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热导式流量计在焦炉煤气计量中的应用分析

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第４ｏ卷第２期　２０１４年４月　包钢科技　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｂａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ　Ｖｏ１．４０．Ｎｏ．２　Ａｐｒｉｌ，２０１４　

热导式流量计在焦炉煤气计量中的应用分析　

黄福明，翁　莹，常　亮　

（内蒙古包钢钢联股份有限公司计量管理处，内蒙古包头０１４０１０）　

摘要：热导式流量计在焦炉煤气中的应用是一种新尝试。文章简要介绍了热导式流量计的测量原理、基本构成、　优缺点及其使用要领，并根据焦炉煤气的化学特性，进一步分析其对测量准确度的影响，从而确定热导式流量计在　焦炉煤气流量测量上的可行性。　关键词：热导式流量计；焦炉煤气；可行性　中图分类号：ＴＨ８１４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—５４３８（２０１４）０２—００３０—０３　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　ｉｎ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　

Ｃｏｋｅ　Ｏｖｅｎ　Ｇａｓ　

ＨＵＡＮＧ　Ｆｕ—ｒｕｉｎｇ，ＷＥＮＧ　ｙ　，ＣＨＡＮＧ　Ｌｉａｎｇ　

（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｄｅｐｔ．ｏｆＳｔｅｅｌ　Ｕｎｉｏｎ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆＢａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐ．，Ｂａｏｔｏｕ　０１４０１０，Ｎｅｉ　Ｍｏｎｇｇｏｌ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ｔｒｙ　ｔｏ　ａｐｐｌｙ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　ｉｎ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｃｏｋｅ　ｏｖｅｎ　ｇａｓ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏ－　ｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｍａｉｎ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　ｕｓａｇｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｏｋｅ　ｏｖｅｎ　ｇａｓ　ＳＯ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｃｏｋｅ　ｏｖｅｎ　ｇａｓ　ｆｌｏｗ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ；ｃｏｋｅ　ｏｖｅｎ　ｇａｓ；ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　

纯净的煤气是一种无色无味的有毒气体，由于　生产工艺的原因，企业所生产的煤气所含成分较为　复杂，经常含有一定量的焦油、萘等粘性较强的化学　

物质和少量的水分。这些物质的存在，给检测煤气　流量带来很大的麻烦，很难为供需双方结算提供准　

确的计量数据。在计量煤气流量方面，一次检测元　

件多采用孔板（标准孔板、圆缺孔板、喷嘴等）及少　

量的涡街流量计。孔板流量计传统检测设备为接触　式测量方法，直接安装在管道中央，煤气中的粘性物　

质极易吸附在孔板上，改变了孔径的大小，造成计量　

出现偏差，并时常造成取压口、取压管路的堵塞，或　造成取压管、变送器内部积水，出现故障。在寒冷的　冬天，极易冻坏设备，因孔板量程比小，只有３：１，压　损大，中间环节多，安装需要停气，给使用和维护带　

