流量檢測儀表在大口徑管道氣體檢測中的應(yīng)用

楊 志

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214400）

1 大口徑管道氣體檢測中存在的問題

（1）溫度壓力變化問題。對于鋼鐵行業(yè)來說，多數(shù)大口徑管道氣體流量在進(jìn)行檢測過程中，都存在濕度大、粉塵高、壓力過低等問題。并在實(shí)際生產(chǎn)和管理過程中，管道內(nèi)部的溫度和壓力也會不斷發(fā)生變化。這些都會對儀器測量結(jié)果的精準(zhǔn)度和可信度造成影響。若相關(guān)領(lǐng)域的工作人員未能認(rèn)識到這一問題，就會導(dǎo)致鋼鐵行業(yè)大口徑管道氣體檢測的流量檢測儀表的性能難以得到充分提升，進(jìn)而無法滿足使用者后續(xù)對鋼鐵行業(yè)大口徑管道氣體檢測的需求。

（2）空間位置限制問題。對于鋼鐵行業(yè)大口徑管道氣體檢測工作來說，流量檢測儀表會受到空間位置等因素的限制。因?yàn)榇蟛糠值匿撹F行業(yè)大口徑管道長度不足，會使流量檢測儀表對管道內(nèi)部的流量變化、流量規(guī)模等不能進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。由于部分氣體流量檢測儀表的精準(zhǔn)程度，會同管道內(nèi)部氣體的流速分布情況密切相連，所以當(dāng)?shù)毓艿赖拈L度無法滿足氣體流量測量的實(shí)際需求時(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致氣體流量測量的精準(zhǔn)程度大幅度降低，無法滿足用戶的實(shí)際需求。

（3）儀表設(shè)備安裝問題。大口徑管道氣體檢測時(shí)，測量儀表通常會安裝到大口徑管道的總管上，這在一定程度上影響到氣體流量檢測的穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致儀表流量檢測的信號出現(xiàn)不通暢的情況，還可能造成儀表的安全性無法得到應(yīng)有保障。此時(shí)若大口徑管道內(nèi)部發(fā)生氣體泄漏事故，則需停氣檢修，既會使故障處理的牽涉面加大，也會對行業(yè)的經(jīng)營和管理等造成嚴(yán)重的損失。

（4）管道口徑規(guī)格問題。大口徑管道的氣體檢測流量儀表口徑通常會超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的尺寸，對于此類氣體進(jìn)行檢驗(yàn)的儀表在出廠檢驗(yàn)的環(huán)節(jié)中，往往會缺乏國家相關(guān)部門授權(quán)。所以用于鋼鐵行業(yè)大口徑管道氣體檢測的氣體流量檢測儀表的精準(zhǔn)度無法得到相關(guān)領(lǐng)域的認(rèn)可，也因此限制了新型的氣體流量檢測儀表開發(fā)、研制、推廣與應(yīng)用。

2 流量檢測儀表在大口徑管道氣體檢測中的應(yīng)用情況

2.1 解決開孔直徑和管道內(nèi)偏差影響

（1）氣體流量檢測儀表的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性，都會對最終結(jié)果產(chǎn)生影響。同時(shí)鋼鐵行業(yè)大口徑管道本身的開孔直徑以及管道內(nèi)的偏差數(shù)值等，也會對流量檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以看出，誤差值需控制在約依0.05%，同時(shí)還要考慮工作環(huán)境溫度對材料膨脹的影響。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定需對管道內(nèi)徑進(jìn)行實(shí)測，對節(jié)流件上游管道的幾個截面進(jìn)行反復(fù)測量，通過計(jì)算可得出平均值，使最終誤差被控制在約依0.3%。

（2）解決工作密度變化偏差影響。由于可壓縮的氣體在實(shí)際中，密度存在著不確定性，可能會對檢測值的準(zhǔn)確性造成嚴(yán)重影響。所以對于可壓縮氣體來說，流量檢測的準(zhǔn)確性也難以得到保障。因?yàn)榭蓧嚎s氣體的密度會在不同的壓力、物質(zhì)成分及溫度條件下產(chǎn)生相應(yīng)變化，所以此類氣體在進(jìn)行檢測時(shí)，需時(shí)刻保證工作環(huán)境狀態(tài)的穩(wěn)定性。對此，大部分企業(yè)的工作人員都會采用理論組分計(jì)算介質(zhì)基準(zhǔn)密度的方式，來解決相應(yīng)密度計(jì)配套不完善以及無法提供實(shí)時(shí)密度檢測的不足。但從應(yīng)用效果看，它僅適于工作狀況相對穩(wěn)定的可壓縮氣體測量，對介質(zhì)密度存在偏離的情況時(shí)，會出現(xiàn)測量值與真實(shí)值不符的情況。

（3）解決流出系數(shù)和數(shù)值偏差影響。氣體的流出系數(shù)也會對測量工作產(chǎn)生影響，工作人員在進(jìn)行檢測時(shí)，可通過對現(xiàn)場使用狀況進(jìn)行檢測，判斷復(fù)雜情況下的實(shí)際氣體流量以及對標(biāo)準(zhǔn)氣體流量的數(shù)值進(jìn)行比較，來判斷流量測量儀表的設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、安裝、使用等因素，對最終計(jì)算結(jié)果的影響。通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)孔板在對低中雷諾數(shù)進(jìn)行測量時(shí)，氣體流出的系數(shù)會發(fā)生相應(yīng)變化。可見當(dāng)可壓縮氣體失去原有的線性結(jié)構(gòu)或存在不穩(wěn)定情況時(shí)，可通過對雷諾數(shù)進(jìn)行核算的方式，判斷流出系數(shù)是否仍處于穩(wěn)定區(qū)域范圍之內(nèi)，進(jìn)而對縮徑進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3 流量檢測儀表在大口徑管道氣體檢測中的選擇

