摘  要：選用新型的具有抗臟污粉塵、可標定、有標準可依的流量計，通過對轉爐煤氣發生量和儲氣柜的進口煤氣量的計量，核算出轉爐的煤氣消耗，并采取相應的工藝控制，達到轉爐負能煉鋼績效的測量功能。

　　關鍵詞：轉爐煤氣  流量計量  臟污粉塵  標定  負能煉鋼

　　企業要在競爭日益激烈的市場經濟中生存、發展就必須節能降耗，走資源節約型道路。轉爐負能煉鋼就是冶金企業節能措施之一。濟鋼在煉鋼轉爐回收煤氣的節能上進行了大膽的探索，根據轉爐煤氣流量和煤氣中氧含量、一氧化碳含量進行調節控制，將合格的轉爐煤氣回收到企業煤氣系統儲氣柜中，除煉鋼作業回收用外還作為能源提供給公司內各用戶，達到負能煉鋼的目的。企業考核回收轉爐煤氣績效的關鍵是采用何種計量監測手段來進行測量。該測量設備必須具有抗介質臟污粉塵、能長期穩定運行、維護量小、適合大口徑管線、檢測元件可不停氣在線安裝等性能特點，同時還具備計量實時數據存儲功能。我們探索應用測管式流量計在濟南鋼鐵集團總公司煉鋼廠進行轉爐煤氣回收績效測量，并取得了預期的準確計量效果。

　　一、轉爐煤氣回收系統構成

　　總的轉爐發生煤氣回收量：（Q₁＋Q₂＋Q₃＋Q₄）　　回收轉爐煤氣放散量：Q₀　　回收轉爐煤氣進煤氣柜總量：Q    （Q₁＋Q₂＋Q₃＋Q₄）=Q₀＋Q      

                                                                     圖1  轉爐煤氣流量監控系統示意圖 　　圖中Q₁、Q₂、Q₃、Q₄ 分別對應安裝于1^＃～4^＃ 轉爐煤氣回收管道上的流量計。

　　二、幾種煤氣流量計的性能分析與比較

　　大口徑煤氣流量測量一直是冶金企業能源計量中的一個難點。以往，在實際中多以孔板、文丘里管、威力巴、氣體超聲波、熱式質量流量計等作為檢測元件。但它們主要存在以下問題：

　　孔板和文丘里管在冶金企業煤氣測量實踐中應用效果不理想。孔板和文丘里管主要存在：1.阻力損失大；2.測量臟污介質（如煤氣）取壓孔易堵塞；3.必須在斷流的情況下安裝拆卸，對于連續運行的工藝管線，斷流安裝變得不可能；4.管徑大于1.0米孔板不在國家標準（GB/T2624－93）支持范圍內，孔板的設計缺乏嚴格的科學依據等問題。

 　　威力巴和氣體超聲波在冶金企業煤氣測量實踐中應用效果不理想。它們雖然都是可不停氣在線安裝的插入式流量計，給安裝維護帶來很大方便。但是，由于轉爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，威力巴迎流面上各取壓孔之間存在流體的微流動，導致取壓孔堵塞。氣體超聲波也同樣因為轉爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，探頭處易結污垢，造成聲波的反射和衍射，導致計量檢測的不準確、波動大。我公司煉鋼廠轉爐煤氣計量原在線用的威力巴、氣體超聲波流量計均存在該問題，最嚴重的每周都需要拆下來清洗，帶來很大的維護量和導致計量數據的丟失。

　　盡管熱式質量流量計也可不停氣在線安裝，但是同樣因為轉爐煤氣中含有大量粉塵和水汽，轉爐煤氣的實際導熱特性已經與熱式質量流量計出廠時的預設特性值發生了很大變化，這就破壞了熱式質量流量計準確計量的前提。如果傳感器上再有粉塵堆積，這就相當于給傳感器穿上了“棉襖”，使得測量值偏低；或在其傳感器上有水滴，這就會給傳感器 “降溫”，使得測量值偏大。

　　我們依據轉爐煤氣回收特定環境條件和介質的計量需求，經過現有計量實踐和網上搜索相關煤氣測量資料的分析對比，決定采用基于皮托管測量原理的FJP型測管式流量計。該流量計依據ISO3966《封閉管道流體流量的測量――采用皮托靜壓管的速度面積法》國際標準進行系統安裝和補償運算，并針對被測介質臟污、含水等因素，在測頭和結構上采用的設計（號：.7），以避免堵塞與結垢，還可在工藝管線不斷流的情況下，在線進行安裝、拆卸和吹掃。該產品性能適合我們的計量需求。

　　三、FJP型測管式流量計的測量原理及引用標準

　　ISO3966國際標準規定了在充滿流體的封密管道內，處于穩定流動狀態的體積流量的測量方法。可測量流速范圍：下限流速（空氣）為測頭在風洞中標定的流速（約3.0m/s）；上限流速小于0.25倍馬赫數。測頭所在位置的局部流速為：   

　　式中：（1－ε）是可壓縮性修正系數。在液體中ε=0，所以不需要可壓縮性的修正。但在低馬赫數的可壓縮流體中，系數（1－ε）可按下述公式確定：    

    　　其中：r――比熱比；P――局部靜壓；ΔP――由皮托管所指示的差壓；ρ――流體的局部密度；a――測頭校準系數(測管式流量計的每一支測頭，須經在國家技術監督機構的風洞上進行標定以獲得測頭校準系數)。　　可壓縮流體的密度由下述公式確定：    

    　　式中：R=8.3143 J?mol^－1?K^－1；M對空氣的值為28.95×10^－3kg/mol；Z――氣體定律偏差系數。對壓力小于10倍大氣壓和溫度在273K到373K之間的空氣來說，它與1相差無幾[它應與可壓縮性修正系數（1－ε）有區別]；T――由下述公式所得的局部靜溫度：    

    　　其中：T₀――采用一個理想的測溫探頭在管道軸線上測得的總的溫度；λ――導熱系數。　　國際標準確定的測量方法是在95％置信水平上有關流量不確定度≤2.0％。在滿足標準規定的測量條件下，由其它因素影響所引起的誤差為：    

    　　式中：Δq_v――流量誤差；Δ（Δp）――差壓測量誤差；Δp――壓力測量誤差；Δr――比熱比誤差；ΔT――溫度測量誤差；ΔF――面積測量誤差。　　該誤差與方法誤差合成，總不確定度范圍為2.0％～3.0％ 。

　　四、測管式流量計的防堵塞措施

　　通常采用的均速管流量計測桿上各取壓孔處的流速是不同的，則各取壓孔之間存在一定的壓力差，造成各取壓孔之間有介質流動，流動的介質中粉塵產生埋積，形成堵塞。另外，大多數工業煤氣中含有水分，水以水蒸汽狀態混合于煤氣之中，稱為濕煤氣，當濕煤氣流入取壓孔內時，其中的水蒸汽接觸取壓管內壁冷凝成水，并存積于取壓管內，煤氣中的臟污粉塵隨冷凝水析出，在取壓管內壁結垢；往往測桿下端測孔的堵塞較為嚴重，即使采用蒸汽或氮氣吹掃，也只能吹通測桿上端的取壓孔，而下端取壓孔依然堵塞。測管式流量計的測頭上僅有一個全壓取壓孔，取壓管內介質相對靜止，取壓孔內不易形成粉塵埋積。

　　針對測量煤氣等臟污介質的特點，測管式流量計測頭的設計，汲取了其它差壓流量計的長處及經驗，在分析均速管式流量計取壓孔容易堵塞機理的基礎上，采用了的蹄形切口結構。由于測頭采用蹄形切口設計，向下安裝，濕煤氣中的冷凝水隨時滴入管道，冷凝水不會再存積于引壓管內。另外，測管式流量計配有在線吹掃裝置，一旦發生堵塞可隨時進行吹掃。這樣較好地解決了在測量煤氣等臟污介質時的堵塞難題，也較好地解決了取壓管內壁結垢難題。           

                                       圖2  均速管流量計測量臟污介質易發生堵塞示意圖                    

                                       圖3  測管式流量計的測頭結構 　　五、運行結果和結論

　　測管式流量計自2005年8月投入使用以來，運行穩定，沒有發生取壓部堵塞的故障，這說明測管流量計的設計結構能夠適應我企業的煤氣臟污問題。同時，該流量計測量的是點流速，可以在風洞中標定測頭系數，解決了以往大口徑流量計無法標定的難題，使得計量數據準確有效，符合計量需求。

　　實踐表明，測管式流量計為濟鋼煉鋼廠在降低能耗，實現“負能煉鋼”，回收轉爐煤氣方面提供了可行有效量化的測量手段，使企業在節約資源活動中回收轉爐煤氣利用的績效變得看得見、摸得著，令人信服。