热导式质量流量计.doc

热导式质量流量计
2012-4-13 17:33:39  来源：兼职编辑  点击率： 5799
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　　王雪晗　　　　　薛垂义
　　(济钢计量处　济南250101)　(济钢冶建公司)
　　对于焦炉煤气的计量,以前我厂采用的全是孔板,近几年更换了少量的几套涡街流量计,但使用效果都不尽人意。其中最突出的几个问题是:
　　(1)焦炉煤气的脏污堵塞问题　由于含焦油、水、工业奈等杂质偏高,这些杂质极易在其中凝结,造成仪表甚至管道堵塞,不能正常工作。
　　(2)焦炉煤气流体本身工况的不稳定性　焦炉煤气的流体状态如温度、压力等受生产状况的制约,变化较频繁,引起工况下流体密度发生变化。

　　(3)由于阀门关闭不严,小流量、低流速煤气在管道中畅通无阻,影响到整个系统的数据平衡。
　　(4)民用焦炉煤气流量峰、谷差别大　由于居民用气的高、低峰值差别很大,要求仪表的量程足够大。
　　(5)计量检测管道的振动　由于计量检测点设置在煤气加压机附近的管道上,振动较大。针对以上问题,我们在焦炉煤气上采用了插入型热导式质量流量计,成功地解决了上述问题。
　　1　热导式质量流量计的工作原理
　　热导式质量流量计分为内热式和外热式两种。由于气体吸收热量和放出热量均与该气体的质量成正
　　比,因此,热气体所需能量和由此能量使气体温度升高之间的关系来测量气体的质量流量,其原理如图1所示。

　　在被测流体中放入一个加热电阻丝W,在其上下游各放一个测温元件,通过测量加热电阻丝中加热电流的温差测量质量流量。在上述条件下,被测气体的热量与温升的关系为:
　　(1)
　　其中　ΔQ和ΔT分别为被测气体吸收的热量和被测气体的温升;m和  分别为被测气体的质量和被测气体的质量定压热容。式(1)是定压下加热时的情况下取得的,而单位时间内吸收的热量为:
　　(2)
　　Δt为被测气体流过加热电阻丝W温度升高ΔT所需的时间。
　　从式(2)可以看出,  , 即被测流体的质量流量。如果加热电阻丝只向被测气体加热,管道本身与外界很好地绝缘,气体加热时也不对外作功,则电阻丝放出的热量全部用来使被测流体温度升高,所以加热能量:

　　可以看出,当  为常数时,质量流量与加热能量成正比,与温升成反比,与压力无关。对于用电流加热的热丝有                。当保持热丝温度T一定时,则电阻R (T)为定值,所以加热电流I就是质量流量  的单值函数。
　　这种流量计可测的最低流速达0.025m/s。因此,其突出优点是精确的低流速测量。上述测量原理,可通过带反馈的惠斯顿电桥电路实现,这里不再详述。
　　2　仪表结构
　　我们选用的热导式质量流量计为插入式传感器,其探头结构如图2所示。

　　安装在探头上的两个热敏元件中的一个S1,用于测量流体介质本身的温度作为参比温度;另一个热敏元件S2紧靠恒热源HTR,测量被流体介质带走热量后的HTR表面的温度。
　　3　仪表的功能特点与孔板、涡街流量计等相比,热导式质量流量计的突出优点是:
　　(1)成功地解决了焦炉煤气检测中的脏污堵塞、安装维护工作量大的问题。
　　因其一次元件结构简单,而且采用不锈钢外套覆盖,不怕脏和腐蚀,不存在阻塞问题,表面脏污容易清除;带球阀插入式安装,可不停气安装,不停气抽出清洗,安装使用维护简便易行。
　　(2)精确的低流量测量和宽的动态量程比,解决了焦炉煤气流量峰、谷差别大和低流量、小流速煤气无法检测的问题。其量程比完全覆盖了一般焦炉煤气输出总管中的流量范围,因而只需要在总管上安装一台插入式流量计,就可满足计量要求。仪表精度高(±1%),性能稳定(重复性为±0.4%F.S.)。
　　(3)适应了焦炉煤气工况变化频繁的问题。
　　热导式质量流量计可对环境及流体介质温度在较宽范围内进行补偿其最大可适应100℃的温度变化。
　　(4)无压损的探头结构设计,极大地节省了系统能源。
　　(5)无可动部件的结构设计,使其抗震性强。热导式质量流量计的应用局限是:
　　(1)由于质量流量  介质组份影响,因此不能用在介质组份变化很大的流体流量检测中。
　　(2)由于目前国内对此流量计尚无法进行检定,因此不宜用于进行严格贸易结算的计量检测中。
　　4　安装使用维护注意事项
　　(1)安装前必须注意流体的流动方向与传感器接线盒上的箭头方向一致。
　　(2)插入式探头安装时,为达到准确的精度,直管段最佳为前10D后5D,正确安装时,一般探头的顶部要超出管径中心12.7mm。
　　(3)安装前,必须清除传感器与测量介质接触的表面,清洁时要用无残留物有机溶剂进行清洗。如果传感器有接线盒,应保证接线盒的密封性。
　　(4)传感器的安装应避免上游存在凸起物而引起波动。例如由泵引发的波动会造成仪表和出厂标定值不同,因此,在有泵的情况中,最好安装一台整流栅以保证流量的连续平稳。
　　(5)安装机箱时应考虑电缆长度和选择传感器电缆的型号。如果仪表标定后,由于电缆电阻值的改变,将使得标定值改变,需重新标定。
　　(6)管道内长时间无流体通过时,装置的电源应该切断。
　　(7)输出端子的连线为4~20mA标准的四线制隔离输出,在通过热导式质量流量计电子信号处理器的回路上供有电源,除非特殊订货时用两线制,否则不能用两线制联线。
　　(8)要防止传感器表面形成覆盖层。覆盖层会影响测量的精度,所以要周期性地检验和清洗探头。
　　5　结束语
　　综上所述,插入型热导式质量流量计用于焦炉煤气计量,具有很好的应用发展前景,特别是其带球阀插入式探头结构,无论从管理上还是从节能方面考虑,都具有不可替代的优势。