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蒸汽流量表在钢铁行业应用现状分析与改进

蒸汽流量表在钢铁行业应用现状分析与改进
 
 
 
0、前言
 
蒸汽作为钢铁企业的重要动力能源之一,计量的准确性及有效性直接影响到能源的利用水平,对钢铁企业内部提高能源利用率,降低消耗、差损有着重要的意义。文章结合莱钢蒸汽能源供应现状,对影响现有流量计准确性的因素进行简单分析,并提出整改措施。
 
1、莱钢蒸汽流量计量现状分析
 
目前莱钢现有各类蒸汽发生锅炉22 台/套,蒸汽发生量在1100~1550 t /h 之间。共配备用于厂际间结算的蒸汽流量计(http://www.jssanchang.com/wojie/59.html)共有81 套,其中余热回收蒸汽流量计量10 套,锅炉蒸汽产量表22 套,主要用于全公司46 个单位的蒸汽结算。根据GB17167 - 2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求,蒸汽介质进出用能单位能源计量器具配备率达到100%,进出主要次级用能单位能源计量器具配备率达到80%,主要用能设备能源计量器具配备率达到70%,蒸汽计量准确度等级要求为2. 5。但受现场环境、能源计量仪表投资费用、各单位能源计量重视程度不同,蒸汽流量计配备率和运行状况也呈现出不同态势。目前全公司范围内尚有部分用户点未实行仪表计量。这些用户点主要集中在食堂、澡堂及采暖用汽几个等方面。
 
根据蒸汽使用时段的变化情况,用户主要分为常年用汽和季节性用汽用户两种。常年用汽单位用蒸汽量较稳定,主要是生产工序用汽; 季节性用汽单位用汽量往往集中在冬季采暖季中,蒸汽主要用途是用于供暖和室外设备保温。常年用汽单位的数量占到总用户量的40%左右,而用汽量往往达到总量的80%以上。因此,各用户间用汽量不平手平衡的问题较为突出。同时受到蒸汽汽源与各用户间距离不同的影响,沿途压降损失不同,故蒸汽流量计一般都安装在用户侧,以在能源结算中抵消由于差损导致的用户损失。
 
 
 
鉴于莱钢各蒸汽用户流量计运行状态存在较大差异,管道管径、用汽量、蒸汽品质、现场安装条件、流量计使用年限等各种因素致使蒸汽计量准确性受到制约,给计量结算工作带来了一定影响。如何发挥现有能源计量仪表的作用,更加合理地进行能源数据结算也就成为了一个值得探讨的课题。
 
2、蒸汽流量计准确性影响因素简要分析
 
针对当前使用最多的差压式蒸汽流量计为例,简单探讨了影响现有蒸汽流量计量准确性的几个因素。首先了解下差压式蒸汽流量计的工作原理。差压式蒸汽流量计是利用蒸汽流过节流装置,在节流装置附近造成局部收缩,流速增加,在其上、下游两侧产生静压力差,通过蒸汽参数和管道几何尺寸,再根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系从而求得流量值。根据流量方程:
 
 
 
 
 
式中qm—质量流量,kg /s;
 
qv—体积流量,m3 /s;
 
C—流出系数;
 
ε—可膨胀性系数;
 
β—直径比,β = d /D;
 
d—工作条件下节流件的孔径,m;
 
D—工作条件下上游管道内径,m;
 
△p—差压,Pa;
 
ρ1—上游流体密度,kg /m3。
 
可见流量为C、ε、d、ρ、△P、β( D) 6 个参数的函数,影响其准确性的因素主要在以下几个方面。
 
2.1 蒸汽流量计的选型、设计制造
 
因为蒸汽介质的特点,保证准确性的首要一点就是计量器具的选型和设计。由于蒸汽可分为饱和蒸汽和过热蒸汽,在输送过程中蒸汽干度会下降,出现汽、水两相流,蒸汽流速也会发生变化。如果当蒸汽压力、流速很大,节流装置又比较庞大时,长期受到蒸汽冲刷,会导致节流装置快速磨损,即公式中β值变化,造成计量偏差; 同样,当蒸汽流速较低时,由于差压△p 较小,受下限流速影响,也无法准确计算出流量。不同类型流量计适用于不同介质、不同工作状态中,在选型时,正确选择合适的流量计是十分重要的。
 
在设计制造流量计时除了制作精度的影响外,参数设定也是非常关键的环节。参数设定时要求使用工况参数而不是额定参数。如前所述,不同用户侧蒸汽品质截然不同,如果仅依靠额定参数设计出的涡街流量计(http://www.sanchangyb.com/),必定存在测量误差。
 