来困难。涡街流量计，在使用当中，也经常是堵塞检　

测孔或改变受力面积而出现故障，也需停气安装，使　用效果同样不理想。为了彻底改变现状，提高能源　

量检测水平，为企业节能降耗，成本核算提供准确计　量数据，经过认真查阅资料，大胆试用先进计量检测　

设备即热导式质量流量计。它以其先进检测技术，　

独特设计，成功解决了传统检测元件所存在的问题。　

ｌ　热导式质量流量计的工作原理　

热导式流量计是利用探测头温度变化的原理设　

收稿日期：２０１４—０１一Ｏ２　作者简介：黄福明（１９７３一），男，内蒙古包头市人，热工仪表工程师，现在从事计量设备管理工作。

　第２期　热导式流量计在焦炉煤气计量中的应用分析　３１　

计。如图１所示，在探头内置发热传感器及感热传　感器，并与介质接触。测量时，发热传感器发出恒定　的热量，当管道内没有介质流动，感热传感器接收到　

的热量是一个恒定值，当有介质流动时，感热传感器　所接收到的热量将随介质的流速变化而变化，感热　

传感器将这温差信号转化成电信号，再经过电路转　换为对应的接点信号或模拟量信号…。　

图１　热导式流量计的工作原理　

热导式质量流量计直接测量质量流量或标准状　

态下的体积流量，不需要压力和温度补偿，其工作原　

理是：流量计的探头有两部分组成。安装在探头上　两个热敏元件中的Ｓｌ，用于流量流体介质本身的温　

度作为参比温度；另一个热敏元件Ｓ２紧靠恒热源　

ＨＴＲ，测量被流体介质带走热量后的ＨＴＲ表面的温　度，两个热敏元件Ｓｌ和ｓ２的温度差是流速的函数，　

即流量的大小取决于恒热源的热损耗，探头用不锈　钢覆盖如图２所示。　

Ｓ１　

图２工作原理　Ｓ２　

根据物体与流体间的热传导关系，可得出热丝　耗散热量Ｑ　与流速　之间的关系为：　

Ｑ　＝Ｋ（Ｔ—ｒｏ）Ｌ［１＋（２　Ｃ，ｖ／Ｋ）　］　其中，Ｐ为气体密度；　为导热系数；Ｃ　为定压比　

热；　为热丝长度；Ｖ为流速；ｄ为热丝直径；ｒｏ为气　体温度；Ｔ为热丝温度。　由于加热电流和热量之问具有Ｑ，＝０．２３９Ｉ２　Ｒ　

关系，则上式可写成：　ｔ２Ｒ＝１／０．２３９ｋ（Ｔ一７＂０）Ｌ［１＋　

（２ｒｒｄｐＣ￣ｖ／Ｋ）　］　

其中，Ｒ为热丝的电阻；，为加热电流。　

在上式中，已将流速测量变为电参数的测量，如　果热丝的温度保持不变，则电阻Ｒ为常数，此时电流　为流速的函数，即：１２＝．厂（　）。　

２　热导式质量流量计应用优点　

在煤气测量过程中，流量计探头不可避免地会　粘上焦油和粉尘。但由于重力和流体流动的影响，　

脏污不会粘积垢，因此对热量的传导影响很小，只要　

将流量计的相应时间调到１０　Ｓ即可。由于检测元　件小，几乎无压力损失，无须压力温度补偿，一次元　

件无可动部件，结构简单，探头采用不锈钢外套覆　

盖，不怕脏和腐蚀，不堵塞，不易结垢，表面灰尘低于　３　ｍｍ不影响测量。直接测量气体质量流量，组成简　单，出现故障概率小，量程比高（大于１００：１）　Ｊ。　

快速响应，精度高、灵敏度高，稳定性强。热导式流　量计对安装位置不敏感，无直管段要求，尤其适合于　

大管径、低流速的流量测量。可以采用不停产安装，　省时省力，不影响生产，清洗、维护方便。耐高温、高　

压：流体温度可达８００℃（气体）液体压力可达到　

７０　ＭＰａ，全套仪表只包括一次元件和二次显示，省　去中间环节，故障点少。　

３　热导式质量流量计应用缺点　

热式质量流量计响应慢，一般要１～２　ｓ，还需要　

预热时间。被测量气体组分变化较大的场所，因Ｃ　

值（被测气体的质量定压热容）和热导率变化，测量　值会有较大变化而产生误差　３』。对小流量而言，仪　

表会给被测气体带来相当热量。对于热分布式，被　

测气体若在管壁沉积垢层影响测量值，必须定期清　洗；对细管型仪表更有易堵塞的缺点，一般情况下不　

能使用。对脉动流在使用上将受到限制。对于粘性　液体在使用上亦受到限制。　

４　使用要领　

（１）安装时注意流体方向和变送器标示方向的　

