簡述韶鋼焦?fàn)t煤氣計(jì)量的難點(diǎn)所在，介紹畢托巴流量計(jì)工作原理，計(jì)量及采集過程、現(xiàn)場安裝投運(yùn)方法、節(jié)能分析計(jì)算、與傳統(tǒng)差壓流量計(jì)相比的優(yōu)點(diǎn)以及運(yùn)用效果。

焦?fàn)t煤氣是指煉焦用煤在煉焦?fàn)t中經(jīng)過高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所產(chǎn)生的一種可燃性氣體，是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品，主要由氫氣和甲烷構(gòu)成，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)?、氧氣和其他烴類，其熱值高，在鋼鐵企業(yè)中被廣泛使用。而焦?fàn)t煤氣因含有焦油焦油、苯、萘、水氣等雜質(zhì)，容易堵塞測量設(shè)備，一直困擾著焦?fàn)t煤氣流量的計(jì)量工作。

1 焦?fàn)t煤氣計(jì)量的難點(diǎn)所在

目前， 韶鋼測量焦?fàn)t煤氣的方式主要有孔板流量計(jì)、文丘利流量計(jì)、V 錐流量計(jì)等傳統(tǒng)節(jié)流式差壓流量計(jì)。而因焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)，容易在供氣管壁、節(jié)流裝置的取壓口、閥門和導(dǎo)壓管連接處大量淤積，造成計(jì)量不準(zhǔn)確甚至無法計(jì)量。此外，傳統(tǒng)的收縮取壓方式壓損大，功耗大，不利于節(jié)約風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)能耗。韶鋼也曾使用過熱式質(zhì)量流量計(jì)來測量焦?fàn)t煤氣，其利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測量管外加熱體)之間熱量交換關(guān)系來測量流量的儀表。在焦?fàn)t煤氣較純凈的時(shí)候，其測量問題不大，一旦焦?fàn)t煤氣的處理工藝設(shè)備或處理工序出現(xiàn)某些問題， 焦?fàn)t煤氣中的焦油、萘、水氣等雜質(zhì)增多時(shí)，熱式質(zhì)量流量計(jì)便無法繼續(xù)計(jì)量。為此，儀表維護(hù)人員需要將大量的精力放在傳統(tǒng)節(jié)流差壓式流量計(jì)測量裝置的導(dǎo)壓管路和熱式質(zhì)量流量計(jì)探頭的清理、導(dǎo)通、排水、吹掃等方面，由此造成維護(hù)工作量大，維護(hù)成本高。如何做到流量計(jì)的防堵塞，如何減少因計(jì)量造成管道氣體壓損，是計(jì)量行業(yè)遇到的普遍性難題。為解決好上述難題， 在2011 年1 月， 計(jì)控部對焦化廠4.3 米焦?fàn)t外供焦?fàn)t煤氣檢測點(diǎn)試用了一種新型的流量計(jì)———畢托巴流量計(jì)。 運(yùn)行一年多來，其流量計(jì)測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，波動量小，未出現(xiàn)過任何堵塞現(xiàn)象，很好地解決了焦?fàn)t煤氣計(jì)量中的難題。

2 畢托巴流量計(jì)工作原理

畢托巴流量計(jì)是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO3966 《封閉管道中流體流量的測量———采用皮托靜壓管的速度面積法》設(shè)計(jì)的差壓式流量計(jì)，其采用皮托管原理提取流體流速，再換算成流體體積流量或質(zhì)量流量的差壓式流量計(jì)。畢托巴流量計(jì)采用非收縮節(jié)流設(shè)計(jì)，其將傳感器插入氣體管道中心，總壓孔對正流體的來流方向，總壓與靜壓之差即為管道中心的實(shí)測差壓， 再由該畢托巴的風(fēng)洞標(biāo)定曲線擬合出該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差壓，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差壓來計(jì)算流體的流量。因?yàn)榱髁坑?jì)傳感器一般采用在水平管道正上方垂直管道中心線位置安裝，取壓口是與傳感器平行線成30° 的圓管斜切面( 探針)， 由不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)制作而成，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理。當(dāng)取壓口遇到雜質(zhì)，雜質(zhì)會在重力作用下自行脫落，不會粘附在取壓口上，因而起到良好的防堵塞效果。畢托巴流量計(jì)相關(guān)的計(jì)算公式：

Q體=K(V中心×S)

Q質(zhì)=Q體×ρ

V中心：修正后的管道中心流速，K：管道修正系數(shù)，ΔP：風(fēng)

