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煤气流量计选型指南

来源:南京金诺仪表有限公司   2025年04月08日 09:41  

煤气流量计选型指南

在工业生产和能源供应领域,煤气作为一种重要的能源介质,其精确计量对于生产过程控制、成本核算以及安全管理都有着举足轻重的作用。准确选择合适的煤气流量计,不仅能保障生产的稳定运行,还能有效降低运营成本。这需要我们综合考量多个方面的因素,从不同类型流量计的工作原理,到具体的选型要点,每个环节都关乎最终的计量效果。

一、工作原理与类型特点

(一)差压式煤气流量计

  1. 孔板流量计:该流量计基于节流原理运行。当煤气高速流经孔板时,因流通面积突然变小,流速加快,根据伯努利方程,压力会相应降低,在孔板前后形成压力差。这个压力差与煤气流量的平方成正比,通过高精度的差压变送器测量这一差值,再结合预先设定的流量系数等参数,就能计算出煤气的流量。孔板流量计结构相对简单,由孔板、取压装置和差压变送器等主要部件构成。它的成本较低,对于一些预算有限且的项目较为适用。不过,由于孔板对煤气的节流作用明显,压力损失较大,长期运行会增加能耗。同时,其测量精度相对不高,一般在 1.5 级 - 2.5 级左右,适用于管径较大(通常大于 50mm)且煤气清洁度较好、无明显杂质和腐蚀性的场合,例如一些大型工业窑炉的煤气输送主管道。

  2. 文丘里流量计:同样借助差压来测量煤气流量。它采用渐缩渐扩的结构,煤气先经过收缩段,流速逐渐增大,压力降低;在喉部达到最高流速;随后在扩散段,流速逐渐降低,压力回升。相比孔板流量计,这种结构能有效减少压力损失,提高测量效率。文丘里流量计的测量精度较高,可达 1.0 级 - 1.5 级。但其制造工艺复杂,需要精密加工渐缩渐扩的管道,成本也因此较高。它常用于对精度要求较高,且煤气流量较大的管道,如城市煤气输配管网的大型调压站中,确保煤气流量计量的准确性,为城市煤气供应的合理调配提供可靠数据。

(二)容积式煤气流量计

  1. 罗茨流量计(腰轮流量计):在计量室内,有一对 8 字形的腰轮,它们相互啮合但不接触。当煤气流入时,在进出口压力差的作用下,推动腰轮旋转。每旋转一周,就会有一定体积的煤气从进口推移至出口,通过高精度的计数器记录腰轮转动次数,再结合预先标定的每转排量,就能精确计算出煤气流量。罗茨流量计精度可达 0.5 级甚至更高,压力损失较小,能在较低压力下稳定工作。不过,它对煤气的洁净度要求较高,因为杂质可能会磨损腰轮,影响计量精度甚至导致设备故障。所以常用于煤气贸易结算等对精度要求极为严格的场景,如煤气生产企业与大型工业用户之间的贸易交接,确保双方在煤气交易中的公平公正。

  2. 椭圆齿轮流量计:其工作原理与罗茨流量计类似,由一对相互啮合的椭圆齿轮组成计量室。煤气进入计量室后,推动椭圆齿轮旋转,齿轮每转一圈,就排出一定体积的煤气。通过测量椭圆齿轮的转动圈数,就能得到煤气流量。椭圆齿轮流量计精度高,量程范围宽,可适应不同流量大小的测量需求。但和罗茨流量计一样,对煤气中的杂质较为敏感,需在前端安装性能良好的过滤器。它适用于中小流量且精度要求高的煤气计量场合,如小型煤气充装站,准确计量充装的煤气量,保障充装操作的准确性和安全性。

(三)速度式煤气流量计

  1. 涡轮流量计:在管道中心安装有一个可以自由转动的涡轮,当煤气流动时,冲击涡轮叶片,使涡轮发生旋转。涡轮的转速与煤气流速成正比,通过安装在涡轮附近的磁电感应装置,检测涡轮旋转产生的脉冲信号频率,再根据预先标定的仪表系数,就能准确计算出煤气流量。涡轮流量计精度高,可达 0.5 级 - 1.0 级,响应速度快,能快速捕捉到流量的变化。它的压力损失小,对煤气输送系统的压力影响较小。但它对煤气的清洁度有所要求,微小的杂质都可能损坏涡轮叶片,所以必须在流量计前安装多级过滤器。常用于天然气、煤气等洁净气体的计量,在燃气输送管网中广泛应用,无论是城市燃气的长距离输送干线,还是小区内部的燃气分配管道,都能准确计量煤气流量,为燃气供应的调度和管理提供精准数据。

