渦街流量(liang)計測量熱(re)解氣選型(xíng)設計 發布(bù)時間:2025-12-12
摘要(yào)渦街流量(liang)計 因其儀(yí)表系數與(yu)流體特性(xing)無關、精度(du)高、寬量程(cheng)比和💚低壓(yā)🧑🏽🤝🧑🏻損等優點(diǎn),在化工領(lǐng)域的應用(yòng)越來越廣(guǎng)。以熱解分(fen)級煉制新(xin)工藝對煤(mei)及液化殘(can)渣進行煉(lian)制利用中(zhong)的産品之(zhī)一熱解氣(qi)爲🏃🏻例,介紹(shao)渦街流量(liàng)計的選型(xing)設計。 我國(guó)低階煤資(zi)源儲藏豐(fēng)富,占可采(cǎi)儲量40%以上(shang)。然而它的(de)高效利用(yòng)一直是業(ye)内努力攻(gōng)克的難題(tí)。低階煤含(hán)水量高,熱(rè)❓值低,機械(xie)強度低,化(huà)學穩定性(xìng)差。爲此,北(běi)京低碳清(qīng)潔能源研(yán)究所承擔(dan)國家高技(jì)術研究發(fā)展計👣劃項(xiang)目課🔴題“煤(méi)分級煉制(zhi)清潔♍燃料(liao)關鍵技術(shu)研究”,采用(yong)熱解分級(ji)✔️煉制新工(gong)藝對煤及(ji)液化㊙️殘渣(zha)進行煉制(zhì)利用,在溫(wēn)和的條件(jiàn)下對原料(liao)進行加工(gōng)處理,分步(bu)驟地将其(qi)中有用的(de)成分充分(fen)提取出⭕來(lai),得到的産(chǎn)品之一爲(wei)熱解氣,去(qu)除焦油後(hou)的熱🌐解氣(qì)組成見表(biǎo)1,本工程中(zhong)采用渦街(jiē)流量計對(duì)其進行測(ce)量。 1渦街流(liu)量計概述(shù) 渦街流量(liang)計是20世紀(jì)70年代發展(zhan)起來的一(yi)種新型流(liú)量儀表,80年(nián)代制定了(le)渦街流量(liàng)計專業标(biao)準(ZBN12008-1989)和檢測(ce)規程(JJG620-1989)。渦街(jie)流量計目(mù)前已發展(zhan)成爲主流(liú)流量儀表(biǎo)☔之一,因其(qí)有諸㊙️多優(you)點,吸引了(le)國内外衆(zhong)多研究者(zhe)和企業的(de)🐆關注。研究(jiū)者從多方(fāng)面對其進(jìn)☀️行深入的(de)研究:①旋渦(wō)發✊生體的(de)研究[1,2];②壓電(diàn)傳感器探(tan)頭位置的(de)研究[3];③數字(zì)信号處理(li)方法的研(yan)🔴究[4];④渦街信(xin)号檢🎯測方(fang)法的研究(jiū)[5];⑤數值仿真(zhen)方法🔱的研(yán)究[6] 在衆多(duō)流量計中(zhong),渦街流量(liang)計的安裝(zhuang)、運行、維護(hù)費🏃低于節(jiē)流式、容積(jī)式等,購置(zhì)費低于容(róng)積式、質量(liàng)式等,是一(yi)種實用性(xing)和經濟性(xìng)都較好的(de)流量計,受(shou)到用戶廣(guǎng)泛歡迎。該(gāi)流量計優(yōu)點如下: (1)在(zài)一定雷諾(nuo)數Re範圍内(nèi)(2×104~2×106),輸出頻率(lǜ)信号不受(shòu)流體物性(xìng)(密度、粘度(du))和組分變(biàn)化影響,即(ji)儀表系數(shu)僅與旋渦(wo)發💯生體的(de)形狀尺寸(cùn)及管道的(de)形狀尺寸(cun)有關,可以(yǐ)在一種典(dian)型介質中(zhong)校驗而适(shì)用于各種(zhong)介質。 (2)精度(du)較高(與差(cha)壓式、浮子(zi)式流量計(ji)比較)。 (3)量程(cheng)比可達10∶1或(huò)20∶1,目前已有(yǒu)廠家在研(yan)制适用于(yú)氣體測✔️量(liàng)能達到80∶1的(de)渦街流量(liàng)計。 (4)壓損小(xiǎo)(約爲孔闆(pǎn)流量計的(de)25%~50%),大幅度降(jiàng)低能耗。 (5)結(jié)構簡單牢(láo)固,安裝維(wéi)護方便。 (6)使(shǐ)用範圍廣(guang),可測量液(ye)體、氣體、蒸(zheng)汽和部分(fèn)混相流體(tǐ)。 2渦街流量(liàng)計的參數(shu)計算 2.1工作(zuo)狀态和标(biao)準狀态下(xia)的體積流(liu)量換算 渦(wō)街流量計(ji)的輸出信(xìn)号是與工(gong)作狀态的(de)體積流🤞量(liang)成正比🌈例(lì),氣體的體(tǐ)積流量受(shou)溫度、壓力(lì)影響較大(dà),在流量計(ji)選型時㊙️,若(ruo)提供的流(liú)量是标準(zhǔn)狀态下的(de)體積流量(liang)或質量流(liu)量,應把它(tā)換算成工(gōng)作狀态下(xia)的體積流(liú)量。 qV=qn(PnTZ/PTnZn)?????? (1) 式中,qV、qn分(fen)别爲工作(zuò)狀态和标(biao)準狀态下(xià)的體積流(liú)量,m3/h;P、Pn分别爲(wèi)工作狀态(tai)和标準狀(zhuàng)态下14的絕(jue)對壓力,Pa;T、Tn分(fen)别爲工🏒作(zuò)狀态和标(biao)準狀态下(xia)的熱力學(xue)溫度,K。 2.2雷諾(nuo)數、壓力損(sun)失和背壓(yā)的計算 在(zai)渦街流量(liàng)計選擇流(liú)量計通徑(jìng)時,主要是(shi)對流量下(xia)限🤩值進行(hang)核算雷諾(nuo)數,最小雷(lei)諾數不應(ying)低于下✏️限(xiàn)雷諾數,即(jí)雷諾數Re≥2×104。在(zài)測量介質(zhì)爲液态時(shí),還應檢查(cha)最小工作(zuò)壓力是否(fou)高于工作(zuò)溫度🐇下的(de)飽和蒸汽(qi)壓,即是✉️否(fou)産生氣穴(xue)現象。 (1)雷諾(nuo)數Re是一個(gè)表針流體(tǐ)慣性力與(yu)粘性力之(zhī)比的無量(liàng)綱量: 式中(zhong),Q爲體積流(liu)量,m3/h;D爲流量(liang)計内徑,mm;v爲(wèi)運動粘度(dù),m2/s。 (2)壓力損失(shī):選擇流量(liang)計時,通常(cháng)可能會對(dui)流量計的(de)👌通徑進行(háng)适👅當縮小(xiǎo),以取得較(jiào)大的流速(sù)和合适的(de)流量🙇🏻量程(cheng)。但是如果(guo)縮徑過于(yu)嚴重,可能(néng)會導緻較(jiao)💰大的壓力(li)損失,能耗(hào)會增加,因(yīn)此在選擇(zé)流量計的(de)通徑時,也(yě)需要适當(dang)考慮壓力(li)損失,盡可(ke)能減小壓(yā)🍉力損失。壓(ya)力損失△P計(jì)算: △P=1.1×10-5ρ·V2 (3) 式中,△P爲(wei)壓力損失(shī),kg/m2;ρ爲流體密(mi)度,kg/m3;V爲流速(su),m/s。 (3)背壓:測量(liang)液體的流(liu)量時,要确(que)認工藝管(guan)道的壓力(lì)對于較❌小(xiǎo)的公稱通(tong)徑而言有(yǒu)足夠大的(de)背壓,避免(mian)氣穴🙇♀️産生(sheng)。流量計下(xia)遊的管道(dao)壓力應滿(man)足: P≥2.7△P+1.3P0(4) 式中,P爲(wèi)流量計下(xià)遊3.5~7.5D的最小(xiao)管道壓力(li),kg/cm2(A);P0爲液體的(de)飽和蒸汽(qi)壓,kg/cm2。 (4)根據工(gong)藝要求及(jí)現場安裝(zhuang)環境選擇(ze)耐壓、耐溫(wēn)等級、防護(hu)📐等👅級、防爆(bao)等級、輸出(chu)信号等。 3測(ce)量熱解氣(qì)的渦街流(liú)量計的選(xuan)型設計 熱(rè)解氣的組(zu)分如表1所(suǒ)述,其工藝(yi)參數:操作(zuo)密度0.63kg/m3,運動(dòng)粘度2×10-5m2/s,操作(zuo)溫度48.9℃,操作(zuo)壓力7.5kPa,管道(dào)DN80,最小流量(liang)50Nm3/h,正常流量(liang)100Nm3/h,最大流♻️量(liàng)150Nm3/h,儀表測量(liang)範圍選擇(zé)0~180Nm3/h。 