（1）內(nèi)錐流量計(jì)。也被稱為V錐流量計(jì)，是近年來鋼鐵行業(yè)大口徑管道氣體檢測中較為理想的儀表設(shè)備。它在節(jié)流布局上進(jìn)行了調(diào)整，將從中心孔節(jié)流，變?yōu)榄h(huán)狀節(jié)流的狀態(tài)，進(jìn)而改善了流體的流場結(jié)構(gòu)。可逐漸形成相對穩(wěn)定的“滯留區(qū)”，能輸出穩(wěn)定的差壓信號。通過對壓力進(jìn)行判斷，可將壓力的損失量降到最低。在一定程度上，降低上游和下游流體原本存在的自整流作用。

（2）均速管流量計(jì)。根據(jù)檢測桿形狀的不同，需采用不同規(guī)格的均速管，如強(qiáng)力巴、托巴管、阿牛巴以及威力巴等。由于它們的性能類似，在分析和選擇均速管流量計(jì)時(shí)，可通過測量物質(zhì)進(jìn)行分類，并判斷在鋼鐵行業(yè)大口徑管道氣體檢測中的適用效果。例如，在對壓縮空氣、高爐煤氣、蒸汽等進(jìn)行測量時(shí)，它們都具有較好的應(yīng)用效果，但對臟污流體來說，均速管流量計(jì)并不能達(dá)到理想的應(yīng)用效果。

（3）環(huán)形孔板。在大中型鋼鐵企業(yè)的高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、冷風(fēng)、熱風(fēng)爐等介質(zhì)流量中，環(huán)形孔板的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢。例如，當(dāng)流體通過標(biāo)準(zhǔn)的孔板結(jié)構(gòu)之時(shí)，流體的流通面積會突然減小，進(jìn)而產(chǎn)生加速的現(xiàn)象。當(dāng)流體繞過孔板結(jié)構(gòu)經(jīng)過邊緣所產(chǎn)生的附面層結(jié)構(gòu)為圓柱形。環(huán)形孔板最小的流通截面是測流板片的外緣結(jié)構(gòu)以及管道內(nèi)部形成的圓環(huán)結(jié)構(gòu)。所以，兩種不同的孔板在進(jìn)行測量的過程中，對落體產(chǎn)生的阻力系數(shù)比較接近，會導(dǎo)致二者得出相近的流出系數(shù)。此種結(jié)構(gòu)類型的氣體測量儀表在進(jìn)行安裝的過程中，具有相對穩(wěn)定的特征。工作人員在進(jìn)行安裝時(shí)，可通過在管壁上增設(shè)多個取壓口，構(gòu)成均壓環(huán)，將最終得出的平均數(shù)值傳送到變壓器當(dāng)中，可有效地完成補(bǔ)償畸變所產(chǎn)生的誤差。

（4）文丘里管。相對于均速管流量計(jì)來說，文丘里管可較好地對臟污流體的流量進(jìn)行測量。例如，在對某鋼鐵企業(yè)的臟污流體進(jìn)行測量時(shí)，采用的是文丘里管。在同一取壓口的斷面上均勻分布4～8個取壓口，當(dāng)壓力均勻地分布在環(huán)內(nèi)之后，通過引壓管將其傳導(dǎo)到變送器當(dāng)中。通過該方式可定期從排污口中完成雜質(zhì)的排放工作，進(jìn)而將取壓口中的堆積物進(jìn)行清除。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與計(jì)算方式，符合ISO 5167-1—2003的規(guī)定。

（5）氣體超聲波流量計(jì)。氣體超聲波流量計(jì)可應(yīng)用到多種不同的氣體流量測量當(dāng)中，在高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等，都具有較好的應(yīng)用效果。例如，某鋼鐵企業(yè)利用氣體超聲波流量計(jì)對大口徑的管道氣體進(jìn)行流量檢測時(shí)，設(shè)備的一個探頭發(fā)射信號，信號穿過管壁和介質(zhì)后會通過另一側(cè)管壁，被另一側(cè)的探頭接收。同時(shí)，當(dāng)?shù)诙€探頭發(fā)射信號后，還會被第一個探頭接收到。因受管道內(nèi)部介質(zhì)流速的影響，兩次信號的發(fā)射和接收時(shí)會存在時(shí)間差，但根據(jù)已知的流速和時(shí)間可對管道內(nèi)部的流量進(jìn)行計(jì)算。優(yōu)勢是，可以得出相對更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，并且測量工作受到口徑范圍的寬度以及介質(zhì)的壓力等方面因素的影響較小。

4 總結(jié)

鋼鐵制造行業(yè)中流量檢測儀表的合理應(yīng)用，可為行業(yè)整體的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。相關(guān)人員需要根據(jù)鋼鐵行業(yè)大口徑管道氣體檢測的實(shí)際需要，選擇更加適合的流量檢測儀表。通過分析和驗(yàn)證可以得出，內(nèi)錐流量計(jì)、均速管流量計(jì)、環(huán)形孔板、文丘里管、氣體超聲波流量計(jì)等，都在鋼鐵行業(yè)大口徑管道氣體檢測中有著獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢，有效提升了行業(yè)內(nèi)管道氣體檢測的效率與質(zhì)量。