  2. 涡街流量计:当煤气流经漩涡发生体时,在漩涡发生体下游两侧会交替产生漩涡,这一现象被称为卡门涡街。漩涡的释放频率与煤气流速相关,通过安装在管道壁上的传感器,检测漩涡产生的压力变化或振动信号,进而推算出煤气流量。涡街流量计测量范围宽,量程比可达 1:10 - 1:20,能适应较大范围的流量波动。它的精度较高,一般为 1.0 级 - 1.5 级,对直管段要求相对较低,相比其他一些流量计,安装更为便捷。但它不适用于高粘度、低流速以及含有大量杂质的煤气测量,因为高粘度流体不易形成稳定的漩涡,低流速时漩涡信号微弱难以检测,杂质则可能堵塞或损坏传感器。在工业生产中,常用于蒸汽、空气以及洁净煤气等介质的流量测量,如工厂内部的动力车间,用于监测蒸汽和煤气的消耗情况,以便优化能源使用效率。

(四)质量式煤气流量计

  1. 科里奥利质量流量计:该流量计利用流体在振动管中流动时产生的科里奥利力来测量质量流量。其核心部件是一对 U 形或直管形的振动管,当有煤气通过振动管时,由于科里奥利力的作用,振动管会发生扭曲变形,通过安装在振动管上的传感器,精确测量振动管的扭曲程度和振动频率变化,就能计算出煤气的质量流量。这种流量计不受煤气密度、温度、压力等参数变化的影响,测量精度可达 0.2 级 - 0.5 级。但它结构复杂,内部包含精密的振动和检测系统,制造和调试难度大,价格昂贵。同时,安装要求严格,需要专业人员按照特定的安装规范进行操作,以确保测量精度。适用于对煤气质量流量测量精度有着要求的关键工艺环节,如化工生产中,某些化学反应对煤气质量流量的精确控制要求苛刻,科里奥利质量流量计就能发挥其优势,保障生产过程的稳定性和产品质量的一致性。

  2. 热式质量流量计:基于热传导原理工作,它有一个加热元件和两个温度传感器。加热元件对煤气进行加热,当煤气流动时,会带走加热元件的热量,使加热元件温度降低。通过测量两个温度传感器之间的温差变化,根据预先建立的热传递模型,就能确定煤气的质量流量。热式质量流量计具有测量精度较高(一般为 1.0 级 - 1.5 级)、响应速度快的优点,而且无需进行温压补偿,可直接测量煤气的质量流量。它可用于测量低流速煤气,在一些微小流量或低流速的煤气测量场景中表现出色。但它对环境温度变化较为敏感,环境温度的大幅波动可能会干扰测量结果,不适用于高温、高湿等恶劣环境。例如在实验室中,对煤气流量进行精确控制和测量时,热式质量流量计能满足对小流量高精度测量的需求,为实验提供可靠的数据支持。

二、选型要点

(一)测量精度要求

  1. 贸易结算:在煤气贸易交接过程中,涉及到巨大的经济利益,为确保公平公正,对流量计精度有所要求。通常需选用精度等级在 0.5 级及以上的流量计,如罗茨流量计,凭借其精度,能精确计量每一方煤气的交易量,保障买卖双方的权益。涡轮流量计也常用于贸易结算,其高精度和稳定的性能,在长期的煤气贸易计量中表现可靠。科里奥利质量流量计更是以其精度,成为对计量精度要求近乎苛刻的贸易结算场景的理想选择,无论是大规模的煤气批发交易,还是小型企业间的精细贸易,都能提供精准无误的计量数据。

  2. 过程控制:对于工业生产过程中的煤气流量监测与控制,精度要求相对贸易结算略低,一般 1.0 级 - 1.5 级的流量计即可满足需求。例如涡街流量计,其精度在这一范围内,能够实时监测生产过程中煤气流量的变化,为生产控制系统提供及时准确的数据,帮助操作人员根据生产工艺要求调整煤气流量,确保生产过程的稳定运行。孔板流量计虽然精度相对不高,但在一些对流量控制精度要求不是特别严格,且注重成本效益的工业生产环节,如某些对产品质量影响较小的辅助生产流程中,也能发挥其监测和控制煤气流量的作用,以较低的成本实现基本的流量控制功能。

