热式流量计的原理和应用

热式流量计的原理和应用热扩散流量计测量质量流量，在气体流量测量上是非常重要的，因为温度或压力上的变化对气体的质量流量造成极大的影响。

热式流量计是一种直接测量气体质量的流量计。

1、热扩散原理热扩散式流量计和热扩散式液位开关、流量开关的工作原理是一样的，区别为热式流量计只适用于气体测量，而热式流量开关适用于所有的流体测量，包括气体、油、水、浆体以及泡沫等热特性不同的流体的流量测量和液位测量。

热式产品传感元件包括两个带不锈钢套管保护的铂RTD 温度敏感元件：一个为参考头，感应介质的温度；另一个为测量头，被电路部分加热。

在两个铂RTD 传感头之间存在着温差（电阻差），这个温差通过电路转换为电压信号。

气体流过传感头时，带走热量。

气体带走的热量和气体的质量流量成比例关系，也和传感头之间的温差有关，流量越大，两个传感头之间的温差越小。

通过测量温差．就可得到气体的质量流量。

热式流量计包括一个热传感头和一个参考传感头，传感头外形是圆柱形，根据传热学公式：3/13/1Pr )/()/(/e p n CR k u c u d C kf hd NU ===∞ρυ…………………………（1） 式中：NU 为平均换热系数；C 为系数；由Re 决定；h 为换热系数；d 为传感头直径,m ；υ∞为流体速度,m/s ；ρ为流体密度，kg/m 3；u 为动力粘度，m 2/s ；n 为系数，由Re 决定；c p 为比热容，J/kg ·℃；k 为导热系数，W/m ·℃；Re 为雷诺数；Pr 为普朗特数。

圆柱形传感头的发热量：T dL h T hA Q ∆∙∙=∆=π2……………………………………（2） 式中：L 为圆柱形传感头的长度，m ；ΔT 为圆柱形传感头和流体之间的温差，℃；A 为传感头表面积，m 2。

由（1）（2）式得：n n T Q k L C d u /1/13/1)/()]Pr /(1[)/(∆∙∙∙∙∙∙=∞πρυ………………………（3） 式中∞ρυ为气体的质量流量，kg 。

由式（3）可知：在一定的工作条件下，n k L C d u /13/1)]Pr /(1[)/(∙∙∙∙∙π为常数，质量流量∞ρυ和(Q/ΔT)1/n 成一定的比例关系。

