浅析焦炉煤气差压式流量测量的误差分析和修正

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焦炉煤气是冶金企业重要的产品和消耗品。其消耗量直接反映各单位能耗考核指标的完成隋况，因此焦炉煤气流量测量工作-直是能源计量的重点之-。在实践中，发现焦炉煤气流量是最不容易测准的参数，其中-个主要的原因是-次测量元件孑L板是在定压、定温状况下按工况条件设计的，但实际使用中现场工况条件与设计时的参数相比会发生变化。且测量管道积灰程度、焦油、萘等杂质的沉积程度、气体密度、湿度的变化将会给测量结果带来较大的误差要得到真实的焦炉煤气流量就必须对上述因素产生的影响进行具体分析，对结果给予适当地修正。

1影响焦炉煤气流量测量结果的主要因素气体的分子排列松散 ，随着温度或压力的变化，分子间距会发生变化，其体积与压力成反比，与温度成正比，在温度和压力变化的情况下，是无法计量和比较气体的体积的。通常寸量焦炉煤气气体流量的方法有三种：(1)涡轮流量计；(21涡街流量计；(31差压式流量计，采用差压式流量计的方式比较常见。下面以孔板为例，简单分析采用差压方式测量时，影响焦炉煤气流量测量准确性的-些因素。

孑L板流量计理论流量计算公式为：， 南 式中， 为工况下的体积流量，m3/s；c为流出系数，无量钢；13-，VD，无量钢；d为工况下孑L板内径，mm；D为工况下上游管道内径，mm；8为可膨胀系数，无量钢；Ap为孔板前后的差压值，Pa；pl为工况下流体的密度，kgm 。

根据公式(1)，我们知道流量测量结果 qf与 d、8、C、p、pl、Ap有关，分析影响这些参数的主要因素有：1.1管道及-次测量元件有杂质沉积焦炉煤气在经过净化处理后，仍然会含有残余的粉尘、焦油、萘等杂质，管道常年使用后，在管道内和-次测量元件会有厚度不均的杂质沉积。沉积物的出现使得管道的截面积 S发生变化，从而对测量结果产生影响。当管道内沉积物的高度不超过孔板开孔的下缘，管内截面积的变化直接导致直径比13变大，进而影响流出因数 C以及- 的数V1-13值，最终造成流量测量值与真值之间的误差。具体分析如下：设管道截面积为s ，沉积物截面积为 s ，则当S由S 变为S 时B变为 13t卢 丽 d，r流出因数c是由 多项式决定的变量，随着p的改变，C也变为C结垢前的流量因数 结垢后的流量因数在△p、P、8、d不变情况下，流量示值变化的百分比为： !塞二曼型×l00。 。： 二竺 100 qg鼻1.2焦炉煤气的密度变化焦炉煤气是由氢气、甲烷、-氧化碳、不饱和烃、二氧化碳、氮气、氧气和水蒸汽组成的混合气体。在被测气体温度、压力、相对温度与孔板比值11B.2、 的值示于速度图中 .. n 0.039x130.155X102.750.55×179.50.17 x940.07X8.90.011×4.45131.84 转/分、 、 珞 阶段工作状态下的运转时间与总运转时间的 扣s × x0.0393070630.15202043× 0.59683-× ×0.1720204 × ×0.07 12124x ×0.011： 121475斤3.2.3轴承额定寿命计算 106( c/J、时 (6)式中L。瑚 承的额定寿命，小时c-轴承的额定动负荷，公斤 查轴承的性能表42630轴承n131.81姨吩P轴承的当量动负荷，这里取平均负荷P21475公斤： ( ) ：15156小时 60x131.8l 21475 3 4减速器实际连续运行时间计算4.1提升机累计提升原煤：自1996年元月至 2004年4月7日共提升 1080.9418万吨；4.2提升机累计提升循环次数：箕斗装载量 16吨斗，提升次数675589次4.3减速器连续运行时间：-个提升循环所用时间84.52秒，累计运行时间 15861.31小时，超过该轴承额定寿命。

5减速器行星轮轮齿局部折断原因分析与结论5.1行星轮轮齿局部折断原因分析经对该减速器的详查和计算，我们认为：5.1.1该提升绞车减速器不存在超载运行问题。

5.1.2该绞车减速器已经连续运行 8年3个月没有进行大修理，轴承已经超过额定寿命，且轮齿局部折断的行星轮轴承滑道已严重点蚀，径向间隙变大致使齿轮不能正确啮合，齿轮沿齿长局部受力，局部受力处齿面严重点蚀，渗碳层破坏，最后导致轮齿局部折断事故。

