安钢烧结厂105m2烧结机使用的75万m3/h的主抽风机至120m大烟道有一段直径为4m的除尘管道,这段除尘管道的废气流量测量一直是个难题。以前一般选用孔板式流量计,经过多年使用这种流量计的缺点就凸现出来。维修校验不便,测量不准,孔板损坏等。大管径废气流量的检测特点:①管径大。通常为DN1000~DN6000mm,这就给检测此流量的仪表维修和标定带来了相当的困难,一般检测或清洗探头要耗费大量的人力物力;②压力流速低。一般出口压力在10~60kPa,流速为1.5~6m/s,选用的检测仪表要压损小,流量的雷诺数低;③介质脏。流体中含有大量的灰分和腐蚀物,容易污染流量计的传感器部分。针对上述特点,在反复试验的基础之上采用了比较先进的大管径插入式热式气体质量流量计检测大管径废气流量。
多点平均矩阵式670S质量流量计使用不锈钢传感探头,因此就增加了其准确性、坚固性和可靠性。它有2个探头伸入到被测气体中,1个速度传感器用来检测质量P,1个自动修正温度变化的温度传感器用来检测气体温度T,这2个探头使用参考级甘温元件铂热电阻。热电阻的稳定性,重复性符合NIST标准。现代工业用的插入式热式气体质量流量计用标准级铂热电阻的铂丝缠绕在1套磁芯棒上插入到一个坚固的不锈钢套筒中,速度传感器的电阻比温度传感器的电阻小得多,并由电子设备供电产生热量插入式热式气体质量流量计的工作原理基于热力学第 一定律,即电子设备提供给速度传感器的电功率等于流动的气体对流换热所带走的热量,有
式中:Eu—传感器的冷端温度补偿电势;
Ru—传感器的冷端温度补偿电阻;
h—传热系数;
As—圆柱形探头表面积;
Tu—速度传感器的温度;
T—温度传感器测得的气体温度。
参与速度传感器周围的热边界层换热的是流动的气体的分子,因此插入型热式气体质量流量计传感器检测到的是流体的质量和流量,有
式中:Pu—气体的质量流速
a1,a2,m—经验确定的系数,由被测气体的传热系数,黏度等系数决定。
多点距阵排列插入式热式气体质量流量计,在传感器延长度方向设置有4~16个不等的质量流速探头,用来测量大管径的总质量流量。多点插入型传感器设置划分为n个等面积环,在每个等面积环的质心设置1个热式质量流速。测量时,热式气体质量流量计的速度传感器和温度传感器探头插入流体中,感受流体的流速和温度,它们同时是电子组件桥路的2个桥臂。通电时,桥臂电流将速度传感器加热到高于温度T的T温差△T=T-T,变成平衡电桥。此时电桥便输出一个对应零流量的电压,经放大电路处理,输出流量计的下限信号4mA;瞬时流量显示为000;累积流量无累积动作发生,累积显示保持着原来的累积数字不变当流体流经加热的速度传感器时,根据热传导原理,将会带走速度传感器的一部分热量,使其温度下降,而且流量越大,带走的热量越多,其温度T1下降也越大。由于桥路的反馈控制作用,总要回到平衡电桥状态。为此,电桥必须在速度传感器上流过与流量大小成正比的电流,使速度传感器回到平衡状态时的温度T。这时桥路便输出1个正比于流量大小的电压信号。经电路放大、线性化处理输出与流量成正比的4~20mA的电流信号;瞬时流量显示为直到ZUI大刻度流量的1个值;累积动作将以与瞬时流量成正比的速度进行累积。根据L一V.King定理,即流体流经加热的速度传感器时所带走的热量与对速度传感器加热到温度T的电功率P相等。由于桥路的反馈控制作用△T=71-T2为一恒定的常数,所以桥路的输出(决定流量计输出的量)与流体的质量流速p成单值函数关系。特别要指出的是,由于速度传感器的热量是被流体中的分子所带走的,速度传感器测量的是流体的质量流速p,因此只要乘以流体管道的截面积s,便可得到流体的质量流量。
2.大管径流量检测仪表的比较和应用效果
2.1大管径流量检测仪表的比较
孔板式流量计检测流体的流量;
式中:△P—一差压:
K—仪表系数
质量流量计、孔板式流量计均能检测大管径流量,由表1明显看出大管径插入式热式气体质量流量计在各项性能指标有很大的优势。
2.2应用效果
通过长时间的应用表明,质量流量计在测量大管径流量方面优势比较明显,主要表现在以下几个方面:①维修比较方便。原来应用孔板式流量计测量废气流量时,维修或清洗传感器需要大量的人力和物力,有时还需要烧结机停机时才能进行。采用质量流量计,一体化结构很方便维修。②传感器不易损坏。原来的孔板式流量计在很大的负压下,孔板传感器很容易损坏或被焦油堵塞,质量流量计的速度传感器和温度传感器做成了针状,外面还有不锈钢保护套,这就保障了传感器不易损坏。③性价比好。1台大管径孔板流量计需要7万元左右,而1台质量流量计仅仅1.5万元。通过上述论述表明,质量流量计具有孔板式流量计不可比的优势。
3.结语
采用质量流量计检测大管径废气流量测量准确,平稳维修量小,具有较好的可靠性和经济性,因此它在冶金行业受到了普遍的欢迎。在安钢烧结生产中,一些位置较高或者属于不安全的地方,如点火炉的空气流量和煤气流量测量,已经使用了质量流量计。