淺談鍋爐煙氣及風量的測量

榮躍

摘要：本文主要通過技術分析闡述了鍋爐煙氣及風量的測量，僅供同行參考。

關鍵詞： 大管徑風量煙氣流量測量

一 前言

在現代企業生產中，鍋爐及鼓風機每小時都需送入大量的風，同時產出數萬立方米的煙氣。隨著我國經濟體制改革的深入，經濟核算單位的細分，實行成本核算與管理，充分降低能耗已成發展趨勢，而大風量、除塵后煙氣流量的測量，其意義顯得越來越重大，亦愈來愈被人們所關注與重視。

工業生產過程，在溫度、壓力、流量、液位4大熱工參數的測量中，流量測量要達到預期的精確度和可靠性，自控工程師普遍認為難度最大，尤其是大管徑風量、煙氣流量測量，更顯棘手。一則煙氣介質中含塵量大；溫度較高，腐蝕性強；二則輸送煙氣的管道管徑大，流量變化范圍大，且煙氣在煙管中靜壓力較小，流速也低。因此，要準確測量大管徑風量、煙氣流量，關鍵是選準流量儀表的類型，其次是正確安裝、使用流量儀表。

二 笛形均速管流量測量技術分析

多年來，在速度場測量方法上，國內學術及工程界對此問題的討論雖然不多，但對于笛形均速管，在其適用速度模型的紊流程度、反映速度剖面的選點及實際測定時流體動力學對測定的影響諸方面，由于理論與實踐的程度不同，國內專家尚有不同的看法。事實上，它只能由實踐來檢驗，并在理論和實踐相結合的基礎上，不斷地完善、豐富和發展。

對于中、大管徑(D＞300mm)風量、煙氣流量測量，沿用了60余年的卡門—普朗特速度模型仍然適用。由于工藝管是大管徑、鋼管壁，風、煙氣在管內流動時，其附面層效應對速度模型的適應性影響減小。采用卡門—普朗特對數速度分布方法測量流量，能夠滿足工業流量測量精確度要求。我們經過多次標定實踐證明了這點。鑒于此，在笛形均速管上，用等分面積法或偶對數線方法確定的測管直徑上4個全壓孔位，無論從理論上分析，還是實踐應用都證明是可行的。如測管直徑上用對稱6個全壓孔，則它靠管壁的孔易受管內壁粗糙度、測管直徑上全壓孔開孔大小等因素的影響，還易堵塞全壓孔，與想充分反映附面層影響的本意相左。因此，測量直徑上有6個全壓孔的笛形均速管不一定比只有4個全壓孔的好。

關于流體動力學對測量的影響，比較大的是阿牛巴流量計，因流體繞管向流動，管后背壓孔的壓力將受工藝管徑與測管管徑之比、工藝管徑大小的影響。當管直徑由ф200mm變到ф400mm時，其產品說明書上的K值(流量系數)由0.6變到0.8，這樣大的K值變化恰恰說明了動力學的影響。而笛形均速管的靜壓取自全壓測量前工藝管壁上1D處，基本不受流體沖向測管流阻反波的影響，對前直管線段阻力影響較小，也不受測管工藝管阻力影響。因此，笛形均速管流量系數在紊流區間范圍內變化很小，在雷諾數4×105～2×106范圍內僅變化0.3～0.4%；且可從理論上像標準節流裝置那樣計算出來，應用場合中就可不受制造廠的系數限制，可因地制宜地應用。

三 流量儀表的選擇

迄今為止，工業用流量儀表種類已發展到60多種，但沒有一種對任何流體、任何流動狀態、任何量程，任何使用條件均能使用的流量儀表。每一種流量儀表都有其特定的適用性和局限性。很自然，若儀表選型不當，那么流量肯定測不準。一般來講，選擇流量儀表應注意以下6點：(1)熟悉生產工藝狀況(包括管道配置情況)；(2)知道被測介質的性狀；(3)弄清正確安裝所選流量儀表的條件；(4)弄清所選流量儀表的測量原理、條件、方法、結構及特性；(5)了解所選流量儀表的維護需求；(6)了解流量儀表的性價比(經濟性)。

顯然選擇大管徑風量、煙氣流量測量儀表也應認真考慮以上6個因素。

目前，用于測量大管徑風量、煙氣流量的儀表主要有笛形均速管、孔板節流裝置、阿牛巴流量計、插入式熱式氣體質量流量計、彎管流量計、插入式渦街流量計、文丘里管等。在此，筆者結合自己的設計體會淺析前5種流量儀表的特性、安裝要求、維護需求及選用不同流量儀表應注意的問題， 供同行們參考