5.1-3如图3所示，从齿轮点蚀的情况看，左边轴承磨损严重，而靠左边的轮齿磨损较轻，右边轴承磨损较轻，靠右侧轮齿磨损严重，且出现轮齿局部折断，这说明左侧轴承磨损后使做半齿受力减小，右半齿受力增加，出现应力集中于右半齿，且越靠右边缘，应力越大，越容易折断。

图 35.2结论行星轮轮齿局部折断原因是由于行星轮轴承运行时间超过了该轴承额定寿命，没有及时进行检修造成的，轴承的损坏是造成齿轮轮齿局部折断的决定因素。

6今后防范措施6.1定期进行大修，及时更换轴承。根据厂家提供的数据，对各部轴承的使用寿命进行计算，科学的确定检修周期。

6.2加强对油脂监测，并对油脂所含杂质进行跟踪分析，从而了解减速器齿轮及轴承的磨损状况，制定检修计划。

- 81-科技创新与应用l 2013年第7期 工 业技 术设计值相同的情况下，由于生产工艺等其他原因，被测气体各组成成份所占体积的百分比发生了改变，使得气体密度与设计状态不-致，将影响测量值的准确。设在孔板C，e、B、d不变，气体密度从 P变为 p 的情况下，则被测气体体积流量q捌 相应的误差值为如 l1- l Y焦炉煤气密度的变化范围-般为0.44.48kg/m，，如果设计密度为0A6kg/m3，将产生2.2‰ 2.5%的示值误差。

1-3焦炉煤气湿度变化的影响目前常用来测量煤气流量的流量计都是针对气体组分稳定而设计的，而焦化煤气属于饱和煤气”，含有饱和水分，水分的含量也随温度的降低而降低。2 时水分含量为 17.4g/m3，3 时水分含量为30.4g/m3o在实际生产中，经过电捕，脱硫，脱氨，在洗苯塔出口的焦炉煤气中，杂质含量极为少量，但其中水分的含量 (按照标况体积计算)，不高于 19.1Nm 。

考虑焦炉煤气中的相对湿度参数，由公式(1)直接得出的湿焦炉煤气的密度计算公式： 翌 仍- /m) (2)式中，P ：工况湿煤气密度； ：标况下(2a℃0.101325MPa)干煤气密度； 。：工况湿焦炉煤气的相对湿度(%)，P。为工况压力，p-为工况水蒸汽的最大可能蒸汽压，可查饱和蒸汽性质表得到；psmax最大可能蒸气密度；T。为工况温度，z。为气体压缩系数。p-，p-是这样确定的，当tl<100(C)，且管道绝对压力大于 1个大气压力时p- 就等于饱和蒸汽压力，p-就等于饱和蒸汽密度。

由公式(2)可以看出，由于在不同温度、压力、相对湿度的条件下，焦炉煤气中所含的水蒸汽的分压力和密度不同，所以其对流量测量的影响是综合性的，-方面，会引起被测气体密度的改变；另-方面，温、压、湿度的变化对换算到标准状况下的体积流量会产生影响。

1.4焦炉煤气温度、压力变化的影响采用节流装置测量流量时，视被测气体为不可压缩气体，不考虑 d、e，C、B等参数变化的影响，根据公式(1)其流量与节流装置两端的差压Ap的关系简化为 仄QK√ )式中，K为常数；p为随压力、温度变化的气体密度，由气体状态方程导出的在不同状态下气体的密度转换表达式： p7、p--P )式中，pN为标况下被测气体的密度。由以上两个公式得到节流装置在设计压力、温度下和在某个工况压力、温度下的体积流量表达式 跞 PwTve上述式中，P ，T ，Q ，Pw，T ，Q 分别为设计计算和实际运行时其压力、温度和流量值。

由式 Q ，Q 得到焦炉煤气压力、温度变化，偏离设计值时造成的误差表达式： aw-OJ巫TsPw (5) D V例，某煤气流量主管道，设计压力 P .109MPa(绝对压力)，压力变化范围为0.108-0.1 IOMPa。设计温度 T300K，温度变化范围为293-308K。被测介质为焦炉煤气，采用差压式流量计测量。

将 8种极限压力、温度值，以及压力、温度的设计值代入误差表达式(5)，得到其相应的误差8。如表 1所示：由表 1分析可见，当实际工况偏离设计工况时，实际流量还会随着温度、压力的变化而变化。例如，压力变化 25%，流量就会相差 50%，可见误差极大。