当Q 恒定，气体质量流量和温差成反比，此种流量计称为恒功率流量计。

当ΔT 恒定，气体质量流量和加热功率成正比，此种流量计称为恒温差流量计。

2、热式流量计和流量开关的特点热扩散技术有着非常高的量程比。

100:1的量程比在大多数应用中是典型的，但一些应用甚至需要更高的量程比。

例如，火炬气监测需要500 : 1 的量程比或更高，热扩散式流量计能提供1000:1的量程比。

因为无活动部件和可堵塞的孔，热扩散技术己被证明在一些恶劣环境中是可靠的。

流体传感元件可选择适合各种流体的材料。

大多数情况下使用316 不锈钢。

哈氏合金和其他金属也是常用的。

另外，典型安装的插入式流体元件在大多数情况下产生可忽略的压损。

这个特点非常有用，压损造成更大的能源浪费并增加费用。

另外，热扩散式流量计能测量极低的流量，插入式流量计能测量0.08m/s 的流体，在线式流量计能测量0.008m/s 的流体。

3、应用3.1进磨煤机的空气的精确测量精确的测量保证适当尺寸的煤粉颗粒进入锅炉。

空气流速大，导致颗粒过大的煤粉进入炉膛，不能充分燃烧。

空气流速小，导致颗粒过小的煤粉颗粒，增加磨煤机的能耗，同时会增加不安全性和煤粉储存的困难。

通过应用热式气体质量流量计，可以可靠地控制空气的准确流量。

精确地测量高温的空气及冷风空气流量。

允许精确的温度混合和控制，来计算燃料湿度变化。

防止磨煤机的燃烧和爆炸，避免危及人身，设备安全，造成锅炉停车。

3.2助燃空气和预热空气的测量为保证锅炉、熔炉和废热发电设备能以最高效率工作，可用MT 系列流量计测量单个助燃空气和预热空气输送线上的空气流量。

改善了燃料/空气比，减少了未然碳，降低了烟尘的排放。

未燃碳的减少保证了灰的质量。

有助于提高燃烧效率，增加设备寿命。

3.3烟气排放CEMS发电厂、废热发电厂、化工厂、造纸厂和其他工业厂家中的排放烟囱需要可靠而精确的流量测量。

这种测量对于总排放量的正确计算要求很高。

热式气体质量流量计即可单独使用，也可和其他系统配合使用。

在我国，处于对环保的要求，排放烟气的总量控制（CEMS ）已在许多电厂的改造中得到大量使用。

热式气体质量流量计的插入式流量计是烟气监测中可靠的测量仪表，是大管径、大流量测量的有效途径。

3.4烟气/除尘器平衡及漏风控制使用热式气体质量流量计测量和平衡通过除尘器的烟气流量，监测进出除尘器的风量，可以大大提高工业污染控制系统的效率。

1000:1 的量程比使热式流量计在很宽的流量范围内有很高的精度。

流量计结构简单，无活动部件，全焊接结构，插入式安装，在管路中的压损很小，探头外包敷的防磨层保护探头不受粉尘和其他颗粒的影响，抗恶劣环境的能力非常强。

3.5氢气气体流量的监控发电厂的汽轮机一般采用氢气为冷却物质。

如果氢气泄漏就会带来很大的安全间题。

热式气体质量流量计通过检测流量的增加来警告操作人员是否有泄漏问题，而且电厂也需要测量氢气使用量，以便同氢气供应商结算。

通常采用热式气体质量流量计，只需在每个点上都装上热式气体质量流量计，就知道各自的流量。

其对低流量的敏感性是其他流量计所无法比拟的。

3.6电力工业的应用在电力工业领域巾，锅炉是企业的重要的动力设备，每个企业锅炉消耗的煤炭数以万吨、十万吨、百万吨计。

锅炉的燃烧控制有刊于合理利用能源，加强对大气环境的保护。

锅炉控制主要包括：提高燃烧效率，减少烟气总量排放，降低烟气中NO和CO含量，减少烟尘排放，降低能源消耗，提高工艺操作的自控程度，减少运行人员操作的盲目性。

在锅炉的燃烧控制中，如何使燃料和助燃空气达到合理的配比以达到最佳燃烧，在理论上已有大量研究论述，但在实际工业领域应用中，锅炉的燃烧控制主要靠运行人员现场人为判断燃料量（煤粉量，油量或燃料气量）和助燃空气量，燃烧效果通过检测烟气中氧含量来调节助燃空气量。

整个调整过程靠人来判断，无法定量分析。

由于不同燃烧器的差异，调节过程很难建立起准确的数学模型，更难对整个燃烧过程进行优化。

燃烧控制中存在着一些难点。

如何准确测量助燃空气的质量流量，以达到最佳的燃烧配比。

液态燃料的测量较易实现，但送煤粉一次风的质量流量，二次助燃风质量流量，锅炉燃料气的质量测量却很难实现。

锅炉上的助燃空气流量测量有如下特点：管径2～3m，或更大；温度较高，200℃左右；锅炉的助燃空气流量测量有总管流量测量，分管流量测量。

国内许多应用中尚无有效的流量仪表进行可靠测量，在一些地方也曾应用了一些国内新型仪表测量，但效果一般，使用可靠性差，寿命短。

而有的地方根本未使用流量仪表，只是通过二次风挡板开度信号来调节助燃空气流量。

但是由于挡板控制精度、重复性等问题，使助燃空气流量的大小很难准确得到，更难实现准确的燃料配比，严重影响着燃烧效率。

90 年代初以来，我国一些大型工程项目从国外引进成套设备，以及国外工程公司在我国承建的项目中，其锅炉设备的燃烧控制采用了国外的新型仪表，使其锅炉的燃烧控制更加方便，燃烧效率大大提高，节约了燃料，降低了成本，提高了设备的使用寿命。