(二)流量范围

  1. 确定工况流量:首先要准确了解煤气在实际工作状态下的流量范围,这包括最大流量、最小流量和常用流量。最大流量是指在如生产高峰或设备满负荷运行时,煤气可能达到的最大流速对应的流量;最小流量则是在生产低谷或设备低负荷运行时的流量值;常用流量是生产过程中最常出现的流量状态。所选流量计的量程应能覆盖实际工况流量,且保证常用流量处于流量计量程的最佳测量范围(一般为量程的 30% - 70%)。例如,某工业炉窑在正常生产时,煤气常用流量为 500m³/h,最大流量可达 800m³/h,最小流量为 100m³/h,那么在选择流量计时,其量程应至少为 100m³/h - 800m³/h,且保证 500m³/h 处于最佳测量范围内,这样才能确保测量精度和稳定性,避免因流量超出或低于合适范围而导致测量误差增大或流量计损坏。

  2. 考虑流量变化:若煤气流量波动较大,例如在一些周期性生产的工业过程中,设备启停频繁,煤气流量会在短时间内大幅变化,此时应选择量程比宽的流量计。涡街流量计量程比可达 1:10 - 1:20,能较好地适应这种流量大幅波动的情况,在流量大时准确测量大流量值,流量小时也能精准捕捉微小流量变化。热式质量流量计量程比可达 1:100,在面对复杂多变的流量工况时,优势更为明显,无论是极低流量还是高流量状态,都能稳定准确地测量,为生产过程中的流量监测和控制提供全面可靠的数据支持,确保生产不因流量测量不准确而受到影响。

(三)压力损失

煤气输送过程中,压力损失会影响系统能耗和输送效率。对于长距离输送或低压煤气系统,压力损失的控制尤为关键。罗茨流量计压力损失小,在长距离煤气输送管网中,能减少因压力损失导致的额外能耗,保障煤气在较低压力下仍能稳定输送到目的地。涡轮流量计同样压力损失较小,适用于低压煤气系统,确保煤气输送的高效性和稳定性。文丘里流量计的渐缩渐扩结构使其压力损失明显小于孔板流量计,在低压煤气输送场景中也有广泛应用。而对于压力较高且对压力损失不太敏感的场合,如一些高压煤气储存设施的进出气管道,可适当考虑孔板流量计等压力损失相对较大的类型,因为在高压环境下,一定程度的压力损失对系统整体运行影响较小,同时可利用孔板流量计结构简单、成本低的优势。

(四)介质特性

  1. 煤气成分:若煤气中含有杂质、粉尘、焦油等,易造成流量计堵塞或损坏。靶式流量计具有较好的抗杂质能力,其测量原理基于流体对靶片的冲击力,杂质对其测量影响相对较小,适用于含杂质煤气的测量。防堵型孔板流量计通过特殊的结构设计,如采用大孔径或带有自清洁功能的孔板,能有效减少杂质堵塞的风险。同时,无论选择哪种流量计,都需在流量计前安装合适的过滤器,根据煤气中杂质的颗粒大小、含量等因素,选择不同过滤精度的过滤器,如对于含有较大颗粒杂质的煤气,可选用粗滤网过滤器进行初步过滤,再通过细滤网过滤器进一步净化,确保进入流量计的煤气相对洁净,延长流量计的使用寿命。对于含腐蚀性成分的煤气,要选用耐腐蚀材质的流量计。内衬氟塑料的电磁流量计,氟塑料具有优异的耐腐蚀性,能有效抵御煤气中腐蚀性物质的侵蚀,保证流量计长期稳定运行。采用哈氏合金等耐腐蚀材料制造的涡轮流量计,也能在含腐蚀性煤气的环境中正常工作,准确测量流量。

  1. 温度和压力:煤气的工作温度和压力范围会影响流量计的选型。不同类型的流量计有各自适用的温度和压力区间。热式质量流量计适用于中低温环境,一般工作温度范围在 - 40℃ - 200℃左右,超出这个范围,其测量精度和性能可能会受到影响。而高温煤气测量可能需选用特殊耐高温材质的差压式流量计,如采用耐高温合金制造的孔板或文丘里流量计,能承受高温煤气的冲击,确保在高温环境下准确测量流量。在高压环境下,需确保所选流量计的耐压等级满足要求。例如,在一些高压煤气化工艺中,煤气压力可达数兆帕,此时必须选择耐压等级符合要求的流量计,如经过特殊设计和制造、能承受高压的涡轮流量计或容积式流量计,以保障流量计在高压工况下安全可靠地运行。

