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泥漿流量計和其它新型流量計在水泥行業的應用
隨著我國市場經濟發展進程的不斷加快,建築材料資源的開發建設對泥漿流量計的應用效果需求越來越大。然而,受泥漿攜帶雜物以及泥漿流量計自身物理性質及成份涉及範圍較大影響,使其耐壓性能、精度以及固定安裝質量很難得到有效控制。針對這一問題,相關建設人員應從泥漿流量計的開發應用現狀出發,並將新型泥漿流量計的軟硬件開發技術應用于實踐,從而提高水泥行業控制泥漿流量的效率。這是實現建築行業健康穩定發展目標的重要課題內容,相關建設人員應將其重視起來。
泥漿流量計安装调试现场
一、泥漿流量計在水泥行业应用
相对其他行业,各种流量计在水泥工业应用较少,这是由于生产工艺过程中主要介质是物料流和气流,在物料流中则以粉状和颗粒为主,在主工艺流程中液体料流几乎没有,而气流还带有一定的粉尘,并且是在大管道内通过,它给流量测量带来很大的难度。虽然在某些工艺点如冷却机各室的风量,由于测定的是高压空气流量,管道的口径也不大,一般用传统的文丘里管,通过差压可以测量,但由于测量精度低,流量值仅能作为参考,而且用它来调节风门的开度,恒定风量也较困难,目前一些5000t/d已不测量高压空气的流量,而是通过测定高压罗茨风机输出的电功率来估算流量。故流量测量过去在水泥行业几乎是一个空白,自动化技术人员往往只知温度、压力、物位等计量传感器。随着水泥生产规模增大、工艺过程不断更新,流量测量和泥漿流量計也开始在水泥行业应用,表现在以下几方面:
1.大管道氣體流量的測量
早期引進的一些幹法水泥生産線,國外公司提出在窯尾出口處和廢氣處理的大管道中檢測氣體流量並相應調節有關閥門,曾選用過孔板式流量計、笛形均速管流量计等,但使用过程中难度太大,由于流量测量并不影响水泥的生产,后一直没有使用。随着水泥工艺和规模的不断更新,大型立磨已得到普遍应用,在立磨的工艺流程中,要求测定磨机进出口风量并保持循环风量恒定,如我国出口阿曼的3300t/d水泥生产线,采用了非凡公司的立磨,在测点一览表中就有此要求,3000t/d级水泥生产线生料磨的出口风管口径一般在800mm左右。在流量测量规范中,管道口径大于200mm就属于大口径流量测量,如用传统的孔板式流量計,在运行中,由于孔板的节流孔锐边磨损、板面沾污,管道积聚凝结灰,在磨损后需要进行更换;孔板流量计还有量程比小,精度低,不可恢复压损大等缺点;对于大口径的管道需要大的法兰,其价格、安装成本和维护也是一个值得关注的问题。另外气体的流量测量受温度、压力的变化而变动,它对气体的流量测量会造成严重的影响,主要表现在精度和重复性方面;在水泥行业中被测过程气体大多含有粉尘,测量传感器中一般带有小孔,粉尘会容易造成测量传感器的堵塞,故在水泥行业大管道气体流量测量难度大,有许多问题有待解决。
隨著新型差壓式均速管流量計的出現,解決了大管道氣體流量的測量的難題,它量程比大、精度高、不可恢複壓損小的特點,也可通過各種措施以防氣體中的粉塵堵塞測量傳感器。本文將重點介紹新型差壓式均速管流量計的工作原理,基本結構,性能特點和應用等。
2.新型流量測量機理用于物料測量
水泥工藝過程中原料、中間成品和産品全是固體,而且以顆粒狀和粉狀物料爲主,這些物料的流量測量在水泥工廠是由電子皮帶秤和各種固體流量計來實現的,既是工藝設備又是自動化設備,但不屬于流量儀表。近幾年來,國外一些公司把新型流量儀表的測量機理如科裏奧利、超聲波用于計量秤。典型的例子是德國申克公司用科裏奧利力測量流體質量的機理開發的科裏奧利秤,用它來測量煤粉,比起其他煤粉計量秤,有結構簡單、控制精度高、計量和輸送一體化等特點,現已廣泛應用在我國水泥行業。國內有些企業也有用科裏奧利開發的計量秤,但各方面指標多不及申克的産品。
3.在辅助流程和低温余热发电中采用泥漿流量計
