防堵阵列式风量测量装置在轻灰流化床上的应用

刘立安

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

轻灰流化床俗称竖起来的煅烧炉，它的进风室流量是流化床稳定运行的重要参数。过去一直沿用测量风室压力间接反映进风流量，缺陷是当风室堵的时候用压力就很难判断流量。以前也尝试用弯管流量计测量，由于直管段短，介质含碱尘，安装位置不理想没有成功。有一种热电厂专门测量风量的传感器——防堵阵列式风量测量装置，这种流量计采用毕托管测量原理，有本质防堵功能，免维护，针对流化床循环炉气介质的特点，采用这种风量测量装置测量试用几个月，效果非常理想。

1 防堵阵列式风量测量装置的组成

防堵阵列式风量测量装置是由测风装置和微差压变送器组成，并连接显示，记录、积算、调节仪表或计算机网络，构成流量的检测和调节系统。

测风装置安装在风量传输的管道上，将介质的流量变换成差压信号；差压变送器将差压信号转换成与介质流量相对应的统一的标准电流信号，以进行显示，累积和调节控制。

2 防堵阵列式风量测量装置的工作原理

2.1 工作原理

防堵阵列式风量测量装置基于S 型毕托管测量原理，根据国际标准设计制造的。测量传感器安装在管道内，流体以一定流速在管道内流动时，迎风面感受动压和静压，动压、静压之和称为“全压”，背风侧由于不受气流冲击，其感受静压，全压和静压之差称为差压，管道内的风速和差压的平方根成正比，风速与差压符合关系式：

式中：v——风速，m／s；

k——测量装置流量系数；

△P——差压，Pa；

ρ——气体密度，kg／m3。

全压传感器的感压口对准气体的气流方向，气流在全压传感器上产生与流速对应的压力，相邻的静压传感器同时测出该位置的风道静压，在这一测点位置就有代表气体流速的动压（差压）输出。在一支测量探头上，如果配置多对流速传感器，探头的输出则代表多个测点的平均流速。

当风道内插入多支测量探头时，将探头输出的全压与全压、静压与静压并联起来，就可以准确测量风道截面各测点的平均流速。这就意味着如果尽量多地在风道内布置测量探头、每支测量探头尽量多地配置流速传感器，就可以避免风道内由于旋流、紊流造成的流场不均匀对测量带来的影响，减少测量误差。

2.2 防堵原理

防堵风速测量装置就是采用S型毕托管的工作原理，在此基础上增加防堵装置。在测量装置取压口的静压、动压管内中心位置，各悬吊一根不锈钢的防堵振动杆，在水平风道风管上垂直安装的风量测量装置，当有管道振动或气流冲击产生的动能，使振动杆在随机摆动，可以把管内壁积聚的粉尘刮下随气流吹走，所以测量装置的测量孔永远不会堵塞。

3 防堵阵列式风量测量装置的特点

由于防堵阵列式风量测量装置独特的优点，目前已广泛地被应用于电站锅炉烟道气、一次风、二次风的测量，测量装置的主要特点如下：

1）测量精度高、良好的线性与重复性；

2）在管道截面上多点阵列分布测点，能准确测量流体的平均流速；

3）安装时要求的直管段很短，一般上游0－3D，下游要求0－1D；

4）传感器内部包含防粉尘堵塞装置，长期运行不会堵塞取压口，真正做到免维护运行；

5）可以忽略不计的管道压力损失，经济的运行成本，是节约能源的有效措施；

6）对用户提供个性化设计方案，根据不同需求调整测点位置与数量，实现网格法测量；

7）极为简便的插入式安装方式，适合各类大管径、低流速、短直管段风管、风道的流速流量测量。

4 实施方案

现场工艺条件：

管道规格 φ520×10

管道材质 Q235

管道长度 现有直管段800mm

工作压力 0～0.065MPa

工作温度 200～220℃

介质组分 CO224.27%，H2O 71.61%，NH32.53%，空气1.59%，碱尘147mg／m3

介质密度 0.946kg／m3

最大流量 9 000m3／h

正常流量 3 000～5 000m3／h

从现场工艺参数的分析结合到现场对管道布局、系统结构实际看，直管段较短，从水平母管向上延伸后，管道变为水平，垂直管道上有调节阀门（蝶阀），管道内的流场极为紊乱，传感器只能装在直管段只有800mm水平管道上。介质条件较为复杂，循环炉气温度高达200～220℃且含有碱尘，遇冷有凝结，炉气内杂质较多，对传感器附着、堵塞威胁较大。以前用弯管流量计测量炉气流量，对直管段要求较高，由于现场环境的限制，安装位置不合理，导压管路极易集结冷凝水，冷凝水和炉气里的碱尘形成碱疤堵塞导压管很难清除，从而造成所测量的流量不准确，且维护量也非常大。

根据以上情况，我们采用多点防堵阵列式测量装置，可确保测量的准确性，根据炉气流量的大小能及时地调整阀门开度分配各风室的风量，让流化床始终在较经济稳定的情况下运行。防堵型阵列风量测量装置是插入式安装，装置压损小可忽略不计，节约送风机电量，可取得良好的经济效应。

根据设计参数，流化床进口风道截面尺寸为φ520×10，由于管道截面流场极为紊乱且分布不均匀。为了确保测量准确性，在φ520×10的管道截面上多点阵列分布测点，按等截面积网格法设置5个风量测量点，以测量风道平均速度。由于在风道截面上严格采用标准的网格多点式布置，可以极大削弱直管段较短及紊流造成的影响，且测量装置本身具备抗凝结、抗堵塞结构，压损小，装置性能可靠，可保证风量显示稳定准确。真正做到了长期免维护运行。

推荐型号：PBS50N－T520；变送器推荐型号：EJA120A；其等截面网格布置风量测量点及安装方式见图1。

图1 等截面网格布置风量测量点

5 流量测量的数学模型和计算

根据流化床现场条件，专门设计了抗凝结、抗堵塞结构，结合科学的使用方式，可以有效防止堵塞；经典原理测量，线性度好测量准确可靠；装置选用优质不锈钢材料，在高温、复杂化学条件下不易变形，寿命长、耐用性好；多点测量，平衡输出，可以有效的抵消现场直管段短造成的影响。

防堵型阵列测风装置计算的数学运算模型为：

其中：Q——风道流量，m3／h；

A——风道面积，m2；

v——风道中的气流速度，m／s。

其中：Pd为测量截面的平均差压，Pa；ρ为介质密度，kg／m3，可由专门公式求出，本测量中，密度由工艺给出ρ＝0.946kg／m3。

所以风量和差压的关系式为：

k——修正系数（也称风量测量装置的标定系数），k取0.83。

代入数值得到Q＝9 000m3／h，Pd＝111.4Pa。

测量装置精度与修正系数k通常是出厂前通过实验室装置标定得出的，因为现场被测介质的流场与实验室装置的流场会有很大差别，所以为了保证测量装置现场测量的准确性和在不同运行工况条件下的线性度，使用前要对测量装置进行现场校验。

6 结 语

防堵型阵列式风量测量装置是为电站锅炉烟道气、一次风、二次风的测量专门设计的产品，目前已广泛地被应用于电站锅炉烟道、风道流量的测量，在化工行业使用尚属首次，防堵型阵列式风量测量装置在流化床的成功应用，为流化床长周期稳定运行和计划检修提供了数据保障，也为其他工序引用积累了经验。