一致性。这对检测的准确性极为重要，两个探针　

（传感器）应并列迎接流体。　

（

２）一般推荐安装直管段的要求为上流２０倍　３２　包钢科技　第４０卷　

管道直径，下流为１０倍管道直径，对现场环境条件　

限制的场合，可适当放宽，但一般不应低于前１０Ｄ后　５Ｄ（Ｄ为管道直径），正确安装时，一般探头的顶部　

要超出管径中心１２．７ｒａｍ。　

（３）传感器的插入深度应将端部延伸至管道中　心线以下５～２５　ｍｍ处。　

（４）安装方式可垂直、水平或斜插，但方向应在　与管道方向的垂直平面内。　

（５）电子装置的进线口应注意密封，防止潮湿进　

人，内部电子元件的环境温度以不超过６ｏ℃为宜。　（６）传感器探针在安装、搬运过程中应更加注　

意，不要碰伤损坏或弯曲变形。　

５　应用分析　

焦炉煤气是一种组分含量比较复杂的混合气　

体，它的基本组成为Ｈ　（５４％～５９％），ＣＨ　（２３％一　

２８％）、ＣｎＨｍ（２％一３％），ＣＯ（５．５％～７％），ＣＯ２　（１．５％～２．５％），０２（０．３％一０．７％），Ｎ２（３％一　

５％）和少量水蒸汽，因而热导式流量计能否适应于　焦炉煤气的测量，有待实践的验证。从理论公式　

Ｑ１＝Ｋ（Ｔ—ｒｏ）Ｌ［１＋（２竹ｄｐＣＰｖ／Ｋ）１／２］可以知道，　

影响流量准确度的参数很多，其中气体密度Ｐ与定　

压比热ｃ。是随着混合气体的组成变化而变化的。而　实际上，随着操作温度、压力的变化，混合气体很难　

让Ｐ与ｃ　保持绝对的稳定，它们会在一定范围内波　

动，从而使所测得的流量偏离实际值。另一方面，由　于煤气净化工艺的质量，煤气中或多或少地仍带有　

念　少量焦油雾，这些焦油雾会附着于热传感器的表面　

形成一层保护膜，从而使热丝被冷却的程度降低，最　终影响到被测流量的准确度。　

从以上两方面的分析，热导式流量计在焦炉煤　

气中的测量，其测量值可能会偏离实际值，这就需要　对测量值加以修正，其修正系数应根据理论和实测　

来确定。　

６　应用效果　

热导式质量流量计在包钢焦炉煤气检测中，已　试用一年多，在冬季时中间只例行清洗探头一次，前　

后只用２０　ｒａｉｎ，基本上处于“免维护”状态，极好地　解决了以往传统检测元件所存在的问题，为供需双　

方结算提供了准确、稳定的计量数据，为解决焦炉煤　气计量这个难题提供了范例。其检测性能基本上能　

满足工艺要求。与其它流量计相比，相对维护量较　少，无需特别的维护或调校。无差压式测量的泄漏　

或堵塞所造成的麻烦。安装、拆卸方便，无需中断流　

体或停产，特别适宜于连续生产的场合。　

［２］　

［３］　参考文献　

杨有涛．气体流量计［Ｍ］．北京：中国计量出　

版社，２００９．　全国流量容量计量技术委员会．速度式流量　

计［Ｍ］．北京：中国计量出版社，２００８．　纪纲．流量测量仪表应用技巧［Ｍ］．北京：化　

学工业出版社，２００８．　

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色包钢　绿色包钢　人文包钢　

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弯管与孔板流量计在工业煤气计量中的应用探讨

弯管与孔板流量计在工业煤气计量中的应用探讨

２００６年第２期　新疆钢铁　总９８期　

弯管与孔板流量计在工业煤气计量中的应用探讨　

张　涛　（新疆八一钢铁集团有限责任公司能源中心）　摘要：针对冶金工业煤气在线流量测量装置实际运行状况，重点从地域环境、可测量介质适应性、测量装置的　工艺技术要求、量程范围、耐磨性、直管段要求、设备维护及节能等方面，探讨了弯管流量计与孔板流量计的性能比　较，为工业煤气测量计量设备的选型提供参考。　关键词：　弯管流量计；孔板流量计；冶金工业煤气计量　中图分类号：ＴＱ０５６．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：ｌ６７２—４２２４（２ＯＯ６）Ｏ２—００５　一Ｏ３　