洞標(biāo)定修正后的標(biāo)準(zhǔn)差壓，Q體：介質(zhì)的體積流量，Q質(zhì)：介質(zhì)的

質(zhì)量流量，ρ：介質(zhì)密度。在韶鋼安裝的畢托巴流量計(jì)， 其傳感器的正壓為Φ20mm 正斜切面的探針取壓，負(fù)壓為Φ18mm 背斜切面的探針取壓， 將正負(fù)壓送入高精度的差壓變送器轉(zhuǎn)換成4-20mADC 標(biāo)準(zhǔn)電流信號，再引入由單片機(jī)構(gòu)成的BTB-A 系列積算儀。其帶24V 直流配電功能，具備流量分段修正功能(對測量壓力溫度相對恒定的介質(zhì)，可以采取缺省的溫壓補(bǔ)償來設(shè)定密度)，通過參數(shù)組合設(shè)定，最終顯示實(shí)時(shí)流量、累計(jì)流量、差壓值等。同時(shí)輸出瞬時(shí)流量相應(yīng)的4-20mA DC 電流信號給數(shù)據(jù)采集模塊， 最終上傳至韶鋼EMS 能源管理中心系統(tǒng)，經(jīng)過服務(wù)器處理后，對其進(jìn)行流量的實(shí)時(shí)顯示、歷史曲線，生產(chǎn)調(diào)度指揮以及累計(jì)量、報(bào)表生成等，為單位間的能源計(jì)量提供結(jié)算依據(jù)。韶鋼使用的畢托巴流量計(jì)計(jì)量及采集原理如圖

補(bǔ)償修正公1 所示。此外，差壓變送器轉(zhuǎn)換成的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，也直接接入DCS 系統(tǒng)(或PLC)進(jìn)行流量換算，只需在系統(tǒng)中建立廠家給定的的式即可。

3 畢托巴流量計(jì)的安裝方式、安裝步驟和投運(yùn)方法

1)安裝方式

畢托巴流量計(jì)安裝時(shí)采用在水平管道上從上往下的插入式安裝方式， 安裝方式有螺紋連接和法蘭連接等多種方式。采用法蘭連接安裝時(shí)，只需要在測量管道上鉆一個(gè)Φ25-Φ60mm 之間的插入孔(根據(jù)傳感器大小而定)，再將法蘭連接座定位焊接在管道上，最后，按照要求進(jìn)行開孔，然后將畢托巴按照計(jì)算好的長度插入到被測管道中，通過螺栓與法蘭緊固即可。對于煤氣等易燃性氣體管道上的安裝，必須相應(yīng)的防火安全措施，做好應(yīng)急預(yù)案，準(zhǔn)備足夠的滅火器材，防止事故發(fā)生。

2)安裝步驟

(1)選擇好位置并開孔。在對應(yīng)的被測介質(zhì)管道上按照技術(shù)參數(shù)量好安裝前后直管段的距離，找好安裝點(diǎn)，在管道上打磨光滑，焊接連接底座，安裝好開孔器后進(jìn)行開孔作業(yè)，對于煤氣管道上的帶壓開孔，最好使用手動開孔器。

(2)安裝流量計(jì)的傳感器。開孔完畢后，取出穿孔機(jī)器。畢托巴流量計(jì)在插入管道前應(yīng)檢查插入尺寸和頭部方向，要保證安裝后頭部位于管道中心線上，即管外徑的一半，并且使總壓孔對正來流方向。

(3)在傳感器插入管道后，密封螺帽，緊固好固定螺桿。

引總壓(正壓)和靜壓(副壓)的引出口的導(dǎo)壓管到差壓變送器的三閥組，要求兩導(dǎo)壓管應(yīng)位于同一水平面，彎度盡量保持一致，防止因兩導(dǎo)壓管高度不同引起的測量誤差。

(4)檢查所有管道接頭等連接件應(yīng)焊接牢固，應(yīng)用肥皂

水進(jìn)行氣密性檢查，如發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)立即進(jìn)行處理。焊接部位應(yīng)做防銹處理，可涂上黃油等處理。

3)投運(yùn)方法

(1)正確連接差壓變送器線路后，從積算儀處為差壓變送器提供24V 直流電源。

(2)用通訊器設(shè)置差壓變送器的單位、量程等參數(shù)，檢查零點(diǎn)是否正確，若有偏差進(jìn)行調(diào)零。

(3)打開關(guān)閉差壓變送器正壓閥，關(guān)閉平衡閥，快速打開負(fù)壓閥。差壓變送器投入運(yùn)行。

(4)根據(jù)廠家提供的參數(shù)對BTB-A 積算儀進(jìn)行正確設(shè)置，正確連接電流輸出至模塊線路，檢查回路電流是否與瞬時(shí)流量相對應(yīng)。

4 畢托巴流量計(jì)的節(jié)能分析計(jì)算

畢托巴流量計(jì)相對于傳統(tǒng)孔板等差壓流量計(jì)，其節(jié)能效果值得關(guān)注。以Φ920×7mm 的焦?fàn)t煤氣管道流量測量為例，設(shè)壓力為7kPa，工作溫度為60℃，此時(shí)介質(zhì)的密度為ρ=0.45kg/m3,通常焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)每天24 小時(shí)都處在運(yùn)行狀態(tài)， 假設(shè)焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)的電動機(jī)效率η=85%， 工業(yè)用每度電的費(fèi)用為0.7元，當(dāng)介質(zhì)體積流量為Qv =35000Nm3/h=9.72m3/s 時(shí)，分別對

