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              涡街流量计在氧化铝生产蒸汽计量中的应用分析

              2016-05-23

              拜耳法生产氧化铝过程中,蒸汽是氧化铝企业运行中的重要能源ebet平台,用于加热苛性钠溶液与铝土矿石,同时也用于加热浓缩分解后的母液ebet平台。据统计蒸汽消耗占氧化铝能源成本的40% ~60% 。对于氧化铝企业,蒸汽消耗成为企业成本的重要组成部分ebet平台,在氧化铝企业的发展和生存中起着决定性因素ebet平台。

              1 氧化铝生产中蒸汽消耗分布及目前的现状

              在拜耳法氧化铝生产中ebet平台,工艺综合能耗主要由蒸汽、电力、水、压缩空气和燃料组成ebet平台,其中蒸汽是氧化铝生产的主要能源消耗指标之一ebet平台,汽耗的高低直接反映这个企业的生产管理和驾驭生产的能力。

              以某一氧化铝为例ebet平台,工艺综合能耗约15.72GJ/t-Al2O3,蒸汽约占42%ebet平台,其中蒸汽由高压蒸汽和低压蒸汽两部分组成。表1为某氧化铝企业高低压蒸汽消耗点ebet平台。

              以表1为例,氧化铝企业蒸汽需要计量点一般在8~10个,用汽量从3.5~206t/h不等,温度和压力也不尽相同。

              表1 某氧化铝企业蒸汽用汽点

              目前,在氧化铝企业蒸汽计量仪表通常采用两大类ebet平台,一类基于伯努利方程原理的,如差压孔板、音速喷嘴、阿牛巴、德尔塔巴占比较多;另一类是基于线性连续方程原理的ebet平台,如涡街流量计ebet平台、质量流量计ebet平台,由于质量流量计价格昂贵,且高温状态下精度丧失,故而又多以涡街流量计为主ebet平台ebet平台。

              基于伯努利方程原理的蒸汽计量仪表,其流量计量方程式为(1):

               公式(1)说明ebet平台,一方面由于方程式中存在着介质蒸汽的密度ρƒ,因此,计量仪表的标定在氧化铝企业中是个很麻烦而且往往不准确,一般生产厂大都采用水标定ebet平台,这种方法标定出来的精度,不代表测量蒸汽的精度ebet平台。另一方面由于方程式(1)中还有一个气体的膨胀系数τ,对于不同蒸汽ebet平台,不同的压力,不同的温度条件下的膨胀系数都不尽相同,因此,即使用压缩空气进行标定出来的精度也不代表测量蒸汽的精度。

              2涡街流量计工作原理

              涡街流量计是基于线性连续方程原理:

              St=f×d/v或者f=St×d/v(2)

              其中:

              St斯特劳哈尔数,无量纲;

              v介质流速ebet平台;

               f频率Hz/S:

               d迎流面宽度。

              在这个公式(2)中有2个函数ebet平台,一个是流体流速v,另一个是斯特劳哈尔数St是雷诺数Re的函数ebet平台,当雷诺数Re到达20000后ebet平台,斯特劳哈尔数St就是一个常数。当涡街流量计测量发生体形状固定,迎流面宽度就一定,这样一来,频率仅仅取决于流体流速ebet平台,是线性连续方程,通过图1示涡街流量计测量模型推导ebet平台,得到流量计量方程式(3):

              图1 涡街流量计测量模型示意图

                  (3)

              其中:St斯特劳哈尔数,无量纲; f频率Hz/S;D流量计通径ebet平台;d迎流面宽度ebet平台。

              涡街流量计是基于线性连续方程原理,只要雷诺数大于20000,测量与流体的性质无关,与密度、黏度等均无关ebet平台。用水标定出来的流量系数同样适用于蒸汽计量ebet平台,在常温下标定出的流量系数同样适用于低温和高温蒸汽。这样,涡街流量计更能适应氧化铝企业内高低压ebet平台、不同温度蒸汽计量的需求ebet平台ebet平台。

              K为流量系数ebet平台,含义是每升流量由几个脉冲表示ebet平台,即是P/L,经过公式变换ebet平台,实际运用中的涡街流量计计算公式(4):

                           (4)

              一般,涡街流量计的流量系数ebet平台,其实在设计时就已经定下来了ebet平台,但是每个生产厂都要对每一台流量计进行标定ebet平台,就是为了检验制造误差。但不管这个数是什么数,标定合格了的流量系数就是正确计量的常数,适用于不同工况状态的蒸汽。

              另外要注意,从公式(4)可以看出ebet平台,涡街流量计只能测流体的工况体积方ebet平台,质量方和标准体积方是根据密度或压力温度换算出来的ebet平台。

              3 氧化铝生产中蒸汽计量设计选型

              以表1位例,氧化铝企业蒸汽需要计量点在8~10个左右,且一般均为过热蒸汽,数学模式为二元函数ebet平台,因此,设计时需要考虑压力ebet平台、温度双补偿。

              3.1 工艺参数的选择

              设计选型时要考虑的因素包括:流量参数范围ebet平台、压力参数范围ebet平台、温度参数范围,以流量选通径ebet平台。

              同时遵循如下原则:

