防堵陣列式風量測量裝置在輕灰流化床上的應用

劉立安

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

輕灰流化床俗稱豎起來的煅燒爐，它的進風室流量是流化床穩定運行的重要參數。過去一直沿用測量風室壓力間接反映進風流量，缺陷是當風室堵的時候用壓力就很難判斷流量。以前也嘗試用彎管流量計測量，由于直管段短，介質含堿塵，安裝位置不理想沒有成功。有一種熱電廠專門測量風量的傳感器——防堵陣列式風量測量裝置，這種流量計采用畢托管測量原理，有本質防堵功能，免維護，針對流化床循環爐氣介質的特點，采用這種風量測量裝置測量試用幾個月，效果非常理想。

1 防堵陣列式風量測量裝置的組成

防堵陣列式風量測量裝置是由測風裝置和微差壓變送器組成，并連接顯示，記錄、積算、調節儀表或計算機網絡，構成流量的檢測和調節系統。

測風裝置安裝在風量傳輸的管道上，將介質的流量變換成差壓信號；差壓變送器將差壓信號轉換成與介質流量相對應的統一的標準電流信號，以進行顯示，累積和調節控制。

2 防堵陣列式風量測量裝置的工作原理

2.1 工作原理

防堵陣列式風量測量裝置基于S 型畢托管測量原理，根據國際標準設計制造的。測量傳感器安裝在管道內，流體以一定流速在管道內流動時，迎風面感受動壓和靜壓，動壓、靜壓之和稱為“全壓”，背風側由于不受氣流沖擊，其感受靜壓，全壓和靜壓之差稱為差壓，管道內的風速和差壓的平方根成正比，風速與差壓符合關系式：

式中：v——風速，m／s；

k——測量裝置流量系數；

△P——差壓，Pa；

ρ——氣體密度，kg／m3。

全壓傳感器的感壓口對準氣體的氣流方向，氣流在全壓傳感器上產生與流速對應的壓力，相鄰的靜壓傳感器同時測出該位置的風道靜壓，在這一測點位置就有代表氣體流速的動壓（差壓）輸出。在一支測量探頭上，如果配置多對流速傳感器，探頭的輸出則代表多個測點的平均流速。

當風道內插入多支測量探頭時，將探頭輸出的全壓與全壓、靜壓與靜壓并聯起來，就可以準確測量風道截面各測點的平均流速。這就意味著如果盡量多地在風道內布置測量探頭、每支測量探頭盡量多地配置流速傳感器，就可以避免風道內由于旋流、紊流造成的流場不均勻對測量帶來的影響，減少測量誤差。

2.2 防堵原理

防堵風速測量裝置就是采用S型畢托管的工作原理，在此基礎上增加防堵裝置。在測量裝置取壓口的靜壓、動壓管內中心位置，各懸吊一根不銹鋼的防堵振動桿，在水平風道風管上垂直安裝的風量測量裝置，當有管道振動或氣流沖擊產生的動能，使振動桿在隨機擺動，可以把管內壁積聚的粉塵刮下隨氣流吹走，所以測量裝置的測量孔永遠不會堵塞。