１　前言　冶金工业煤气中含有大量的粉尘、水、焦油和　萘，测量计量冶金工业煤气的流量设备运行状况不　好，是国内外测量计量领域中公认的难题。目前，对　冶金工业煤气的测量计量，使用较多的是孔板流量　计、质量流量计和涡节流量计。相比之下，孔板流量　计相对稳定，使用也更为广泛。但是，孔板流量计在　使用过程中因有大量杂质堆积，焦油和萘附着在孔　板流量计的测量刀口上、导压管上，易造成堵塞及冻　管现象。近年来，弯管流量计在冶金工业煤气计量中　得到应用，取得了较好的使用效果。笔者对八钢冶金　工业煤气流量计量中使用孔板流量计和弯管流量计　的状况进行分析，以供同行参考。　２工作原理　２．１　弯管流量计的工作原理　弯管流量计是一种差压式流量计，其差压的产　生是靠流体流经弯管时，由于弯管的约束和弯管管　壁的导流作用，使流体在弯管内作近似于圆周运动　产生惯性离心力，该离心力的大小与流体的流速、流　体质量（密度）以及做圆周运动的曲率半径等因素有　关。在弯管的内侧流速会逐步增大，而外侧流速却逐　步减小，形成了各个过流面的近似梯形速度分布，这　种梯形分布状态在弯管４５。截面处达到极限状态。根　据质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律，流　体在管道中流动时，相同过流断面各元流质点的能　量不变，各质点流速的变化形成了弯管内的外侧压　差△Ｐ，进而方便地测量出管道内流体的流速和流　量值。弯管截面流速分布示意图如图１所示。　Ｉ流进　

热式气体质量流量计-360百科

热式气体质量流量计-360百科

热式气体质量流量计-360百科

热式气体质量流量计是利用热扩散和热分布的原理，利用气体带走热量的多少来计算流量。其测量结果受温度、压力变化影响较小，量程比可达到30∶1，安装方式为插入式，基本没有压力损失，适用于测量介质组分比较稳定的干燥气体的流量。

1、工作原理：

大流量：热扩散原理，利用气体带走多少热量决定流量；

小流量：热分布原理；

2、系统组成：简单无活动部件、常温一体化、高温分体式；

3、适用测量介质：干燥气体，介质组分稳定；

4、系统误差：± 1% 质量流量精度；

5、系统智能化：多项参数修改，智能化；

6、检定：工厂标定数据储存在仪表里，可以现场检定仪表性能，结果可溯源；

7、量程比：大量程比，保证精度的前提下30∶1；

8、流量结果：质量流量，温度、压力变化影响小；

9、温压补偿：不需要；

10、安装：

小口径： 管道式；

大口径：插入式；

安装简单快捷：不需要保温\导压管路，前后； 直管段：3D/5D；

安装成本低：在管道 360范围内任何角度都可以安装；

11、维护：属于免维护型，如需维护，可以实现在线不停产插拔维护；

12、工厂标定：密闭环路模拟实际工况标定每一台都要实际标定；

13、响应时间：1s；

14、压力损失：插入式基本没有压力损失；

15、系统重复性：重复性较好；

16、温度对测量系统精度的影响：

在±25℃范围内，±0.04 %FS；

在±25～50℃范围内，±0.06 %FS；

17、压力对测量系统精度的影响：压力变化0.006895MPa，精度影响0.02% FS；

18、系统造价：性价比非常高，小口径相对价格高，大口径比孔板产品还便宜。

煤气热值的测定知识点解说(全面版)资料

煤气热值的测定知识点解说(全面版)资料

煤气热值的测定知识点解说（全面版）资料 煤气热值的测定

一、概念

煤气热值是指标准状况（0℃、101.3kPa）下1m3干燃气完全燃烧时产生的热量。若氢燃烧后生成水，此时放出的热量，称为高位热值；若氢燃烧后生成水蒸气，此时放出的热量，称为低位热值。

二、方法原理

在水流式热量计中，用连续水流吸收燃气完全燃烧时的热量。根据达到稳定时的各个参数，计算标准状况干燃气燃烧产生的热量。

三、测试条件

①量热计应装在光线明亮、空气流速小于0.5m/s且不受辐射热影响的地方。测试期间环境温度应为15～30℃，温度波动小于±1℃。.