在一些进口的锅炉的燃烧控制设备上，选用了热扩散式气体质量流量计用于锅炉的助燃空气的流量测量及控制。

如无锡罗纳普朗克，北京知春里供热厂，北京玻璃仪器厂，镇江金东纸业有限公司自备电站以及法国阿尔斯通能源工程公司在我国总承包的一些电厂等。

在镇江金东纸业有限公司的自备电站，在锅炉助燃空气测量中选用36 台热扩散式气体质量流量计，安装在不同的工段上，用于启动油枪、稳燃油枪、煤燃烧的助燃风和一次风的控制。

其中一例工况为：温度为170 ～230 ℃，流量为0～600m3/ min，管长为2.1m，宽为1.5m 的方管，工作显示流量为800m3/min ，温度为200 ℃左右。

运行至今，工作良好，性能可靠。

燃烧效率高。

每年节约大量能源，创造了极大效益。

产品典型应用举例石油化工行业：加氢催化剂系统装置（管道中H2质量流量的测量）评注：在该测量中，采用EPI单点式气体质量流量计。

使测量准确，测量范围增加，重复性好。

只要终端有用气，流量计就能立刻反应出来。

环境保护行业：烟道气测量（烟道中混合气体NOX+N2+CO2+SO2+O2等）评注：在该测量中，可采用EPI多点式气体质量流量计。

由于采用该流量计，解决了以往采用其它形式流量计测量误差大以及探头被堵塞的弊端，同时多点式气体质量流量计，安装简便，易于清洗，免维护，计量准确。

通风系统：大管径热风测量（火力发电厂一次风）评注：由于通风管道截面很大,直管段只有1D左右，要想完成一次性测量,必须使用多点式气体质量流量计,是由于介质温度较高,通常在300℃左右,采用多点式气体质量流量计,可对该温度进行补偿,安装简便,便于拆卸,便于检定和标校。

污水处理：曝气流量测量（曝气中含有杂质和水分等）评注：在该测量中，采用EPI单点式气体质量流量计。

由于采用该流量计，解决了以往采用其它形式流量计测量容易损坏、量程比小和误差大的弊端，同时该气体质量流量计比较适合含水份和杂质的工况条件，测量稳定，仪表寿命长。

石油炼制：火炬气流量测量（气体中含有H2、CO、H2O等）评注：在该测量中，采用EPI单点式气体质量流量计。

由于采用该流量计，解决了以往采用其它形式流量计（如超声波气体流量计）测量不容易校准和造价高、安装条件苛刻的弊端.该气体质量流量计采用标准火炬气标定，测量准确，稳定性良好，并适合在高温（300℃）高流速（200m/s）条件下的火炬气流量计量。

石油化工行业：天然气传输过程流量测量（管道中天然气质量流量的测量）评注：在该测量中，采用EPI均速探头式气体质量流量计，采用天然气原气标定，插入DN300管道中，测量准确，稳定性好，是天然气贸易计量中性价比较高的测量解决方案。

钢铁厂：焦炉（高炉）煤气流量测量（含有煤焦油和水分等）评注：在该测量中，采用EPI单点式气体质量流量计。

由于采用该流量计，解决了以往采用其它形式流量计测量容易堵塞、测量失效的弊端，同时该气体质量流量计比较适合恶劣的工况条件，并能够采用现场仪表气反吹探头，维护工作非常容易。