在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時(shí)代，缺少不了壓力變送器、流量計(jì)、液位計(jì)、密度計(jì)、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場(chǎng)第一數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)充當(dāng)控制、檢測(cè)等一系列的眼睛，接下來(lái)華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最前沿的壓力變送器使用情況。

　　總結(jié)了吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)在煤氣化裝置中的應(yīng)用。通過(guò)理想氣體狀態(tài)方程和不可壓縮流體的一般能量方程，深入分析了在氣體和液體吹掃應(yīng)用中確定吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)量程的關(guān)鍵步驟。以實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的條款，分別闡述了氣體和液體吹掃應(yīng)用中吹掃用轉(zhuǎn)子流量計(jì)量程的選擇過(guò)程。澄清了氣體吹掃應(yīng)用中選擇吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)量程時(shí)容易犯的兩個(gè)錯(cuò)誤。同時(shí)，討論了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范在液體吹掃應(yīng)用中的局限性。

　　煤氣化裝置中的煤粉輸送管道中的介質(zhì)是被載氣流化的煤粉。如果以導(dǎo)壓管的形式直接測(cè)量管道內(nèi)的壓力，煤粉很容易堵塞取壓管道?；蛘呒崩渌粌H含有容易堵塞取壓管道的固體顆粒，而且具有強(qiáng)腐蝕性。如果變送器的測(cè)量元件長(zhǎng)時(shí)間與其直接接觸，由于磨損和腐蝕的雙重影響，使用壽命會(huì)大大縮短。因此，必須使用中間介質(zhì)將變送器的取壓通道與工藝管道隔離。在工業(yè)應(yīng)用中，通常采用吹掃式轉(zhuǎn)子流量計(jì)將中間介質(zhì)引入取壓管道，這不僅影響測(cè)量精度，還可以保護(hù)測(cè)量管道和變送器。

　　1.吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理

　　吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)由恒流閥、針閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)組成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)公用材料站有穩(wěn)定的吹掃介質(zhì)輸出時(shí)，吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的入口壓力可以認(rèn)為是恒定的。恒流閥中膜片的應(yīng)力分析如下：

　　(1)橫膈膜上的向下力為

　　F1=p2A+p3A1+F(1)

　　式中：f閥球下彈簧的彈力；隔膜截面積；A1閥球截面積；P2吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)恒流閥上殼室壓力；P3吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)出口壓力。

　　(2)橫膈膜上的向上力為

　　F2=p1A+p2A1(2)

　　式中：P1吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)入口壓力。3)當(dāng)橫膈膜的力上下平衡，即F1=F2: P2A  P3a1 F=P1A  P2a1 (3)時(shí)，公式(3)變形：P1-P2=F/A-A1(P2-P3)/A(4)A1(P2-P3)/A因?yàn)锳1比A小很多轉(zhuǎn)子流量計(jì)氣體吹掃的應(yīng)用分析

　　2.1應(yīng)用概述

　　氣體的壓力測(cè)量通常采用導(dǎo)壓管的形式，帶吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的壓力變送器的導(dǎo)壓管安裝如圖2所示。在圖2中，吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)入口處的吹掃N2具有恒定壓力，吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的出口噴嘴和調(diào)節(jié)裝置(恒流閥和針閥)構(gòu)成負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)回路。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)上的針形閥，使吹掃N2以適當(dāng)?shù)牧魉偻ㄟ^(guò)測(cè)壓口流入工藝管線或設(shè)備，以防止顆粒進(jìn)入壓力導(dǎo)管。吹掃N2可以向前流動(dòng)，這意味著壓力導(dǎo)管中吹掃N2的壓力大于工藝介質(zhì)的壓力，即變送器測(cè)得的壓力大于工藝介質(zhì)的壓力；只要吹掃N2與工藝介質(zhì)之間的實(shí)際壓力誤差控制在工程可接受的范圍內(nèi)，測(cè)量精度還是可以保證的。當(dāng)工藝管道中的介質(zhì)壓力因系統(tǒng)波動(dòng)而升高時(shí)，吹掃N2的體積流量會(huì)瞬間降低，從而使導(dǎo)壓管中的壓力升高。反饋回路將壓力變化反饋給調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)裝置將增加轉(zhuǎn)子流量計(jì)出口處吹掃N2的體積流量，直到吹掃N2的體積流量恢復(fù)正常。相反，當(dāng)工藝管道中介質(zhì)的壓力由于系統(tǒng)的波動(dòng)而降低時(shí)，吹掃N2的體積流量會(huì)瞬間增加，導(dǎo)壓管中的壓力會(huì)降低。當(dāng)調(diào)節(jié)裝置檢測(cè)到這種變化時(shí)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)出口處的吹掃N2的體積流量將減少，直到吹掃N2的體積流量恢復(fù)正常。因此，無(wú)論工藝介質(zhì)的壓力如何變化，只要吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)出口N2的流量或體積流量保持不變，就可以認(rèn)為吹掃N2的壓力就是工藝介質(zhì)的壓力，這就是吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的應(yīng)用原理。

