前言

焦炉煤气是指炼焦用煤在炼焦炉中经由高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦产业的副产品，重要由氢气和甲烷形成，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气跟其余烃类，其热值高，在钢铁企业中被普遍使用。而焦炉煤气因含有焦油焦油、苯、萘、水气等杂质，轻易梗塞测量装备，始终困扰着焦炉煤气流量的计量工作。

1 焦炉煤气计量的难点所在

目前，韶钢测量焦炉煤气的方式主要有孔板流量计、文丘利流量计、V锥流量计等传统节流式差压流量计。而因焦炉煤气中杂质，容易在供气管壁、节流装置的取压口、阀门和导压管连接处大量淤积，造成计量不正确甚至无法计量。此外，传统的收缩取压方式压损大，功耗大，不利于节俭风机紧缩性能耗。

韶钢也曾使用过热式质量流量计来测量焦炉煤气，其应用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交流关联来测量流量的仪表。在焦炉煤气较污浊的时候，其测量问题不大，一旦焦炉煤气的处理工艺设备或处理工序出现某些问题，焦炉煤气中的焦油、萘、水气等杂质增多时，热式质量流量计便无奈持续计量。

为此，仪表维护人员需要将大量的精力放在传统节流差压式流量计测量装置的导压管路和热式质量流量计探头的清理、导通、排水、吹扫等方面，由此造成维护工作量大，维护成本高。如何做到流量计的防堵塞，如何减少因计量造成管道气体压损，是计量行业遇到的广泛性难题。

为解决好上述难题，在2011年1月，计控部对焦化厂4.3米焦炉外供焦炉煤气检测点试用了一种新型的流量计——毕托巴流量计。运行一年多来，其流量计测量数据稳固牢靠，稳定量小，未呈现过任何拥塞景象，很好地解决了焦炉煤气计量中的困难。

2 毕托巴流量计工作原理

毕托巴流量计是根据国际标准ISO3966《关闭管道中流体流量的测量——采用皮托静压管的速度面积法》设计的差压式流量计，其采用皮托管原理提取流体流速，再换算成流体体积流量或质量流量的差压式流量计。毕托巴流量计采用非压缩节流设计，其将传感器插入气体管道中心，总压孔对正流体的来流方向，总压与静压之差即为管道中心的实测差压，再由该毕托巴的风洞标定曲线拟合出该点的标准差压，根据标准差压来计算流体的流量。由于流量计传感器普通采用在水平管道正上方垂直管道中央线位置安装，取压口是与传感器平行线成30°的圆管斜切面（探针），由不锈钢（1Cr18Ni9Ti）制造而成，构造简略，设计公道。当取压口碰到杂质，杂质会在重力作用下自行脱落，不会粘附在取压口上，因此起到良好的防阻塞后果。毕托巴流量计相关的计算公式：

 

V核心：修正后的管道中央流速，K：管道修正系数，ΔP：风洞标定修改后的标准差压，Q体：介质的体积流量，Q质：介质的品质流量，ρ：介质密度。

在韶钢安装的毕托巴流量计，其传感器的正压为Φ20mm正斜切面的探针取压，负压为Φ18mm背斜切面的探针取压，将正负压送入高精度的差压变送器转换成4－20mADC标准电流信号，再引入由单片机构成的BTB-A系列积算仪。其带24V直流配电功能，具备流量分段修正功效（对测量压力温度相对恒定的介质，可以采用缺省的温压弥补来设定密度），通过参数组合设定，最终显示实时流量、累计流量、差压值等。同时输出瞬时流量相应的4－20mADC电流信号给数据采集模块，终极上传至韶钢EMS能源治理中心体系，经过服务器处理后，对其进行流量的实时显示、历史曲线，生产调度指挥以及累计量、报表天生等，为单位间的能源计量提供结算根据。韶钢使用的毕托巴流量计计量及采集原理如图1所示。此外，差压变送器转换成的标准电流信号，也直接接入DCS系统（或PLC）进行流量换算，只要在系统中树立厂家给定的的补偿修正公式即可。

 

图1 韶钢使用的毕托巴流量计计量及采集原理

3 毕托巴流量计的安装方式、安装步骤和投运方式

1）安装方式

毕托巴流量计安装时采用在水平管道上从上往下的插入式安装方式，安装方式有螺纹连接和法兰连接等多种方式。采用法兰连接安装时，只须要在测量管道上钻一个Φ25－Φ60mm之间的插入孔（根据传感器大小而定），再将法兰连接座定位焊接在管道上，最后，按照要求进行开孔，而后将毕托巴按照计算好的长度插入到被测管道中，通过螺栓与法兰紧固即可。对于煤气等易燃性气体管道上的安装，必需相应的防火保险办法，做好应急预案，筹备足够的灭火器材，预防事变发生。

2）安装步骤

（1）抉择好地位并开孔。在对应的被测介质管道上依照技巧参数目好装置前后直管段的间隔，找好安点缀，在管道上打磨润滑，焊接衔接底座，安装好开孔器落后行开孔功课，对煤气管道上的带压开孔，最好使用手动开孔器。