(五)安装与维护

  1. 安装空间:考虑现场安装空间的大小和管道布局,选择合适结构形式的流量计。在空间狭窄的地方,插入式流量计具有明显优势,它只需在管道上开一个小孔,将测量探头插入管道内即可,安装简便,不占用过多空间,适用于一些老旧工厂或空间受限的管道改造项目。而对夹式、法兰式流量计则适用于常规管道连接且安装空间较为充裕的场合。对夹式流量计通过两片夹装在管道两侧,安装方便快捷;法兰式流量计则通过与管道的法兰连接,连接牢固,密封性好,适用于对安装稳定性和密封性要求较高的管道系统,如大型煤气储罐的进出口管道安装。

  1. 维护便捷性:选择易于维护、检修的流量计,可降低运行成本和停机时间。一些具有在线维护功能的流量计,如可在线插拔的节流装置,在不停止煤气输送的情况下,就能将节流装置取出进行清洗或更换,极大地提高了维护效率。易于拆卸清洗的过滤器,其结构设计便于快速打开和清理,能及时清除过滤器内的杂质,保证煤气的清洁度,减少对流量计的影响。同时,还要考虑流量计的备品备件供应情况和售后服务质量。选择市场上常见品牌和型号的流量计,其备品备件易于获取,当出现故障时,能快速更换损坏部件,恢复流量计正常运行。良好的售后服务质量也至关重要,厂家或供应商应能提供及时的技术支持和维修服务,确保在流量计出现问题时,能得到专业、高效的解决。

(六)经济成本

  1. 购置成本:不同类型和规格的煤气流量计价格差异较大。一般来说,精度高、功能复杂的流量计购置成本也较高。科里奥利质量流量计由于其复杂的结构和高精度的测量要求,价格相对昂贵,可能是普通孔板流量计的数倍甚至数十倍。在满足测量要求的前提下,应综合比较不同产品的价格,选择性价比高的流量计。例如,对于一些对精度要求不是特别高的一般性工业流量测量场景,选用价格相对较低的孔板流量计或涡街流量计,既能满足基本的流量测量需求,又能有效控制采购成本。同时,可以通过多渠道询价、对比不同厂家产品等方式,获取更优惠的采购价格。

  1. 运行成本:运行成本包括能耗、维护费用等。压力损失大的流量计会增加能耗成本,如孔板流量计,由于其较大的压力损失,在长期运行过程中,需要消耗更多的能源来维持煤气的输送压力,相比压力损失小的流量计,如涡轮流量计,运行能耗更高。对维护要求高的流量计,其维护费用也相对较高。例如,容积式流量计对煤气洁净度要求高,需要定期清洗过滤器、检查和维护计量部件,维护工作频繁且复杂,维护成本较高。因此,在选型时要综合考虑长期运行成本,选择经济合理的产品,不仅要关注购置成本,还要从长远角度评估运行和维护成本,实现整体成本的优化控制。

(七)环境因素

  1. 电磁干扰:若安装现场存在较强的电磁干扰源,如大型电机、变压器等,会对一些对电磁干扰敏感的流量计产生影响。电磁流量计利用法拉第电磁感应原理测量流量,强电磁干扰可能会导致测量信号失真,影响测量精度。超声波流量计通过发射和接收超声波来测量流量,电磁干扰也可能干扰其信号传输。此时,可选用涡街流量计、涡轮流量计等抗干扰能力较强的类型。涡街流量计的测量原理基于漩涡的产生和检测,受电磁干扰影响较小;涡轮流量计通过磁电感应检测涡轮转速,其结构和工作方式使其具有较好的抗电磁干扰性能,能在复杂电磁环境下稳定工作,准确测量煤气流量。

  1. 防爆要求:在存在易燃易爆煤气的危险环境中,必须选用具有相应防爆等级的流量计。本安型流量计采用本质安全设计,通过限制电路中的能量,使其在正常工作或故障状态下产生的电火花和热效应都不足以点燃周围的易燃易爆气体,适用于危险区域的煤气流量测量。隔爆型流量计则通过特殊的外壳设计,将可能产生火花、电弧的部件封闭在一个能承受内部爆炸压力的隔


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