T的電功率P相等。由于橋路的反饋控制作用△T=71-T2為一恒定的常數,所以橋路的輸出(決定流量計輸出的量)與流體的質量流速p成單值函數關系。特別要指出的是,由于速度傳感器的熱量是被流體中的分子所帶走的,速度傳感器測量的是流體的質量流速p,因此只要乘以流體管道的截面積s,便可得到流體的質量流量。
2.大管徑流量檢測儀表的比較和應用效果
2.1大管徑流量檢測儀表的比較
孔板式流量計檢測流體的流量;
式中:△P—一差壓:
K—儀表系數
質量流量計、孔板式流量計均能檢測大管徑流量,由表1明顯看出大管徑插入式熱式氣體質量流量計在各項性能指標有很大的優勢。
2.2應用效果
通過長時間的應用表明,質量流量計在測量大管徑流量方面優勢比較明顯,主要表現在以下幾個方面:①維修比較方便。原來應用孔板式流量計測量廢氣流量時,維修或清洗傳感器需要大量的人力和物力,有時還需要燒結機停機時才能進行。采用質量流量計,一體化結構很方便維修。②傳感器不易損壞。原來的孔板式流量計在很大的負壓下,孔板傳感器很容易損壞或被焦油堵塞,質量流量計的速度傳感器和溫度傳感器做成了針狀,外面還有不銹鋼保護套,這就保障了傳感器不易損壞。③性價比好。1臺大管徑
孔板流量計需要7萬元左右,而1臺質量流量計僅僅1.5萬元。通過上述論述表明,質量流量計具有孔板式流量計不可比的優勢。
3.結語
采用質量流量計檢測大管徑廢氣流量測量準確,平穩維修量小,具有較好的可靠性和經濟性,因此它在冶金行業受到了普遍的歡迎。在安鋼燒結生產中,一些位置較高或者屬于不安全的地方,如點火爐的空氣流量和煤氣流量測量,已經使用了質量流量計。