因爲本裝(zhuang)置爲試驗(yàn)裝置,在裝(zhuāng)置運行的(de)過程中,業(yè)主✨可能❗會(hui)根據需要(yào)适當調整(zhěng)參數,因此(cǐ)選關鍵設(shè)備的工程(chéng)可行💜性、優(you)化工藝參(can)數的關鍵(jiàn)參數之一(yi),因此使👈用(yòng)精度高一(yī)些👄的流量(liàng)計也是有(you)必要的;熱(rè)解氣的組(zu)🈚分随着參(cān)數的調整(zheng)㊙️也可能會(huì)發生變化(hua)🍉,因此基于(yú)伯努利方(fang)程原理的(de),如孔闆⭐、噴(pēn)嘴、阿牛巴(bā)💋、德爾塔巴(bā)、平衡式等(děng)都不能很(hen)好的測量(liang),因爲這類(lèi)💃流量計受(shou)流體物性(xìng)(密度、粘度(dù))和組分變(biàn)化影響,且(qie)最㊙️終的熱(rè)解氣産品(pǐn)或多或少(shǎo)都有焦🌈油(you)的存在,時(shí)間長了可(kě)🐅能堵塞流(liu)量計。楔式(shì)流量計帶(dài)自清⛹🏻♀️潔的(de)功能,如果(guǒ)采用法蘭(lan)取壓,變送(sòng)器采用隔(gé)膜密封式(shi)🏃變送器,其(qi)受焦油的(de)影響👉較小(xiao),楔式流量(liàng)計的計算(suàn)結果分别(bie)見圖1和圖(tu)2。 當H/D比爲0.2時(shí),其壓力損(sun)失達到4kPa,已(yi)經大于操(cao)作壓力的(de)一半,此種(zhong)方案不可(ke)取,當H/D比爲(wèi)0.3時,其壓力(li)損失爲1.09kPa,可(kě)以接受,但(dàn)最小流量(liàng)時的差壓(ya)隻有0.11kPa,甚至(zhì)正常流量(liang)時的差壓(yā)也隻有0.45kPa,由(you)于采用的(de)是隔膜密(mi)封式變送(sòng)器,此時的(de)精度無法(fǎ)保證;另一(yī)類是基于(yú)☂️線性連續(xù)方程原理(li)的,如渦街(jiē)流量計、質(zhì)量流量計(ji)等,考慮到(dào)👌本裝置爲(wei)一個實驗(yan)裝置,質量(liàng)流量計價(jia)格昂貴,因(yin)此綜合考(kǎo)♉慮介質和(hé)裝置的特(tè)殊性、壓損(sun)、精度和費(fei)用等因素(su),選用渦街(jie)流量計測(cè)量熱解氣(qì)的流量。 由(yóu)式(1)可得最(zui)小流量對(dui)應的工作(zuò)狀态下的(de)體積流量(liang): 由上述計(jì)算結果可(ke)知,當流量(liang)計縮徑至(zhi)DN40時,雷諾數(shu)即可滿足(zú)要♋求。 按式(shi)(3)可以核算(suan)下DN50和DN40口徑(jing)下的最大(da)壓損: DN50時: △P=1.1×10-5×0.63×262=4.7×10-3kg/m2=0.46kPaDN40時(shí): △P=1.1×10-5×0.63×402=11.1×10-3kg/m2=1.09kPa 利用橫河(he)公司計算(suan)軟件計算(suàn)出來的結(jie)果見圖3。 從圖(tu)3可見,出流(liu)量計口徑(jìng)爲DN80時,最小(xiǎo)流量無法(fǎ)測量;流量(liàng)🔱計口徑縮(suō)徑至DN50時,最(zuì)小流量可(ke)測(此時流(liú)體的雷諾(nuo)數非常接(jiē)近2×104),但此時(shí)的測量精(jing)度稍微差(cha)些;流量計(ji)口徑縮徑(jìng)至DN40時,最小(xiao)流量可測(ce),且精度也(yě)能得到保(bao)證。用上述(shù)公式計算(suan)的壓損與(yu)軟件計算(suàn)出來的也(ye)基本一緻(zhì),差别來自(zì)計算時流(liu)速☂️及流量(liàng)計口徑均(jun1)采用的是(shi)估算值。