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靶式流量計在水泥行業的應用
摘要：相對其它行業，流量計在水泥工業應用較少，這是由于其生產工藝過程中主要介質是物料流和氣流，在物料流中則以粉狀和顆粒為主，在主工藝流程中液體料流幾乎沒有，而氣流還帶有一定的粉塵，并且是在大管道內通過，給流量測量帶來很大的難度。在某些工藝點如冷卻機各室的風量，由于測定的是高壓空氣流量，管道的口徑也不大，一般用傳統的文丘里管，通過差壓可以測量，但由于測量精度低，流量值僅能作為參考，而且用它來調節風門的開度，恒定風量也較困難。目前一些5000t/d生產線已不測量高壓空氣的流量，而是通過測定高壓羅茨風機輸出的電功率來估算流量，故流量測量過去在水泥行業幾乎是一個空白，自動化技術人員往往只知溫度、壓力、物位等計量傳感器。
1 靶式流量計在水泥行業開始應用
在化工、石化、鋼鐵、電力、供熱和水處理等行業各種液體和氣體流量計應用十分普遍，它們根據測量機理冠以不同的修飾術語，如科里奧利、超聲波、電磁、渦街流量計等，比起傳統的容積式、文丘里管、機械孔板式流量計來，靶式流量計在精度、可靠性、重復性、可維護性方面有顯著的特點。在這些設備里，易磨損的活動部件很少或根本沒有；流量計中大部分都是非侵入式元件，具有更小的壓降和更好的安全性；很多儀表配備有微處理器，能執行自診斷和其它功能，從而能為用戶提供實時的反饋和歷史數據采集。
相對其它行業，流量計在水泥工業應用較少，這是由于其生產工藝過程中主要介質是物料流和氣流，在物料流中則以粉狀和顆粒為主，在主工藝流程中液體料流幾乎沒有，而氣流還帶有一定的粉塵，并且是在大管道內通過，給流量測量帶來很大的難度。在某些工藝點如冷卻機各室的風量，由于測定的是高壓空氣流量，管道的口徑也不大，一般用傳統的文丘里管，通過差壓可以測量，但由于測量精度低，流量值僅能作為參考，而且用它來調節風門的開度，恒定風量也較困難。目前一些5000t/d生產線已不測量高壓空氣的流量，而是通過測定高壓羅茨風機輸出的電功率來估算流量，故流量測量過去在水泥行業幾乎是一個空白，自動化技術人員往往只知溫度、壓力、物位等計量傳感器。隨著水泥生產規模增大、工藝過程不斷更新，流量測量和新型靶式流量計也開始在水泥行業應用，表現在以下幾方面。
1.1 用于水泥工藝過程的物料測量
水泥工藝過程中原料、中間成品和*終產品全是固體，而且以顆粒狀和粉狀物料為主，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，它們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里奧利、超聲波用于計量秤，用它來測量煤粉比起其它煤粉計量秤，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。
1.2 在輔助流程和低溫余熱發電中采用新型靶式流量計
在水泥工業的輔助流程主要用于提高設備運轉率和保護設備，如廢氣處理流程中增濕噴水是為了增加粉塵的比電阻，從而使電收塵器的效率得以提高。在新型干法水泥廠都設有噴水自動調節回路，在水量控制中各廠設置了電磁流量計，有的還配置了捆綁式超聲流量計，起到了很好的監控作用，也使噴水自動調節回路能正常運行。
在水泥行業利用廢氣的低溫余熱發電系統已很普遍，在余熱發電系統采用了很多新型靶式流量計，如超聲波、渦街等。
1.3 大管道氣體流量的測量
早期引進的一些干法水泥生產線，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并相應調節有關閥門，曾選用過孔板式流量計、笛形均速管流量計等，但使用過程中難度太大，且由于流量測量并不影響水泥的生產，后一直沒有使用。隨著水泥工藝的不斷更新，大型立磨已得到普遍應用，在立磨的工藝流程中，要求測定磨機進出口風量并保持循環風量恒定，在測點一覽表中就有此要求。3000t/d級水泥生產線生料磨的出口風管口徑一般在800mm左右，在流量測量規范中，管道口徑大于200mm就屬于大口徑流量測量，如用傳統的孔板式流量計，在運行中，由于孔板的節流孔銳邊磨損、板面沾污，管道積聚凝結灰，在磨損后需要進行更換；孔板流量計還有量程比小，精度低，不可恢復壓損大等缺點；對于大口徑的管道需要大的法蘭，其價格、安裝成本和維護也是一個值得關注的問題。另外氣體的流量測量受溫度、壓力的變化而變動，對氣體的流量測量會造成嚴重的影響，主要表現對精確度和重復性方面；在水泥行業中被測過程氣體大多含有粉塵，測量傳感器中一般帶有小孔，粉塵會容易造成測量傳感器的堵塞，故在水泥行業大管道氣體流量測量難度大，有許多問題有待解決。
隨著新型靶式流量計在市場中出現，解決了大管道氣體流量測量的難題，它有著量程比大，精度高，不可恢復壓損小的特點，也通過各種措施防止氣體中的粉塵堵塞測量傳感器。
靶式流量計是在上世紀60年代末問世的，它是基于伯努利能量守恒原則和皮托管測速原理發展起來的。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桿，我們常提到的“阿牛巴流量計”（Annubar）實際就是新型靶式流量計。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200mm 的管道上，而對于水泥行業特殊的氣體狀況，我們如要選用新型靶式流量計必須考慮以下幾方面：
（1）提供正確的流量和管道數據
靶式流量計的機械尺寸是根據要安裝的管道尺寸量身定制的，其測量范圍是根據工藝提供的流量數據計算和標定。如選用時，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）正確選擇檢測桿
靶式流量計其主要結構是一根插入的檢測桿，它有各種形式，其截面形狀不一，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桿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桿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
靶式流量計是根據皮托管測速原理，通過測總靜壓來推算流量，常用于大口徑氣體流量測量，它產生差壓一般都比較小，*小可能只有20～30Pa，為此要盡量避免使用引壓管，選用高精度的微差壓變送器，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，這樣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
靶式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復雜，流量系數K的波動將會很大，不能保證測量的準確度。
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。筆者認為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復性前提下，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3-4D。
（5）重復性和精確度
在水泥工廠的自動化系統中，靶式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，并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并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。這里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，即重復性較好就可以了。一般來講直管段達不到要求的情況下，重復性可做到0.5%，而誤差就可能超過6%。在自動化系統中作為調節和監控，采用結構簡單的新型靶式流量計就有其優勢。
（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。
2 結論
（1）隨著水泥生產規模擴大、工藝過程不斷更新，流量測量和新型靶式流量計也開始在水泥行業應用，而且發展的趨勢看好。
（2）在水泥工廠的自動化系統中如用作調節和監控，則大管道氣體流量的測量，可選靶式流量計。
（3）由于水泥工藝中大管道氣休含粉塵，在選用時務必與差壓式均速管制造廠確定“量身定制”和直接安裝時每一細節，有些必要的附件一定要在定貨中確定。
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