              (1) 最高压力情况下考虑最小流量是否该通径的工作范围之内;

              (2)  最低压力情况下考虑最大流量是否超出该通径的工作范围之内;

              另外,最高温度对应脉冲输出时应考虑发生体宽度的膨胀系数ebet平台,工况温度条件下的流量系数Kt:

                   (5)

              其中:

              T为工况温度;K为标准流量系数(一般在仪表铭牌上)ebet平台。

              3.2 通径的选择

              设计选型时,考虑到减少压力损失,在进行蒸汽计量时ebet平台ebet平台,对流量下限有一定要求,要根据蒸汽流量的大小来选取流量计的通径ebet平台,而不能根据原管道内径来选取流量计通径ebet平台。

              蒸汽流量计通径选择可以采用查表法及计算验证ebet平台。

              查表法即是在产品样本上,根据工况压力下蒸汽可测量范围表查取流量通径ebet平台;然后计算验证流速ebet平台、雷诺数是否在一定范围内。

              (1) 流速计算:蒸汽流速范围一般2m/s~60m/s,最高应<80m/s。

                   (6)

              其中:V为流速;Q为体积流量ebet平台;D为流量计通径ebet平台。

              (2)  雷诺数计算法:①最低流量时的雷诺数不得小于5000;②保证精度最低流量时的雷诺数不得小于20000ebet平台。

                               (7)

              其中:V为流速;ρ为密度ebet平台;μ介质黏度;D为流量计通径。

              当然有的产品能提供计算机选型软件,直接把相关工艺参数输入,就能得到理想的结果ebet平台。

              3.3 注意事项

              (1)选择信号输出时建议使用脉冲(频率)输出方式,如果要求输出电流信号ebet平台,转换过程将丧失±0.2%~0.4%精度ebet平台。

              (2)在氧化铝企业中ebet平台,蒸汽的温度一般都大于150℃ebet平台,建议采用分体型涡街流量计ebet平台,另外一定要考虑温度和压力补偿问题ebet平台。

              4 安装要求

              在氧化铝企业蒸汽测量过程中ebet平台ebet平台,被测蒸汽具有稳定流态是保证涡街流量计精确测量的前提条件,要使涡街流量计的测量值更温度、准确ebet平台ebet平台,安装时需注意以下几点。

              (1) 安装确保传感器铭牌上的箭头指向与流体流向一致ebet平台。

              (2) 安装建议遵循直管段的要求,见表2,当现场无法满足直管段要求时,建议采用与涡街流量计配套的流量镇流器ebet平台。

              表2 氧化铝企业蒸汽计量上下游特殊情况前后直管段长度参考

              (3) 安装传感器避开振动源或者在振动较小的地方,远离大功率用电设备。(4) 安装带焊接时要注意搭铁的位置,防止压电晶片的损坏ebet平台,一般要件焊左搭左,焊右搭右ebet平台。

              5 常见问题及注意事项

              5.1 无流量有信号

              首先检查判断是否有振动,如有轻微振动ebet平台ebet平台,处理方法是外部机械消振措施ebet平台,如用橡胶软接头,橡胶软垫等消振ebet平台ebet平台,用支架固定管道ebet平台;或者是根据产品说明书调整参数设置,消除振动ebet平台。如严重振动,则是更改流量计安装位置、加固管线ebet平台、流量计前后加软连接。

              其次检测判断是否有50HZ工频干扰通常采用频率计测量或电流值计算方法ebet平台。这里介绍电流值计算方法ebet平台,计算公式(8):

               或者   (8)

              其中:

              Qf体积方m3/h;Qm质量方Kg/h;ρ工况密度Kg/m3ebet平台;Kt仪表流量系数。

              如果计算出的寄过是或者接近50HZ,可采取保证转换器的外壳接地螺钉可靠接地或者把整个转换器浮地。

              5.2 有流量无信号

              首先检测接线是否正确,供电电源的电压等级是否符合要求,电源极性是否接正确,分体式的还要检测专用电缆是否连接正确ebet平台,再有就是检查发生体、转换器是否损坏ebet平台。

              其次判断实际工艺蒸汽流量是否太小,判断方法是在靠近流量计的管道旁有规律地连续敲击,无论何种型号的流量计均会出现流量显示。处理方法就是更换通径小一些的流量计或在工艺条件允许的情况下加大流量。

              5.3 流量不稳定

              现场观察流量计安装时垫片是否同心或伸入管道ebet平台,工艺管道是否符合表2氧化铝企业安装要求或者产品说明书的最大要求。处理办法就是正确选用配套垫片并正确装配ebet平台,更改流量计安装位置或加流量镇流器。

              6 小结

              涡街流量计是基于线性连续方程原理进行测量的新型流量计ebet平台,因具有良好的介质适应能力,是节流式流量计的理想替代产品。它可以测量氧化铝企业高低压蒸汽ebet平台,在氧化铝行业中广泛应用。但只有在正确设计、正确选型以及正确安装的条件下才能保证其测量准确稳定,为降低氧化铝能源消耗发挥其应有的作用。

              文章摘自:甘长能, 李亮. 涡街流量计在氧化铝生产蒸汽计量中的应用分析. 中国仪器仪表,  2016(4).

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