3 防堵陣列式風量測量裝置的特點

由于防堵陣列式風量測量裝置獨特的優點，目前已廣泛地被應用于電站鍋爐煙道氣、一次風、二次風的測量，測量裝置的主要特點如下：

1）測量精度高、良好的線性與重復性；

2）在管道截面上多點陣列分布測點，能準確測量流體的平均流速；

3）安裝時要求的直管段很短，一般上游0－3D，下游要求0－1D；

4）傳感器內部包含防粉塵堵塞裝置，長期運行不會堵塞取壓口，真正做到免維護運行；

5）可以忽略不計的管道壓力損失，經濟的運行成本，是節約能源的有效措施；

6）對用戶提供個性化設計方案，根據不同需求調整測點位置與數量，實現網格法測量；

7）極為簡便的插入式安裝方式，適合各類大管徑、低流速、短直管段風管、風道的流速流量測量。

4 實施方案

現場工藝條件：

管道規格 φ520×10

管道材質 Q235

管道長度 現有直管段800mm

工作壓力 0～0.065MPa

工作溫度 200～220℃

介質組分 CO224.27%，H2O 71.61%，NH32.53%，空氣1.59%，堿塵147mg／m3

介質密度 0.946kg／m3

最大流量 9 000m3／h

正常流量 3 000～5 000m3／h

從現場工藝參數的分析結合到現場對管道布局、系統結構實際看，直管段較短，從水平母管向上延伸后，管道變為水平，垂直管道上有調節閥門（蝶閥），管道內的流場極為紊亂，傳感器只能裝在直管段只有800mm水平管道上。介質條件較為復雜，循環爐氣溫度高達200～220℃且含有堿塵，遇冷有凝結，爐氣內雜質較多，對傳感器附著、堵塞威脅較大。以前用彎管流量計測量爐氣流量，對直管段要求較高，由于現場環境的限制，安裝位置不合理，導壓管路極易集結冷凝水，冷凝水和爐氣里的堿塵形成堿疤堵塞導壓管很難清除，從而造成所測量的流量不準確，且維護量也非常大。

根據以上情況，我們采用多點防堵陣列式測量裝置，可確保測量的準確性，根據爐氣流量的大小能及時地調整閥門開度分配各風室的風量，讓流化床始終在較經濟穩定的情況下運行。防堵型陣列風量測量裝置是插入式安裝，裝置壓損小可忽略不計，節約送風機電量，可取得良好的經濟效應。

根據設計參數，流化床進口風道截面尺寸為φ520×10，由于管道截面流場極為紊亂且分布不均勻。為了確保測量準確性，在φ520×10的管道截面上多點陣列分布測點，按等截面積網格法設置5個風量測量點，以測量風道平均速度。由于在風道截面上嚴格采用標準的網格多點式布置，可以極大削弱直管段較短及紊流造成的影響，且測量裝置本身具備抗凝結、抗堵塞結構，壓損小，裝置性能可靠，可保證風量顯示穩定準確。真正做到了長期免維護運行。

推薦型號：PBS50N－T520；變送器推薦型號：EJA120A；其等截面網格布置風量測量點及安裝方式見圖1。

圖1 等截面網格布置風量測量點

5 流量測量的數學模型和計算

根據流化床現場條件，專門設計了抗凝結、抗堵塞結構，結合科學的使用方式，可以有效防止堵塞；經典原理測量，線性度好測量準確可靠；裝置選用優質不銹鋼材料，在高溫、復雜化學條件下不易變形，壽命長、耐用性好；多點測量，平衡輸出，可以有效的抵消現場直管段短造成的影響。

防堵型陣列測風裝置計算的數學運算模型為：

其中：Q——風道流量，m3／h；

A——風道面積，m2；

v——風道中的氣流速度，m／s。

其中：Pd為測量截面的平均差壓，Pa；ρ為介質密度，kg／m3，可由專門公式求出，本測量中，密度由工藝給出ρ＝0.946kg／m3。

所以風量和差壓的關系式為：

k——修正系數（也稱風量測量裝置的標定系數），k取0.83。

代入數值得到Q＝9 000m3／h，Pd＝111.4Pa。

測量裝置精度與修正系數k通常是出廠前通過實驗室裝置標定得出的，因為現場被測介質的流場與實驗室裝置的流場會有很大差別，所以為了保證測量裝置現場測量的準確性和在不同運行工況條件下的線性度，使用前要對測量裝置進行現場校驗。

6 結 語

防堵型陣列式風量測量裝置是為電站鍋爐煙道氣、一次風、二次風的測量專門設計的產品，目前已廣泛地被應用于電站鍋爐煙道、風道流量的測量，在化工行業使用尚屬首次，防堵型陣列式風量測量裝置在流化床的成功應用，為流化床長周期穩定運行和計劃檢修提供了數據保障，也為其他工序引用積累了經驗。