　　2.2理想和標(biāo)準(zhǔn)條件下氣體流量的轉(zhuǎn)換

　　氣體流量通常用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量來(lái)衡量。由于工藝專業(yè)給出的吹掃氣體數(shù)據(jù)通常是運(yùn)行狀態(tài)下的值，因此在計(jì)算過(guò)程中有必要使用公式(5)所示的理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

　　pV=nR(273+t)(5)

　　式中：p理想氣體的絕對(duì)壓力，pa；v理想氣體的體積，m3；n氣體的物質(zhì)的量，molr理想氣體常數(shù)，r=8.314 PAM/(molk)；理想氣體的試驗(yàn)溫度，。方程(5)可以變形為對(duì)于定量氣體，n為常數(shù)，r為常數(shù)，那么定量氣體在工作狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的變換方程如下：p為工作狀態(tài)下理想氣體的絕對(duì)壓力，pa；v工作理想氣體工作狀態(tài)下的體積，m3；t理想氣體工作狀態(tài)下的工作溫度，；p標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)壓力，Pa；v標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，m3。方程(6)兩邊同時(shí)除以時(shí)間t，得到理想氣體工作狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量方程：

　　式中：qv為理想氣體工作狀態(tài)下的體積流量，m3/h；理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力的體積流量，m3/h等式(7)可用于推導(dǎo)工作狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理想氣體體積流量的換算關(guān)系：

　　2.3應(yīng)用案例

　　煤氣化裝置煤加壓給料過(guò)程中吹掃N2的工藝參數(shù)見(jiàn)表1。吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)出口噴嘴的內(nèi)徑D1為6 mm，儀表專業(yè)需要根據(jù)這些工藝參數(shù)和相關(guān)管徑選擇合適量程的吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。

　　注：1) 0.4 MPa為轉(zhuǎn)子流量計(jì)入口處的低壓吹掃N2壓力；0.02mpa是工藝介質(zhì)的正常工作壓力；2) 5.6 MPa是吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)入口處的高壓吹掃N2壓力；4.9 ~ 5.1 MPa是工藝介質(zhì)的正常工作壓力。2 . 3 . 1 N2吹掃操作的正常流速首先，需要確定吹掃N2運(yùn)行狀態(tài)下的正常流量V操作。v操作決定了QV的操作，這是選擇合適范圍的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的先決條件。工序v、工序qv和D1具有以下關(guān)系：

　　運(yùn)行qv=3600 (D21V運(yùn)行/4) (9)不同的規(guī)范對(duì)這個(gè)流量值的描述不同。Hg/T  205152014 [0x9a8b]和API  RP  5511993《過(guò)程測(cè)量?jī)x表》都規(guī)定吹掃氣體的流量應(yīng)在0.02 ~ 0.20 m/s范圍內(nèi)選??；Sh30212013 [0x9a8b]規(guī)定一般流量、液位、壓力測(cè)量的吹掃速度為0.2 ~ 0.3m/s，為避免不同規(guī)范數(shù)據(jù)不同引起爭(zhēng)議，選取幾個(gè)規(guī)范中重疊數(shù)據(jù)的值作為N2吹掃運(yùn)行狀態(tài)下的正常流量較為合適，即V運(yùn)行=0.2m/s2.3.2吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程選擇