（2）安装流量计的传感器。开孔结束后，掏出穿孔机器。毕托巴流量计在插入管道前应检查插入尺寸和头部方向，要保障安装后头部位于管道中心线上，即管外径的一半，并且使总压孔对正来流方向。

（3）在传感器插入管道后，密封螺帽，紧固好固定螺杆。引总压（正压）和静压（副压）的引出口的导压管到差压变送器的三阀组，请求两导压管应位于统一程度面，弯度尽量坚持一致，避免因两导压管高度不同引起的测量误差。

（4）检查所有管道接头等连接件应焊接坚固，利用肥皂水进行气密性检查，如发明漏气应即时进行处理。焊接部位应做防锈处理，可涂上黄油等处置。

3）投运办法

（1）正确连接差压变送器线路后，从积算仪处为差压变送器提供24V直流电源。

（2）用通信器设置差压变送器的单位、量程等参数，检讨零点是否准确，若有偏差进行调零。

（3）翻开封闭差压变送器正压阀，关闭均衡阀，疾速打开负压阀。差压变送器投入运行。

（4）依据厂家供给的参数对BTB-A积算仪进行正确设置，正确连接电流输出至模块线路，检查回路电流是否与刹时流量绝对应。

4 毕托巴流量计的节能剖析盘算

毕托巴流量计相对于传统孔板等差压流量计，其节能效果值得关注。

以Φ920×7mm的焦炉煤气管道流量测量为例，设压力为7kPa，工作温度为60℃，此时介质的密度为ρ=0.45kg/m3，通常焦炉煤气鼓风机天天24小时都处在运行状况，假设焦炉煤气鼓风机的电念头效力η＝85％，工业用每度电的用度为0.7元，当介质体积流量为QV=35000Nm3/h＝9.72m3/s时，分辨对如下2种情况进行计算：

（1）如使用毕托巴流量计测量时产生的差压为ΔPv=0.14kPa，毕托巴的压损系数为0.03，则通过毕托巴流量计测量此介质时产生的压损为：

PPLv=0.03×ΔPv=0.03×0.14kPa=0.0042kPa

因此毕托巴的功率损失：

HpV=QV×PPL÷η＝9.72×0.0042÷85％＝0.048（kW）

那么，使用毕托巴流量计能耗换算成电费为：

年/元=365×24×0.048×0.7=294.34元/年

（2）如在同样前提下应用传统的尺度孔板流量计采取角接取压方法来进行流量测量，假设当孔板的开孔比β＝0.66时，查孔板相干材料计算可知孔板发生的差压为ΔP0=1.225kPa，孔板的压损系数个别为0.5，则通过孔板流量计丈量此介质时产生的压损为：

PPL0=0.5×ΔP0=0.5×1.225kPa=0.6125kPa

因而标准孔板的功率丧失：

Hp0=Qv×PPL0÷η＝9.72×0.6125÷85％＝7.004（kW）

那么，使用标准孔板流量计能耗换算成电费为：

年/元=365×24×7.004×0.7=42948.53元/年

通过以上能耗计算数值对照，可发现，使用毕托巴流量计计量与使用传统孔板流量计计量相比能耗很低，具备很显著的节能效果，经济效益和社会效益明显。

5毕托巴流量计与传统差压流量计比拟的长处

毕托巴流量计在对测量焦炉计量中具备良好的表示在于，与传统差压流量计相比具备如下显明的优点：

（1）具备出色的防堵塞耐磨设计，大大减轻仪表维护人员的劳动强度和降低维护成本。

（2）具备优胜的节能效果，同时在测量进程中对介质的压损很小甚至能够疏忽，运行本钱下降，被国度发改委节能信息传布中心推举为第61号节能产品。

（3）每台流量计独自风洞标定，奇特的分段修正以及来自于清华大学多年积聚的宏大精准的数据库。

（4）实用性强：传感器能测量含杂质多的介质，适用多种流体和多种管道情势。

（5）安装简便，实现了带压开孔、在线安装，在线畅通、在线荡涤，取压部位带有吹扫阀门，如特定场合安装的流量计在有清算必要时可接上氮气或蒸汽进行反吹保护。

（6）可靠性：结构简单，设计合理。因为导压管内介质长期处于静止状态，所以测量精度可能长期保持稳定。

（7）测量流量范畴广：气体流速在1m/s以上，液体流速在0.1m/s以上的介质都可以准确测量，对低流速、小流量、大管径测量效果更佳。

6 毕托巴流量计的应用效果

从焦化厂4.3米焦炉外供焦炉煤气检测点中运用毕托巴流量计计量后的情形看，流量检测数据一直稳定可靠，波动量小，不涌现过任何堵塞现象，充足证实了毕托巴优越的防堵塞机能。此检测点计量数据基础合乎焦炉的实践煤气产生量，得到了供需双方的认可。仪表维护职员不必再花大批的精神去清理堵塞的测量管路和探头，大大减少了的维护工作量，降低了企业的出产成本。因采用毕托巴流量计进行计量，煤气管道中不用安装大型的节流安装，使得管道中气体的压损也很小，从而大大降低风机加压机的能耗。选用毕托巴流量计在计量焦炉煤气的胜利教训，为今后解决其它介质的计量问题提供一种新的思路，值得推广运用。
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