5種流量儀表除孔板節流裝置外，均為速度式流量計，而真正所測出的速度能反映介質平均速度的只有笛形均速管及阿牛巴流量計。它們測出的是管截面上介質的平均流速，具有一定的代表性，反映了管內流速分布變化規律。笛形均速管流量系數穩定，其中以菱形結構笛形均速管最令人放心。阿牛巴流量計與笛形均速管流量計的主要差別在于前者不在管壁上取靜壓，而在動壓管后取，其得出的差壓值稍高于笛形均速管差壓值，但其流量系數受測管大小與工藝管徑比的影響，會隨安裝等因素的變化而變化，令人難以計算和把握。而熱式氣體質量流量計或渦街流量計，采用以點代面式的測量方法。從測速原理上來分析，它測的是管中心介質速度，通常很難正確反映實際值；但在小流量、介質的雷諾數低于2000的層流情況下，熱式氣體質量流量計又有很好的測量精確度，比笛形均速管及阿牛巴流量計的測量精確度高。熱式氣體質量流量計是通過熱功率來測定流體流量，所以它不適宜于污染物(有粘性的)多、流量變化范圍大、且介質的溫度變化劇烈的流體流量測量。孔板節流裝置歷史悠久，應用普遍，有國際標準可循。但它也有許多局限性，在使用中有許多因素影響其測量精確度，如工況參數變化與設計不符、孔板與管道不符、前直管段不足、其銳角磨損等等，都會使其不確定度增大；另外，其測量范圍窄，僅為3∶1，壓損大，能耗大，運行費用高，安裝、拆洗相當復雜、繁瑣，維護工作量大。彎管流量計結構簡單，內無任何附加節流件與插入件、不易堵塞，無壓力損失，因此它適合于大管徑、流速低、靜壓低、粉塵多、腐蝕性強的流體介質流量測量；但對于90°彎管的結構要求圓滑、管內無毛刺，對于特大型管徑，安裝麻煩，需要增設支撐吊架及檢修平臺。

各類流量儀表測量原理互不相同，只有在特定的條件下才能發揮其自身的特點。因此，在大管徑風量、煙氣流量測量系統中，對于流量儀表的選型，應根據工藝、介質、配管等實際情況，視有所側重于流量儀表的那些特性，然后根據特性，選準儀表。

綜合上述分析，用于大管徑風量、煙氣流量測量儀表中較好的是笛形均速管，它測量準確，穩定可靠，易適應安裝條件，擴展條件也好，維護管理簡單，一旦投運好后，用戶可放心使用。其缺點是要求工藝管縮徑。如果在工程設計中首先考慮了縮管，使用起來就相當方便。而它需要的微差壓變送器，1151(或3051)電容式差壓變送器可滿足要求。即使工藝管已裝好，為了長久穩定地準確測量，縮管也是合算的。經計算即使縮了管，所增加的管路阻力也僅為孔板的1/10。

四 正確安裝、使用流量儀表

一個可靠、精確度很高的測量系統，首先儀表選型要正確；其次儀表要按其要求進行正確安裝，這一點常常不為人重視，認為不管正確與否，只要裝上去就行了，這無疑給測量系統引入了不確定度。如：風量、煙氣測量系統中，若采用孔板節流裝置，安裝時稍有疏忽，垂直度、同心度就不夠，會給測量帶來很大的不確定度，即使儀表選型正確，也測不準，并且不確定度會很大。最后，要正確使用儀表，定期進行維護、維修工作，保證流量儀表正常工作。對于煙氣流量測量，由于介質中多塵、腐蝕性大，必須定期吹掃、清洗儀表探頭，定期檢查探頭有無污物粘結，信號引壓口、引壓管是否被塵埃或粘結物堵死等，這些都是保證風量、煙氣流量測量系統正常必不可少的日常工作。

五 結束語

總之，大管徑風量、煙氣流量測量儀表的選擇與使用都是非常重要的。準確、可靠的測量大管徑風量、煙氣流量也是各生產部門及環保部門都需要普遍關心的問題。隨著科學技術的發展，針對目前的測量水平，進一步做些細致的技術工作，筆者堅信，真正地探索出一條大管徑風量、煙氣流量測量的新路應該為時不遠。