　　1)對(duì)于低壓吹掃N2，運(yùn)行狀態(tài)下的正常體積流量qv(L-運(yùn)行)=0.0203m3/h可根據(jù)公式(9)計(jì)算，體積流量qv(L-運(yùn)行)可通過(guò)公式(8)換算成標(biāo)準(zhǔn)體積流量qv(L-標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力):qv(L-標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力)0.02m3/h。

　　2)對(duì)于高壓吹掃N2，仍選擇V運(yùn)行=0.2m/s，根據(jù)公式(9)計(jì)算qv  (H運(yùn)行)=0.0203m3/h。將工藝介質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(8)，計(jì)算出高壓N2吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的正常體積流量值qv(h-標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力)為0.74 ~ 0.77 m3/h，高壓N2吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程可選擇為0.6 ~ 6.0 m3/h上面選擇的吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的量程下限非常接近正常流量值，因?yàn)槔碚撚?jì)算已經(jīng)做了理想化的近似，并且沒(méi)有考慮所有外部影響和干擾。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的體積流量應(yīng)有足夠的上調(diào)空間，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的實(shí)際工況。

　　2.4注意事項(xiàng)

　　2.4.1謹(jǐn)慎使用專利權(quán)人提供的數(shù)據(jù)。

　　專利商的工藝包中給出了低壓和高壓吹掃N2工況下的質(zhì)量流量正常值，其中低壓N2的QM  (L-operation)為1.7 kg/h，高壓N2的QM  (H-operation)為5.9 kg/h，其中低壓吹掃N2的L=5.36 kg/m3，高壓吹掃N2的H=82.6 kg/m3，可通過(guò)公式(8)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下相應(yīng)的體積流量但專利權(quán)人提供的數(shù)據(jù)是否合適，還需要進(jìn)一步研究。如果盲目使用，計(jì)算結(jié)果可能會(huì)有偏差，從而導(dǎo)致吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的錯(cuò)誤選擇。通過(guò)將低壓和高壓吹掃N2運(yùn)行狀態(tài)下的質(zhì)量流量值轉(zhuǎn)換為運(yùn)行狀態(tài)下的流量值，判斷流量是否合理或符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，可以驗(yàn)證專利商提供的數(shù)據(jù)是否合適。

　　1)對(duì)于低壓吹掃N2，先計(jì)算qv(L-操作):qv(L-操作)=QM(L-操作)/L=0.317 (m3/h)體積流量除以吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)出口噴嘴的流通截面積S可計(jì)算出V(L-操作):V(L-操作)=qv  (L)從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，N2在低壓和高壓吹掃操作下的流量均大于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中規(guī)定的氣體吹掃介質(zhì)流量范圍，V  (L-operation)比相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中的大一個(gè)數(shù)量級(jí)。如果根據(jù)以上計(jì)算的流量選擇吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，吹掃N2的壓力與工藝介質(zhì)的壓力之差將遠(yuǎn)大于工程測(cè)量的允許范圍，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)頻繁報(bào)警，影響回路調(diào)節(jié)質(zhì)量，或?qū)е卵b置跳閘，成為安全隱患。

　　液體吹掃在煤氣化裝置中的典型應(yīng)用是用差壓法測(cè)量氣化爐激冷室的液位。由于氣化爐激冷室中的急冷水是一種復(fù)雜的混合物，既含有固體顆粒，又含有腐蝕性成分，一般采用雙法蘭差壓變送器進(jìn)行測(cè)量。變送器負(fù)壓側(cè)的法蘭膜片與急冷室內(nèi)的氣體接觸，無(wú)需吹掃，而變送器正壓側(cè)的法蘭膜片與急冷水接觸，因此必須引入沖洗水，以防止測(cè)壓口堵塞液位測(cè)量，并延長(zhǎng)變送器的壽命。帶吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的雙法蘭差壓變送器的安裝如圖3所示。

