常見問題

流量計(jì)在氣體發(fā)電廠的應(yīng)用介紹說明

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對電力的需求日益增大，尤其是在夏季電力短缺的現(xiàn)象就更日益突出。為了緩解電力短缺的問題，很多企業(yè)都想出了很多方法，一方面節(jié)約用電，另一方面，有能力的廠家自己發(fā)電解決用電緊張問題。例如污水處理行業(yè)，他們利用在污水處理中產(chǎn)生的沼氣發(fā)電，目前沼氣發(fā)電技術(shù)是在國際上也僅有少數(shù)幾個國家掌握，企業(yè)關(guān)注的是效益，關(guān)注的是1m3氣到底能發(fā)出幾度電?傳統(tǒng)的計(jì)量的方法有采用渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等，效果都不甚理想?，F(xiàn)在我們采用熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，它的成功運(yùn)用，使長期困饒我們在計(jì)量問題上(理論設(shè)計(jì)與實(shí)際消耗相差太大)的難題得到了解決，由于量程比寬，這樣我們不同功率的機(jī)組可選用同一中規(guī)格的產(chǎn)品就可實(shí)現(xiàn)高精度測量。現(xiàn)就熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn)、原理、使用及與其他各款流量計(jì)的性能作一比較。
2、熱式質(zhì)量流量計(jì)與渦街流量計(jì)、超聲流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等比較
2.1渦街流量計(jì)(氣體)
▲ 渦街流量計(jì) 特點(diǎn)：沒有可移動部件、計(jì)量精度高、壓力損失小
檢測元件不與被測流體接觸、輸出信號與流體的溫度、壓力、密度、成分、粘度等參數(shù)無關(guān)。
▲ 渦街流量計(jì)原理：它是應(yīng)用流體力學(xué)中的卡曼渦街原理來測量流體流量的。把一個旋渦發(fā)生體(圓柱體、三角柱等非流線型對稱體)垂直插在管道中，當(dāng)流體在管道中流動時，會在旋渦發(fā)生體后方左右兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦，形成旋渦列。這兩列旋渦相互形成平行狀，且左右交替出現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)方向相反。旋渦的頻率f(Hz)與流體的平均流速v(m/s)及旋渦發(fā)生體的寬度(m)有如下關(guān)系： f=St*v/d (St為斯特勞哈爾系數(shù)，與旋渦發(fā)生體寬度d和流體雷諾數(shù)有關(guān))
▲ 渦街流量計(jì)的使用相對簡單，安裝也比較方便，它分插入式和管道式兩種。在安裝時應(yīng)注意流體的流動方向應(yīng)同流量計(jì)指示的方向相同。
▲ 渦街流量計(jì)的缺點(diǎn)：量程比小(15：1);受震動影響大;管道的大小與價格呈正比;需要溫度壓力補(bǔ)償方可計(jì)量;小量程段不靈敏，不穩(wěn)定，幾乎不可測量。
2.2、超聲波流量計(jì)(氣體)
▲超聲波流量計(jì)特點(diǎn)：沒有壓力損失;安裝簡單;與流體的溫度、壓力、粘度等本身性質(zhì)無關(guān);無可動部件;可測量臟污、腐蝕氣體及多組分氣體。
▲超聲波流量計(jì)原理：在管道中測量測量順流和逆流方向超聲波的傳播時間，再經(jīng)過計(jì)算得出流體的流速。流體的流量則可以通過介質(zhì)流速、管徑，以及用雷諾數(shù)對流體進(jìn)行動力學(xué)方面的校正后得到。
具體來說：在管道中以“Z”型裝一對超聲波傳感器，兩個傳感器之間的距離L作為超聲波的傳播行程。超聲波在兩個傳感器之間的順流和逆流傳播時間分別表示為：
Ts=L/(C+Vcosθ);Tn= L/(C-Vcosθ)
式中C為聲波在靜止空氣中的速度，它隨氣體性質(zhì)變化的函數(shù)，單位：m/s。V為氣體介質(zhì)流速，單位m/s。θ為聲波行程與管道軸線之間的夾角。
▲超聲波流量計(jì)的使用也比較方便。在管道表面以“Z”型安裝，應(yīng)注意應(yīng)把傳感器安裝處打磨光亮并涂敷黃油，用固定裝置把傳感器與管道擰緊即可。
▲超聲波流量計(jì)的缺點(diǎn)：量程比小(15：1);維護(hù)相對麻煩;氣體精度高的價格高;計(jì)量需要溫度、壓力補(bǔ)償;
2.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)(氣體)
▲轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)：就地顯示，無須電源;價格相對便宜;
它有兩種材質(zhì)，通常用的玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)和金屬管質(zhì)量流量計(jì)。就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示皆可，接口有HART、標(biāo)準(zhǔn)電流信號、PROFIBUS等形式。
▲轉(zhuǎn)子流量計(jì)的原理：轉(zhuǎn)子流量計(jì)也是一種速度式流量計(jì)。它有兩部分組成，一個是上大下小的錐形管，另一是放在錐形管中的轉(zhuǎn)子(也稱浮子)。利用流體通過轉(zhuǎn)子與錐形管壁之間的空隙(節(jié)流面積)時產(chǎn)生的差壓△P來平衡轉(zhuǎn)子的重量。工作時，被測流體由錐形管的下端流入，從上端流出。流體對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向上托力的大小F總是等于轉(zhuǎn)子的重量G，即
F=△P*A;G=V*(ρt-ρf)g
由于 F=G 故 △P*A= V*(ρt-ρf)g
△P=V*(ρt-ρf)g/A (1)
式中V—轉(zhuǎn)子的體積;A—轉(zhuǎn)子的******截面積;g—當(dāng)?shù)氐闹丶铀俣?ρt-ρf分別為轉(zhuǎn)子材質(zhì)和被測流體的密度;△P為轉(zhuǎn)子垂直方向上下流體的壓差。有式(1)可知，在整個工作過程中，壓差保持不變。在流量增加時，當(dāng)然通過節(jié)流面積的流速也增加，只有增大節(jié)流面積，減低流速，以維持壓差△P不變。故根據(jù)轉(zhuǎn)子的平衡位置的高低就能讀出流量的大小?？捎檬?2)表示
Q=k*h(2△P/ρf)1/2 (2)
式中k—為儀表常數(shù);h—為轉(zhuǎn)子浮起的高度。將式(1)代入可得
Q=k*h(2gV(ρt-ρf)/(ρf*A))1/2
▲轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用比較方便，安裝時擰緊相應(yīng)的螺栓就可以了，但應(yīng)注意流體的流動的方向一定垂直向上。
▲轉(zhuǎn)子流量計(jì)的缺點(diǎn)：量程比小10：1;壓力損失相對大;污物易堵塞;安裝維護(hù)相對復(fù)雜;受震動影響大;需要溫度、壓力補(bǔ)償?shù)?管徑大小與價格呈正比，一般在DN200以下。
2.4、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
▲熱式質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn)：量程比寬可達(dá)1000：1;小量程段靈敏;不受溫度、壓力影響，直接測量氣體的質(zhì)量;壓力損失可忽略;可實(shí)現(xiàn)大口徑小流量高精度測量;價格與管道的大小相差不大;高精度可達(dá)1%;溫度范圍寬可達(dá)-70℃～450℃;對粉塵、顆粒物不敏感。
▲熱式質(zhì)量流量計(jì)的原理：它是基于熱擴(kuò)散原理的流量計(jì)。通俗的說，放在流體中的熱源，在流體經(jīng)過它時，熱源本身的熱量將會損失，流體的質(zhì)量流量越大，熱源損失的熱量越大。這樣流體的流量與熱源損失的熱量在理想的情況下應(yīng)相等。故知道了熱量的大小，我們就可以得出流體的流量。
具體對熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)(以下簡稱熱式流量計(jì))實(shí)現(xiàn)來說，就是：熱式流量計(jì)的探頭有兩個探針，其中一只是參考點(diǎn)，用來測量流體的溫度;另一只是加熱源，用來充當(dāng)熱源。根據(jù)前述我們可有下式(3)
P/△T=A+B*(Q)m (3)
式中P—為電子模塊為加熱源提供的功率;△T—為加熱源與參考點(diǎn)之間的溫差;A、B、—為與流體本身性質(zhì)有關(guān)的常數(shù);m—為與流體本身性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)系數(shù);Q—為流體的質(zhì)量流量。從式(3)我們可以看出，實(shí)現(xiàn)流量測量有兩種方法：P固定就是恒功率法;△T固定就是恒溫差法。通常我們都采用恒溫差法測量，恒溫差法特點(diǎn)：小量程段特靈敏，反應(yīng)速度也快，目前市場上流通的產(chǎn)品皆是采用此法。