②进量热计的水温应低于室温1.5～2.5℃。整个测试分为两组，共4次，每次测试期间的进口水温波动必须小于0.1℃。

③量热器的热负荷应保持标定时的热负荷。当热负荷为3.3～4.2MJ/h时，燃烧器的喷嘴尺寸可参考下表。

燃烧器喷嘴尺寸与热负荷对应表

高位热值/（MJ/ m3） 喷嘴直径/mm 高位热值/（MJ/ m3） 喷嘴直径/mm

12.6～16.7

16.7～33.7 2.5

2.0 37.7～46.0

46.0～62.8 1.5

1.0

④热量计进、出口水的温度差应为8～12℃。 ⑤热量计的进口空气湿度应为（80±5）%。

⑥热量级的排烟温度与进口水的温度差为0～2℃。

⑦各种测试仪表均须定期标定，并按标定值修正。

四、操作步骤

测试准备工作

⑵将量热计垂直放好，并装上空气湿润器。

⑶将温度计插入热量计中水流转弯中心处，水银球不应与内壁接触，烟气温度计插入深度应使水银球在排烟管的中心线上。

⑷装好整个系统，按规定在燃气稳压器。燃气及空气湿润器中加水。

⑸燃气系统气密性检验。在工作压力下，持续五分钟压力不应下降。

⑹排放燃气系统中的空气。打开阀门，从燃烧器向外放气，使气体流量计转一圈并确定流量计中只有燃后，点燃燃烧器。

⑺调节燃烧器的一次空气调节板，使火焰具有清晰的内焰锥并且稳定燃烧；调节燃气稳压器上的重块或燃气阀门，使热负荷符合标定时的热负荷。

热式气体质量流量计的工作原理

热式气体质量流量计的工作原理

热式气体质量流量计的工作原理

热式气体质量流量计的工作原理

热式气体质量流量计是一种通过测量气体传热能力来确定气体流量的仪器。其工作原理基于热传导定律和恒温热源原理。

一、基本原理

1. 热传导定律

热传导定律是指在温度差的作用下，物质内部由高温区向低温区传递热量的规律。根据此定律，可以通过测量物质中两点之间的温度差来确定物质中的能量传递速率。

2. 恒温热源原理

恒温热源原理是指一个恒定温度的物体可以作为一个恒定的热源，从而使得在其周围流动的气体保持恒定的温度。

二、结构和工作过程

1. 结构

热式气体质量流量计主要由加热丝、测温丝、外壳和电路板等组成。其中加热丝和测温丝分别被安装在管道内部，用于测量管道内部气体的传导能力。

2. 工作过程

当气体通过管道时，加热丝不断地将热量传递给气体，使得气体的温度升高。测温丝则用于测量管道内部气体的温度。由于加热丝和测温丝之间存在一定的距离，因此在气体流过后，测温丝所测得的温度会有一个延迟。

根据恒温热源原理，当气体流量增加时，管道内部的气体流动速度也会增加。由于气体流动速度的增加会导致测温丝所测得的温度变化更加迅速，因此可以通过比较不同时间点所测得的温度差来确定气体流量。

三、工作特点

1. 精确性高

热式气体质量流量计具有精确性高、响应速度快等特点。其精确性主要取决于加热丝和测温丝之间的距离、电路板设计等因素。

2. 适用范围广

热式气体质量流量计适用于多种气体介质，并可在较宽范围内进行流量检测。同时，其结构紧凑、安装方便，可广泛应用于工业自动化、环境监测等领域。

3. 不易受环境影响

热式气体质量流量计不受气体密度变化、湿度变化等环境因素的影响，因此具有较高的稳定性和可靠性。

四、应用领域

热式气体质量流量计广泛应用于石油化工、食品医药、环保监测等领域。例如，在石油化工生产过程中，热式气体质量流量计可用于测量管道内部液态或气态介质的流量，从而实现对生产过程的控制和优化。在环保监测中，热式气体质量流量计可用于监测废气排放情况，从而确保环境保护的有效实施。