在水泥工业的辅助流程主要用于提高设备运转率和保护设备,如废气处理流程中增湿喷水是为了增加粉尘的比电阻,从而使电收尘器的效率得以提高。在新型干法水泥厂都设有喷水自动调节回路,在水量控制中各厂设置了电磁流量计,有的还配置了外夹式超声流量计,起到了很好的监控作用,也使喷水自动调节回路能正常运行。水泥行业已普遍利用废气低温余热发电,在余热发电系统中应用了很多泥漿流量計,如超声波、涡街等。
二、新型差壓式均速管流量計
差壓式均速管流量計在上世紀60年代末問世,它基于伯努利能量守恒原則和皮托管測速原理,所謂皮托管測速實際是測量管道中圓管直徑上或矩形(菱形)管長與寬上幾點的流速通過能量守恒原則推算出流量的一種插入式流量儀表,此圓管或菱形管通常也稱檢測杆,KB88凯时官网登录常提到的“阿牛巴流量計”(Annubar)實際就是差壓式均速管流量計的一個名稱也是一個注冊商標。它因其結構簡單,裝、拆方便,價格低廉及節能等優點,在大于口徑爲200mm的管道,在一些行業常作爲流量測量的儀表進行工況監控,如我國西氣東輸的世紀工程中,在幹線內徑爲1m的管道上,約50%以上的流量計采用了Emerson公司的均速管流量計。而對于水泥行業特殊的氣體狀況,KB88凯时官网登录如要選用差壓式均速管流量計必須要考慮以下幾方面:
1.提供正確的流量和管道數據
差壓式均速管流量計的機械尺寸是根據要安裝的管道尺寸量身定制的,其測量範圍是根據工藝提供的流量數據計算和標定。KB88凯时官网登录如要選用時,一定要正確提供給制造商流量數據和管道尺寸,管道尺寸包括外徑和壁厚。
2.正確選擇檢測杆
差壓式均速管流量計主要結構是一根插入的檢測杆,它有各種形式,截面形狀不一,有圓管或菱形管,近來又推出了翼形、彈頭形、T形、Delta形,由于各種形狀的檢測杆對應了不同的流體理論,水泥廠如確定采用均速管流量計,筆者建議只提供流量數據和管道尺寸,可由制造商根據測定的氣流特性來確定檢測杆的形式和檢測孔的數量和位置。
3.要選用高精度的微差壓變送器
差壓式均速管流量計是根據皮托管測速原理,通過測總靜壓來推算流量,常用于大口徑測氣體流量,它産生差壓一般都比較小,可能只有20~30Pa,爲此要盡量避免使用引壓管,選用高度的微差壓變送器,如3051等,好的方案是采用均速管、三閥組、差壓變送器一體化的直接安裝方式,不但可以減少使用引壓管而引起的泄漏,還可補償受溫度、壓力的變化而變動的差壓信號失真等問題。如選用多參數變送器一體化的均速管流量計系列ProBar等。
4.保證一定的直管段長度
差壓式均速管流量計前部管道必須確保有7~9D的直管道長度(此數據各資料不一,從3D到30D全有),才能使大管道內氣體的流速盡量對稱分布于軸線,只有這樣,僅測幾點的流速才能推算流經整個截面的流量,否則大管道內氣體的流速分布將會很複雜,流量系數K的波動將會很大,不能保證測量的精度。
但水泥的工藝設計又不可能保證有很長的直管道,這的確是一矛盾。筆者認爲如確定選用某種形式的均速管流量計,可和供貨商商量在保證系統的重複性前提下,盡量縮短直管道,有的報道稱,只要測管直徑和工藝管徑之比小于1/10,前部管道的直管道長度可降到(3~4)D。
5.重複性和精度
在水泥工廠的自動化系統中,差壓式均速管流量計只是在某一工藝點提供信息源的檢測環節,它的輸出所反映的氣體流量信息,並不要求是某一確切值,而應是正確無誤地反映流量的變化,如測定磨機進出口風量並不是測定風量的確切值,主要看它在工藝過程中的變化,通過調節以保持風量的恒定。這裏要求均速管工作可靠,其輸出與流量存在的單值函數關系不隨意變化,即重複性較好就可以了。一般來講,在直管段達不到要求的情況下,重複性可做到±0.5%,而誤差就可能超過±6%。在自動化系統中作爲調節和監控,采用結構簡單的差壓式均速管流量計就有其優勢。
6.加裝必要的粉塵過濾裝置
目前均速管制造廠雖然宣稱測量傳感器的抗堵塞問題已能解決,但由于水泥工藝的特殊情況,筆者還是建議加裝必要的附屬設備如粉塵過濾裝置等,以確保儀表正常工作,可和供貨商協商具體的做法。

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