▲熱式質(zhì)量流量計(jì)使用、安裝比較方便，它有插入式、管道式兩種形式。無論是插入式還是管道式，維護(hù)、操作極為簡單，安裝時應(yīng)注意流體方向應(yīng)同熱式流量計(jì)指示的方向相同。
▲熱式質(zhì)量流量計(jì)的缺點(diǎn)：不適宜安裝在粘度大的環(huán)境中安裝;不適宜安裝在水珠含量在40%以上的場所。
3、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在氣體發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用
整個系統(tǒng)是按照上圖安裝設(shè)計(jì)的，發(fā)電機(jī)組對氣源的壓力、組分要求不高，就高碑店污水處理廠而言，沼氣的壓力為氣源壓力2KPa，溫度常溫，沼氣脫硫后的成分比：
H2S 0.653% CO2 33.7% CH4 62.3% O2 0.47%H2 0.063% N2 1.46%
由于成分復(fù)雜，氣源壓力不大，以前采用傳統(tǒng)的流量計(jì)都達(dá)不到我們設(shè)計(jì)指標(biāo)，經(jīng)過我們對傳統(tǒng)流量計(jì)的性能研究后得出的結(jié)論：在測量組分復(fù)雜，壓力不大的工況條件，傳統(tǒng)的流量計(jì)由于本身的局限性，已無法測量。因而，經(jīng)過我們調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)完全符合我們的工況條件應(yīng)用。我們采用氣體質(zhì)量流量計(jì)，流速范圍：0.05～120m/s。在安裝時在DN150管道上鉆一個￠20的口，然后焊上一個M27X1.5的內(nèi)螺紋底座，把帶有鎖緊接頭的流量計(jì)擰入底座中就可以了。安裝也非常方便。由于它輸出的標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，可以直接接入計(jì)算機(jī)的采集卡，依靠專用軟件實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的綜合管理，使我們的能源損耗和電能產(chǎn)出有了一個準(zhǔn)確計(jì)算依據(jù)。
實(shí)際測試數(shù)據(jù)：
儀表為熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，燃?xì)鈮毫?kPa，環(huán)境溫度為33℃，空氣相對濕度50%。燃?xì)夤軓溅?50。
流量計(jì)測量值為燃?xì)饬魉賁(m/s)，流量值為計(jì)算值。
計(jì)算公式為：Q= S×πR2×3600,R為管徑0.075m。
流量計(jì)所測量的流速值是按空氣成分進(jìn)行標(biāo)定的，當(dāng)氣體成份發(fā)生變化時，應(yīng)進(jìn)行修正。沼氣組分如下：
成分 H2S CO2 CH4 O2 H2 N2
百分比% 0.653 33.7 62.3 0.47 0.063 1.46
修正公式：1/Fmix=V1/F1+V2/F2+……Vn/Fn
其中：Fmix為修正系數(shù)，F(xiàn)n為各組分的系數(shù)，Vn為百分比。
各組分系數(shù)如下：
H2S CO2 CH4 O2 H2 N2
系數(shù) 0.933 0.795 0.823 0.946 1.019 0.946
經(jīng)以上公式計(jì)算可知：修正系數(shù)為0.827。
從以上計(jì)算可以看出：機(jī)組在450kW時氣耗率為1.97kW/m3。
4、結(jié)論
通過我們實(shí)際應(yīng)用的情況看，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在氣體測量方面的優(yōu)勢特別明顯，尤其是在壓力小、氣體成分復(fù)雜的情況下。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)同其他流量計(jì)相比有著壓力損失小、量程比寬、小量程段靈敏等優(yōu)點(diǎn)，更利于節(jié)約能源。它的成功應(yīng)用，為今后氣體發(fā)電機(jī)組提供了******計(jì)量的設(shè)備。

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