渦街流量計在貴溪冶煉廠的優(yōu)化應用

帥煒俠

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠內(nèi)測量蒸汽流量大部分使用的是羅斯蒙特公司的渦街流量計，其測量不帶溫壓補償功能，輸出結(jié)果為蒸汽體積流量，無法直接輸出質(zhì)量流量信號。而根據(jù)國家規(guī)定，能源統(tǒng)計熱力方面，其計算方法是根據(jù)鍋爐出口蒸汽和熱水的溫度壓力在焓熵圖（表）內(nèi)查得每千克的熱焓減去給水（或回水）熱焓，乘上鍋爐實際產(chǎn)出的蒸汽或熱水數(shù)量（流量表讀出）計算。其簡單的換算方式為：1t標煤產(chǎn) 29302/（2802-436）=12.38t蒸汽是按照100% 熱效率得出的（實際上是不可能的），其所需的是質(zhì)量單位。為此，將渦街流量計［1］輸出體積流量信號轉(zhuǎn)換成質(zhì)量流量是有必要的。

2 渦街流量計原理

我廠測量蒸汽用主要用渦街流量計測量［2］。渦街流量計是根據(jù)卡門（Karman）渦街原理研究生產(chǎn)的測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計。如圖1，在流體前進的方向上放置一個非流線型的物體，在一定的條件下可以在物體后面得到穩(wěn)定的漩渦列，通過測量出漩渦列的頻率就可以得到流體的速度從而得到其體積流量［3］。

圖1 渦街流量計原理圖

隨著時代的發(fā)展，目前的渦街流量計都能輸出質(zhì)量流量，只是根據(jù)廠家型號不同，有的渦街流量計內(nèi)置溫壓補償裝置，儀表內(nèi)部就能進行體積/質(zhì)量轉(zhuǎn)換，能顯示輸出質(zhì)量流量到系統(tǒng)中；不帶溫度補償?shù)臏u街流量計，只能通過在流量計中設置固定的工況介質(zhì)密度來實現(xiàn)固定補償將體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量后輸出。

3 公式原理

理論上介質(zhì)的質(zhì)量流量等于體積流量與密度的乘積，如果使用不具有溫度補償功能的渦街流量計測量流量，同時又要得到質(zhì)量流量，需要通過在流量計中設置固定的工況介質(zhì)密度來實現(xiàn)固定補償將體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量后輸出，或者流量計輸出體積流量，在DCS中輸入固定的密度進行補償，從而得到介質(zhì)的質(zhì)量流量。但由于負荷的變化，飽和蒸汽壓力可能存在大幅波動，采用這種方式得到的質(zhì)量流量，與實際流量會有較大的偏差。

飽和蒸汽壓力-密度-溫度對照關系如表1。

表1 飽和蒸汽溫度密度壓力對照表

根據(jù)經(jīng)驗公式，飽和水蒸汽密度與壓力及密度的關系［4］如表2。

表2 飽和水蒸汽密度與壓力及密度關系表

根據(jù)工廠正常生產(chǎn)時，低壓鍋爐房給工藝蒸汽壓力不會低于0.2MPa不會高于1.6MPa。在這個壓力范圍取5個點根據(jù)公式計算，參照對應表確認準確度，見表3。

表3 計算密度與表密度對比

經(jīng)確認，壓力越低則相對誤差越大［5］。從圖2中可以看出，工廠正常生產(chǎn)時在這區(qū)間內(nèi)的均相對誤差在允許范圍之內(nèi)。

圖21 #鍋爐給工藝蒸汽管道壓力趨勢圖

4 DCS編程

一般情況下，蒸汽的質(zhì)量流量只考慮壓力或者溫度補償之中的一種，飽和蒸汽就只用當前壓力下的密度就行了，再根據(jù)質(zhì)量流量＝密度×體積流量，就能計算出工況下的質(zhì)量流量。

工廠內(nèi)低壓鍋爐房出來的蒸汽為飽和蒸汽，裝渦街流量計的管道上前后至少有1個壓力表，同時x信號均進DCS同一控制柜，則默認同一管道上流量計壓力測量位置一致。

假設蒸汽總管流量計FI4670，蒸汽總管壓力PI1010根據(jù)上面的公式，在和利時MACSV系統(tǒng)［6］中編寫程序，同時增加中間點變量Z1010為密度，F(xiàn)I4670H為蒸汽總管流量，單位為t/h。根據(jù)蒸汽總管壓力PI1010就能計算出的質(zhì)量流量。

工廠正常生產(chǎn)時低壓鍋爐房壓力范圍在0.6MPa與0.9MPa之間，不會低于0.4MPa。壓力為0.2時用Z=-1.25x2+5.745x+0.0281計算結(jié)果為1.1271，則把壓力為0.2以下時默認密度取固定值1.13，方便計算。然后編寫程序如下：

最后根據(jù)流量計參數(shù)4～20mA中對應單位體積流量量程，體積流量×密度/1000=質(zhì)量流量，計算出對應的瞬時質(zhì)量流量，圖3為換算示意圖。

圖3 體積質(zhì)量換算示意圖

最后在DCS畫面上引用FI4670H就能顯示蒸汽體積流量對應的質(zhì)量流量，同理，所需的累計質(zhì)量等數(shù)據(jù)就能根據(jù)FI4670H計算出來。

5 結(jié)束語

類似渦街流量計的體積流量計，都能利用同一蒸汽管道上的壓力表進行換算，在DCS系統(tǒng)中算出相應的質(zhì)量流量，而不用更換新的設備，這是渦街流量計利用DCS系統(tǒng)功能的一種優(yōu)化應用。