如下2 種情況進(jìn)行計(jì)算：

(1)如使用畢托巴流量計(jì)測量時(shí)產(chǎn)生的差壓為ΔPv =0.14kPa，畢托巴的壓損系數(shù)為0.03，則通過畢托巴流量計(jì)測量此介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的壓損為：PPLv =0.03×ΔPv =0.03×0.14kPa=0.0042kPa因此畢托巴的功率損失：Hpv=Qv ×PPLv ÷η=9.72×0.0042÷85%=0.048(kW)那么，使用畢托巴流量計(jì)能耗換算成電費(fèi)為：年/元=365×24×0.048×0.7=294.34 元/年

(2)如在同樣條件下使用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)采用角接取壓方式來進(jìn)行流量測量， 假設(shè)當(dāng)孔板的開孔比β=0.66時(shí)， 查孔板相關(guān)資料計(jì)算可知孔板產(chǎn)生的差壓為ΔP0 =1.225kPa，孔板的壓損系數(shù)一般為0.5，則通過孔板流量計(jì)測量此介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的壓損為：PPL0 =0.5×ΔP0 =0.5×1.225kPa=0.6125kPa因此標(biāo)準(zhǔn)孔板的功率損失：Hp0=Qv ×PPL0 ÷η=9.72×0.6125÷85%=7.004(kW)那么，使用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)能耗換算成電費(fèi)為：年/元=365×24×7.004×0.7=42948.53 元/年通過以上能耗計(jì)算數(shù)值對比，可發(fā)現(xiàn)，使用畢托巴流量計(jì)計(jì)量與使用傳統(tǒng)孔板流量計(jì)計(jì)量相比能耗很低，具備很明顯的節(jié)能效果，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

5 畢托巴流量計(jì)與傳統(tǒng)差壓流量計(jì)相比的優(yōu)點(diǎn)

畢托巴流量計(jì)在對測量焦?fàn)t計(jì)量中具備良好的表現(xiàn)在于，與傳統(tǒng)差壓流量計(jì)相比具備如下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

(1)具備卓越的防堵塞耐磨設(shè)計(jì)，大大減輕儀表維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度和降低維護(hù)成本。

(2)具備優(yōu)越的節(jié)能效果，同時(shí)在測量過程中對介質(zhì)的壓損很小甚至可以忽略，運(yùn)行成本降低，被國家發(fā)改委節(jié)能信息傳播中心推薦為第61 號節(jié)能產(chǎn)品。

(3)每臺流量計(jì)單獨(dú)風(fēng)洞標(biāo)定，獨(dú)特的分段修正以及來自于清華大學(xué)多年積累的龐大精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫。

(4)適用性強(qiáng)：傳感器能測量含雜質(zhì)多的介質(zhì)，適用多種流體和多種管道形式。

(5)安裝簡便，實(shí)現(xiàn)了帶壓開孔、在線安裝，在線疏通、在線清洗，取壓部位帶有吹掃閥門，如特定場所安裝的流量計(jì)在有清理必要時(shí)可接上氮?dú)饣蛘羝M(jìn)行反吹維護(hù)。

(6)可靠性：結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理。由于導(dǎo)壓管內(nèi)介質(zhì)長期處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以測量精度能夠長期保持穩(wěn)定。

(7)測量流量范圍廣：氣體流速在1m/s 以上，液體流速在0.1m/s 以上的介質(zhì)都可以精確測量，對低流速、小流量、大管徑測量效果更佳。

6 畢托巴流量計(jì)的運(yùn)用效果

從焦化廠4.3 米焦?fàn)t外供焦?fàn)t煤氣檢測點(diǎn)中運(yùn)用畢托巴流量計(jì)計(jì)量后的情況看，流量檢測數(shù)據(jù)一直穩(wěn)定可靠，波動量小，沒有出現(xiàn)過任何堵塞現(xiàn)象，充分證明了畢托巴優(yōu)越的防堵塞性能。此檢測點(diǎn)計(jì)量數(shù)據(jù)基本符合焦?fàn)t的理論煤氣發(fā)生量，得到了供需雙方的認(rèn)可。儀表維護(hù)人員不必再花大量的精力去清理堵塞的測量管路和探頭，大大減少了的維護(hù)工作量，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。因采用畢托巴流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，煤氣管道中不必安裝大型的節(jié)流裝置，使得管道中氣體的壓損也很小，從而大大降低風(fēng)機(jī)加壓機(jī)的能耗。選用畢托巴流量計(jì)在計(jì)量焦?fàn)t煤氣的成功經(jīng)驗(yàn)，為今后解決其它介質(zhì)的計(jì)量問題提供一種新的思路，值得推廣運(yùn)用。

7 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新型流量儀表陸續(xù)出現(xiàn)，測量方法和儀表的種類越來越多。但是，至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。其原因是每種產(chǎn)品既有其特定的適用性，又有其一定的局限性。只有不斷積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，不斷進(jìn)行實(shí)踐探索，針對不同介質(zhì)和不同的測量環(huán)境，選擇最合適其測量的儀器，既做到設(shè)備安裝方便、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡單、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，又做到節(jié)能降耗，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量效益的最大化。