摘要:在熱電行業(yè)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(xù)生產(chǎn)運行。以計算流體力學為依據(jù)，采用數(shù)字化分析技術和工況標定的方法，分析了現(xiàn)場旋翼式流量計產(chǎn)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(yè)現(xiàn)場流量的測量精度。
0引言
流量儀表在熱電行業(yè)的應用非常普遍，流量測量與供熱發(fā)電的經(jīng)濟性和安全性緊密相關。隨著工業(yè)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(yè)現(xiàn)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。對某熱電廠一次風熱風左支管風量測量進行了數(shù)字化分析和工況標定，分析現(xiàn)場原本采用的旋翼式流量計產(chǎn)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(shù)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(nèi)介質(zhì)為150~160℃的空氣，密度為0.8509kg/m3,動力粘度為2.4×10-5~Paos，操作壓力為9000~9500Pa，數(shù)字化標定時選取刻度流量45000Nm3/h，最大流量40000Nm3/h，常用流量為20000Nm'/h,最小流量10000Nm3/h。
根據(jù)現(xiàn)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)
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(jù)三號鍋爐一次風熱風左支管管道參數(shù)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(jù)數(shù)字化流場分析技術，采用現(xiàn)場提供的運行參數(shù)對管道流場進行數(shù)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(jīng)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(chǎn)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(xiàn)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(jù)直管段各截面流速分布選擇流速平穩(wěn)截面安裝插入式流量計見圖3(b)。
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(zhì)不易在取壓孔堵塞，防止臟污介質(zhì)中的粘性雜質(zhì)粘連探頭或阻塞管道,現(xiàn)場安裝時可根據(jù)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(yōu)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。
| 流量計類型 |
工況/(Nm3/h) |
差壓/Pa |
儀表系數(shù)K |
結果 |
插入式流量計 |
刻度流量45000 |
1047.232 |
0.504575772 |
平均儀表系數(shù)：0.5051線性度：0.65% |
最大流量40000 |
826.948 |
0.504727053 |
常用流量20000 |
205.972 |
0.505663118 |
最小流量10000 |
52.537 |
0.500615235 |
根據(jù)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(shù)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(chǎn)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(shù)值模擬的研究，發(fā)現(xiàn)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精度。
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-次風管道進行數(shù)值模擬，研究風量管道的流場分布規(guī)律，并據(jù)此尋找流場穩(wěn)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(shù)、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(shù)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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