2.2 蒸汽流量计的安装要求
 
蒸汽流量计属于比较精密的仪表元件,为了保证差压信号的准确,通常在选择安装位置时,    以保证蒸汽输送中处于层流状态,使蒸汽平稳通过节流装置,避免不必要的扰动。安装过程中取压管堵塞、变形都会对差压的取得带来一定影响,所以正确安装一次元件也是确保准确性的重要一环。
 
2.3 流量计的温度、压力实时补偿
 
差压式流量计是利用蒸汽动静压能转换,由公式( 1) 可知流量计测得介质的质量流量qm 中,密度ρ 也是影响因素之一。而蒸汽密度ρ 又是温度和压力的函数,所以蒸汽实时的温度和压力变化必然影响到测量数据的准确性。在蒸汽输送过程中,不同用户侧蒸汽的温度、压力不断发生变化,尤其是末端用户,往往实际工况状态与设计状态有较大差异,固定温度、压力值进行计算得出的结果必然存在误差。
 
2.4 蒸汽流量计的校验和维护
 
由于蒸汽流量计长期处于高温、高压汽水环境中,很容易造成仪表高温损坏、锈蚀、杂质阻塞等,因此需要经常维护和定期检修。特别是目前莱钢蒸汽管道多采用高空架设,流量计安装位置多处于室外或高空平台上,环境条件较差,日常维护往往忽视对节流装置的检查。受条件所限,一套流量计安装后其内部腐蚀减薄情况缺乏掌控,由此带来的测量误
 
差就被忽略。
 
2.5 仪表设备冬季的保温伴热
 
由于莱钢蒸汽流量计多安装于室外,在冬季时需要对导压管及仪表箱内加设保温伴热装置,防止导压管内凝结水结冰。一旦出现导压管路结冰,将使测量结果失真,如不及时处理还可损坏差压变送器。从现场情况的了解,计量设备伴热普遍存在三个问题。一是从取压口附近选择伴热蒸汽接入点,影响仪表正常取压; 二是没有独立的伴热蒸汽系统,通常伴热蒸汽取自流量计计量的蒸汽管道中,当管道停汽后,仪表伴热随之停止; 三是伴热管道夏季停用后,锈蚀泄漏,导致伴热效果差或无法伴热。
 
3、改进措施
 
1) 在蒸汽流量计选型时,根据用户侧具体蒸汽参数特点、现场安装条件、用汽量大小等因素,避开流量计自身缺点影响,选择合适类型的流量计。提供准确的管道内外径尺寸,蒸汽工作压力、温度、常态流量范围等参数,保证设计参数和工况参数基本一致,防止工作状态偏离设计状态,确保量程范围,以保证准确性。
 
2) 在选取蒸汽流量计安装位置时,一般保证“前十后五”,即保证流量计前直管段距离在10D 以上,流量计后直管段在5D 以上。安装过程中,严格按照安装标准,如果是孔板流量计,要保证孔板与管道垂直,最大倾斜度小于1%,使孔板的锐面迎着蒸汽的方向; 如果是巴类流量计,插入杆要与管道垂直,并且不能偏心。安装前,先对流量计进行清扫,防止异物损伤孔板锐面或堵塞取压孔,避免由于施工导致的流量计损坏。安装导压管时,导压管路应垂直或倾斜安装,其倾斜度应大于1∶ 12。并保证弯曲处圆滑过渡,弯曲半径应大于导压管外径的5 倍。导压管长度一致并保持平行,以防止管内积液而导致差压错误。如果安装温度压力补偿,温度压力测点位置要尽量远离节流装置,以减小管道开孔对测量的影响。
 
3) 尽量安装温度压力实时补偿,对蒸汽状态实时监控。同时为了克服在小流量或无流量情况下,受到各种扰动造成差压信号变化或零点漂移造成信号导致计量仪表失真,往往要将一定范围内的信号切除。当用户由较大用量突然减少到较小流量,或者由于流量计量程设定过大,小流量无法计出时,需要合理设定小信号切除范围以减少计量误差。
 
4) 目前常规校验方法只是对差压或压力变送器零点量程及线性度进行检查,检查参数设定及流量积算仪进行调校。而根据JJF640《差压式流量计》检定规程要求,还需要增加对孔板锐面、巴类插入杆、管道内壁磨损情况检查、管道存积物清扫等环节; 另外,在维护方面,要加强对仪表定期排污,防止导压管、正负压阀、平衡阀腐蚀堵塞。同时加强对连接件密封垫片的检查,防止导压管发生泄漏。通过仪表定期维护、保养,延长仪表使用寿命,从而减少测量误差。
 
5) 仪表伴热保温措施。为了解决仪表伴热问题,在设计时要考虑仪表伴热与该区域设备伴热管道相连接,还要增加排污,加强伴热维护工作。
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