1.5低流速限制焦炉煤气是依靠风机输送的，为了降低风机功率和电力消耗，煤气管道-般设计的比较粗，因此焦炉煤气流速(管道直径>800mm，流速- 般在 12～18m/s)都比较低，这就意味着焦炉煤气的下限流量都比较高，尤其是在焦炉煤气进行计量时，下限误差问题很突出。

2减小测量误差的措施针对以上采用差压方式测量焦炉煤气流量时的影响因素分析，在进行流量计量时，必须充分考虑误差对测量结果的影响，并采取相应的措施，减小测量误差。

- 82-21清除-次测量元件周围及袁 1不同温度、压力下的流量误差前后管道的沉积杂质由于管道杂质沉积，致使 D，d发生变化，要消除 C、8、B、d等变化对测量的影响，解决焦油、萘等杂质的沉积，最直接的方法就是清除沉积杂质。根据实际生产隋况，及煤气净化情况，结合生产检修的间隙，安排对管道、孔板进行清理。但实际隋况很难实现清理，只能通过做好煤气净化，或采用加装反吹装置来实现。

Z2修正和补偿序号 /Mpa T /K 误差 6%l O.11 308 2.052 O.1l 293 1.983 O.108 308 2.084 O.108 293 2.O15 O.11 Y。 2.026 0.108 YsT- 2.017 P。： 293 1.998 Ps 308 2.072.2.1-次测量元件是按照给定的已知条件进行计算的，但实际测量中介质的温度、密度、压力、粘度等参数往往发生变化，实际应用中被测介质温度每变化 1 ，液体的密度变化大致不超过 1%。气体在常温附近，温度每变化 1 时，密度变化约 3%，气体在 1个大气压时，压力每变化 10Pa，密度变化 10%，气体测量，温度压力波动时，必须进行温度压力修正。

为减泄炉煤气温度和压力变化对i贝1量结果的影响，在流量测量系统中-般都配备测量元件(如热电阻、压力变送器等)实现在线的温度和压力测量，结合设计参数，对测量的流量值实时补偿。对差压式流量计因流量与煤气密度有关，且温度相对标准状态 (标准状态 20C，101.325kPa)变化不大，忽略湿度的影响，根据差压式流量计流量简化公式(3)和由气态方程导出的密度表达式(4)，可得干煤气在标准状态下的积流流量补偿修正公式：，、 、 而 (6其中式中：Q 标准状态下实际体积流量，Q 标准状态下设计体积流量，P实际工作压力，MPa，P。设计压力，MPa，t实际温度℃，t 设计温度℃。

2.2.2焦炉煤气密度的变化是必然发生的，虽然可以通过对密度值的在线测量得到气体密度的实际值，但在要求不高的诚很少采用。-般根据密度的补 寸算公式，结合计算公式对流量测量值做出必要的修正和补偿。密度补偿公式如下：， (7)： ( / ： ) 衄 273.15 273.t520p：实际工况下的被测介质密度，k咖 ；ps：设计工况下的被测流体密度，k咖 对于-般气体，需要已知被测气体在标准状态下的密度p ，然后以上公式自动计算出P及 P 的数值。其中：P实际工况压力(表压，MPa)，Po当地环境大气压力(表压，MPa)，t实际工况温度(℃)，p20标准状态(压力 0.1013Mpa，温度2a℃)下，被测气体的密度，Ps设计压力 (绝压，MPa)，ts设计温度(℃)为了避免焦炉煤气配比变化引起的标准气体密度变化与工作压力、温度变化引起的工作状态密度变化相混淆，综合考虑压力、温度、密度变化，结合公式(6)，(7)而采用的修正公式为：Qs f(p删0.10Ⅲ13) (ts 27 3，.1 5 )2.2-3根据公式(2)分析，焦炉煤气的湿度变化对密度的影响是不可忽视的，但在实际测量中，往往容易用干煤气的密度代替湿煤气的密度，在用差压式仪表测量流量时会带来误差，有时对计量所致的误差远大于单纯温度、压力变化所造成的计量误差，特别是温度越高，影响越明显，误差越大。但目前在流 寸量中尚未开展湿度补偿和修正。

3结束语通过以上的分析，在采用差压方式测量焦炉煤气流量时，这些不确定的因素对测量数值的影响是无法回避的。如果不进行相应的误差修正和补偿，其最终测量系很难达到设计要求和生产需要。除了被动的采取-些诸如-次元件及管道吹扫，温度、压力、密度等参数的动态补偿和修正等措施外，其节流元件设计的压力和温度选择的合适，接近于相对稳定的工况条件，在工况基本稳定时，差压流量计不进行温度、压力和密度补偿时，其误差也不会很大。