如(rú)果流量計(ji)縮徑至DN25時(shi),流量計的(de)壓損🈲已經(jīng)達到7.6kPa,壓損(sǔn)較大,無法(fǎ)滿足工藝(yi)要求💋。因此(ci)選擇DN40口徑(jing)的流量計(ji)能滿足要(yao)求。對于DN50口(kǒu)徑的🌏方案(an),如果流量(liang)大于54Nm3/h時,流(liú)量計的精(jing)度爲此款(kuan)☎️流量😍計的(de)精度,爲1.0%,當(dang)流量爲50Nm3/h時(shi),此時流量(liàng)可測,隻是(shi)精度稍差(cha)些,約爲1.81%,但(dan)流量計的(de)壓損會小(xiao)很多,從節(jie)能降耗方(fang)面考慮,選(xuan)擇DN50口徑的(de)流量計🌈也(yě)是可以的(de)。綜上,選擇(zé)DN40和DN50口徑的(de)渦街流量(liang)計都能滿(mǎn)足👈要求。 操(cao)作溫度爲(wei)48.9℃,沒有特殊(shu)性,選擇普(pǔ)通的渦街(jie)流量計✔️即(ji)🐉可🔴;根據現(xian)場情況,流(liu)量計爲露(lù)天安裝,防(fáng)護等級選(xuan)擇IP65即可;根(gen)據《爆炸危(wēi)險🌐環境電(dian)力裝置設(she)計規範》GB50058-2014,本(ben)裝置中各(gè)介質所在(zai)組别屬于(yu)危險物料(liào),見表2。因此(ci)儀表的防(fáng)爆标志選(xuan)擇ExiaⅡCT4Gb即能滿(mǎn)足要求💞。根(gēn)據項目統(tong)一要求輸(shū)出信号選(xuǎn)擇爲4~20mA+HART。 至此(cǐ),渦街流量(liàng)計的選型(xing)已完成,但(dan)考慮到熱(re)解氣中焦(jiāo)油的存在(zài),選擇渦街(jie)流量計時(shi),需要注意(yì):①不能選用(yong)因爲🚶♀️技術(shù)需要而在(zài)渦街流量(liang)計中設計(ji)了小孔結(jié)構的流量(liang)計,因爲焦(jiao)油有可能(néng)堵塞這些(xie)孔,從而失(shī)去其原有(yǒu)的作用;②焦(jiāo)油有可能(neng)附着在旋(xuán)渦發🈲生體(ti)上,從而🐉改(gǎi)變其結構(gou),影響測量(liàng)精度,因此(cǐ)需要采用(yòng)帶防粘附(fu)作用的發(fā)生體,另外(wai)考慮到熱(rè)解氣中焦(jiāo)油的☎️含量(liàng)較小,且由(you)于旋渦的(de)存在,其有(yǒu)剝離附着(zhe)在發生體(ti)上的焦油(you)的作用,因(yīn)此認爲其(qí)對測量精(jīng)度的影響(xiǎng)比較小。 4結(jié)語 目前項(xiàng)目已經開(kai)車成功,渦(wo)街流量計(jì)現場使用(yòng)效果特别(bie)好,在整個(gè)實驗的過(guò)程中,都能(neng)很準确地(dì)測出熱🔞解(jie)氣的流量(liàng),深受業主(zhǔ)好評。現場(chang)的使用結(jie)果表明,在(zài)發生體帶(dai)防粘附作(zuo)用的情況(kuàng)下,低含量(liang)的焦油對(dui)流☀️量計的(de)測🤞量精度(dù)影響不大(dà)。目前化工(gong)廠⁉️常用的(de)流量計節(jiē)流裝置(孔(kǒng)闆等),其受(shòu)流體物性(xìng)影響大,量(liang)程比一般(ban)隻有3:1,且容(rong)易出現堵(dǔ)塞,直管段(duan)要💋求甚至(zhi)高達50倍管(guan)徑,另外導(dao)壓系統還(hái)容易出現(xian)洩漏💋。渦街(jie)流量計因(yin)其🌏儀表系(xì)數與流體(ti)特性無關(guan)(氣液通用(yong))、精度高、寬(kuān)量程💔比和(he)低🔆壓損等(děng)優點,是🈚節(jie)流裝置的(de)理想替代(dài)品,但隻有(you)正确設計(ji)、正确選型(xíng)以及正确(què)安裝的條(tiáo)件下才能(néng)發揮其應(yīng)有的作用(yòng)。
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