　　3.2分析方法

　　用于液體吹掃的吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的分析方法與用于氣體吹掃的分析方法有很大不同，因此有必要應(yīng)用流體力學(xué)中不可壓縮流體的相關(guān)理論。如圖3所示，由于液態(tài)吹掃介質(zhì)沖洗水的引入，變送器正壓測(cè)量法蘭膜片上測(cè)得的壓力不是參考面上的壓力，而是沖洗水的壓力。根據(jù)差壓法測(cè)量液位的原理，1點(diǎn)的沖洗水壓力必須等于參考面的壓力。以參考平面為基礎(chǔ)，對(duì)于1點(diǎn)和2點(diǎn)之間的沖洗水的軌跡，列出了不可壓縮流體的一般能量方程。

　　式中：水洗水的密度，kg/m3；重力加速度，米/S2；P1水和P2水分別是1點(diǎn)和2點(diǎn)的壓力，Pa；V1和V2分別為1點(diǎn)和2點(diǎn)的沖洗水流速，m/s；HF的總水頭損失，m；液位相對(duì)于z基準(zhǔn)面的高度，m。由于激冷室液面上點(diǎn)2的速度近似為零，即V2=0，那么公式(10)可以簡(jiǎn)化為圖3中沖洗水進(jìn)入氣化爐激冷室的方式是經(jīng)典的流體運(yùn)動(dòng)方式淹沒(méi)出流，所以有：

　　將等式(12)代入等式(11)并簡(jiǎn)化為：

　　P1=p2水水gz  (13)

　　而參考平面偏好平面的壓力=P2水GZ水，所以P1水=偏好平面。因此，無(wú)論v1是什么，P1水=p參考平面。

　　3.4注意事項(xiàng)

　　圖3所示的儀表根閥推薦使用全通徑球閥，因?yàn)榱鞯乐蓖ǎ髯栊?；如果流道是彎曲的截止閥，沖洗水在曲線上會(huì)損失很多，會(huì)造成1點(diǎn)的壓力與參考面的壓力不同，造成測(cè)量誤差。

　　Sh30212013《儀表隔離和吹洗設(shè)計(jì)規(guī)定》規(guī)定液體吹掃僅適用于有壓力導(dǎo)管安裝的儀表，推薦0.015m3/h和0.025m3/h兩種吹掃流量值；Hg/T  205152014 [0x9a8b]和API  RP  5511993《過(guò)程測(cè)量?jī)x表》都規(guī)定，當(dāng)吹掃介質(zhì)為液體時(shí)，吹掃流量范圍為0.0014 ~ 0.0140 m3/h，雖然兩個(gè)規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定適用于該吹掃流量范圍的儀表安裝形式，但該流量范圍的值與Sh30212013 [0x9a8b]的推薦值處于同一數(shù)量級(jí)，所以應(yīng)該只適用于有壓力的儀表如果吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的測(cè)量范圍是根據(jù)圖3中儀表安裝形式的上述規(guī)范選擇的，那么測(cè)量范圍就會(huì)太小，不僅無(wú)法吹掃，而且可能導(dǎo)致急冷水回流到吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，造成儀表?yè)p壞或安全事故。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)廣泛應(yīng)用于煤氣化裝置中。雖然規(guī)范或廠家提供了吹掃介質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，但沒(méi)有追溯數(shù)據(jù)的來(lái)源，也沒(méi)有明確這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)合，容易給設(shè)計(jì)者錯(cuò)誤的指導(dǎo)。本文從理論角度深入分析了吹掃的本質(zhì)，提出了吹掃用轉(zhuǎn)子流量計(jì)在氣體和液體吹掃中應(yīng)用的通用量程選擇方法，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

　　儀器儀表是工業(yè)化進(jìn)程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動(dòng)化流程才能夠更加自動(dòng)化。