工业混合煤气流量误差分析及处理方法

　　在大中型冶金企业中,混合煤气是最重要的能源之一,它的准确计量是计量部门最重要的工作之一。我们曾经采用过各种不同的流量计,但都未能很好地解决计量误差大这一难题。混合煤气计量误差大在冶金企业中是一个比较突出的具有普遍性问题,本文就这一问题进行论述,以供同行参考。

　　1　工艺简介

　　混合煤气是由成分较为稳定的焦炉煤气和高炉煤气组成,经过四蝶阀调节系统(采用什么调节系统和方式,由工艺定),按工艺要求的比例混合,经加压后送用户,如图1。但是由于用户负荷、高炉生产、焦炉供气、季节变化、工艺变动等方面原因,常常使混合煤气热值(成分)波动较大(我公司设计值为10000kJ/m3,而实际在8000~16000kJ/m3范围内波动)。在我们的计量系统中,高炉煤气流量qv高与焦炉煤气流量qv焦之和不等于各用户qv1…qvn之和,特别是混合煤气热值偏离设计值较大时,误差高达30%以上,用户意见很大。

　　2　误差分析

　　我们大家都知道,对于可压缩气体,孔板的体积流量公式为:

　　式中　qv为体积流量, m3/h; a为流量系数;ε为可膨胀系数; d为节流件开孔直径, mm;Δp为孔板前后差压, kPa;ρ为流体密度, kg/m3。

　　对于一个确定的孔板和被测介质, (1)式中a、ε、d、ρ均为已知常数,因此qv与Δp为开方关系。但在实际测量时, a、ε、ρ不为常数,它与被测气体的温度、压力、成分变化有关。而目前要直接在线测量这些参数又很困难。因此,对单一流体,在一定温度、压力范围内(a、ε变化很小,影响也很小,一般忽略不计),大多采用通过测量温度和压力,利用气态方程计算出ρ来间接补偿。但对于测量混合气体,只作温度、压力补偿是不能满足的。因为混合气体混合比例发生变化时,即使温度、压力不变,ρ也发生了很大变化,如果仍用原来的参数来计算必然出现较大的误差。对于我公司的混合煤气而言,我们进行化验分析,热值波动范围为8000~16000kJ/m3,其相应的ρ波动范围1·045~0·4519kg/m3。从以上分析可以看出,混合煤气成分的变化,ρ的变化超过一半。a、ε因温度、压力变化范围不大(我公司混合煤气的温度、压力范围分别-15~35℃,5~10kPa)几乎不变,影响很小,完全可以忽略不计。

　　经过上文分析,引起混合煤气计量误差的主要原因为:温度、压力和成分变化。对于温度、压力补偿很容易实现,而对于成分变化,目前很难直接测量。因此,我们采用间接的办法,即分别用高炉、焦炉煤气的密度乘以各自体积流量在混合气体中的比例,计算出相应条件下混合煤气的密度,算式如下:

　　经过(2)式计算后ρ为混合后的标况下密度,还不是加压后各用户处的实际密度,还需进行温度、压力补偿。因此,混合煤气的流量公式可改写为: