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插入式流量計在熱電行業的應用
發布時間:2019-09-24

摘要:在熱電行業中,同一工況下不同類型的流量計往往會達到不同的測量精度等級,進而影響到后續生產運行。本文以計算流體力學為依據,采用數字化分析技術和工況標定的方法,分析了現場旋翼式流量計產生測量誤差的原因,選擇了合適的位置安裝插入式流量計,并得到了插入式流量計的精度等級。結果表明,在同一工況下,合理的流量計安裝位置以及合適的流量計類型,能夠顯著提高工業現場流量的測量精度。
0引言
  流量儀表在熱電行業的應用非常普遍,流量測量與供熱發電的經濟性和安全性緊密相關。隨著工業自動化水平的提高,對流量測量儀表精度的要求也越來越嚴格。熱電行業現場常常存在大管徑、直管段不足、流量波動大等復雜工況,相同工況下,不同的流量計類型和安裝位置所能達到的精度等級不同[1-7]。本文對某熱電廠一次風熱風左支管風量測量進行了數字化分析和工況標定,分析現場原本采用的旋翼式流量計產生計量誤差的原因,選取合理的位置安裝插入式流量計并進行數字化標定,解決了測量精度問題。
1某熱電廠工況條件
  某熱電廠一次風總進風管后方進入空氣預熱器加熱后,分成左右兩條支管進入左右風室,由于左右支管結構對稱,因此只取其中左風室支管進行建模研究。該測量管道管徑D為800mm,管道具體尺寸見圖1(d)。管道內介質為150~160℃的空氣,密度為0.8509kg/m3,動力粘度為2.4×10-5Pa?s,操作壓力為9000~9500Pa,數字化標定時選取刻度流量45000Nm3/h,最大流量40000Nm3/h,常用流量為20000Nm3/h,最小流量10000Nm3/h。


  根據現場測量獲得三號鍋爐一次風管道尺寸,確定管道計算模型。見圖1(a)為一次風總進風管道,風機位于流量計安裝位置下層約6.7D處,流體自下向上流動,管道上方彎頭距離流量計安裝位置大于6D,此處安裝直管段長度符合插入式流量計的直管段要求,因此不必進行模擬分析。一次風總進風管道后方進入空氣預熱器加熱后分成左右兩條支管進入左右風室,由于左右支管結構對稱,因此只取其中一次風熱風左支管進行建模研究。圖1(b)、(c)火力發電插入式流量計在熱電行業的應用為所研究一次風熱風左支管出口垂直管道和一次風熱風左支管入口水平管道。根據三號鍋爐一次風熱風左支管管道參數建立三維模型,見圖1(d),圖中標注位置為原旋翼式流量計安裝位置。
2流場分析
  根據數字化流場分析技術,采用現場提供的運行參數對管道流場進行數值計算,以常用流量20000Nm3/h為例,其分析結果見圖2。流體從右側入口向下進入管道,經過彎頭后水平流動,在第二個彎頭后存在T形支管,原有旋翼型流量計安裝在T形支管上方,由圖2(d)可知,此處流場受彎頭影響并未恢復,又因為T形支管影響,此處流速分布并不均勻,原旋翼型流量計安裝在此處容易產生計量誤差。



  在流量計安裝直管段沿流體流動方向每隔0.5m取一個橫截面,共7個面積相等截面,流速分布見圖3(a),各橫截面平均流速分布見圖3(b),可以看出,隨著與彎頭距離的增大截面平均流速波動逐漸減小。現場原旋翼型流量計安裝坐標為Z=1.4m附近,見圖3(b),與彎頭距離較短,此處流場受彎頭影響明顯,流速波動劇烈,引起流量測量不準,根據直管段各截面流速分布選擇流速平穩截面安裝插入式流量計見圖3(b)。
插入式流量計三維模型圖示
  圖4為插入式流量計模型圖,該插入式流量計的取壓孔位于傳感器下端,且正負壓側角度保持一定的匹配關系,流量計表面采用表面噴涂技術,可保證介質不易在取壓孔堵塞,防止臟污介質中的粘性雜質粘連探頭或阻塞管道,現場安裝時可根據需要配備吹掃裝置。該插入式流量計所需直管段短,例如該工況的管道類型只需要4D的直管段。還具有量程比大、精度高、可在線安裝等優點。
3標定結果及安裝位置
  綜上分析,插入式流量計最合適的安裝位置為圖5的紅色標注位置。為了便于實際工程中的安裝,進一步給出了插入式流量計的安裝位置,見圖5,插入式流量計沿豎直方向插入深度為400mm,距離左彎頭起始線(直管段與主流方向下游彎頭交接處)594.5mm。至此,插入式流量傳感器的最終位置確定,進而分析其計量精度。
插入式流量計安裝位置圖示

  根據表1可得,測風管道上安裝插入式流量計后的平均儀表系數為0.5051,儀表線性度0.65%,符合1級精度表,最小流量的工況下產生差壓值52.54Pa,能夠滿足工程測量需求。
4結論
  綜上所述,通過對一次風熱風左支管風量測量進行數值模擬的研究,發現原有旋翼型流量計計量不準的原因為安裝位置處流場受彎頭影響并未恢復,又受到T形支管影響,流速分布并不均勻,采用以下手段可以提高風量測量的準確度。
1)選擇不同測量原理的、管道長度能夠滿足性能與直管段要求的流量計;
2)對熱一次風管道進行數值模擬,研究風量管道的流場分布規律,并據此尋找流場穩定的位置,進而確定流量計的安裝位置;
3)通過對安裝后的流量計進行工況條件下的分析,確定了插入式流量計的儀表系數、計量精度和最小差壓值,均可滿足計量需求。由于左右風室管道的結構對稱,一次風熱風左支管數值模擬結果可對稱移植到一次風熱風右支管使用。

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