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煤氣節(jié)流裝置冬季可靠運(yùn)行的技術(shù)措施

文檔作者：孔海心文檔來源：檢修工程部儀表檢修作業(yè)區(qū)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月13日
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2012檢修工程部設(shè)備技術(shù)研究論文集 ·酒鋼科技2013年第1期·
煤氣節(jié)流裝置冬季可靠運(yùn)行的技術(shù)措施
檢修工程部儀表檢修作業(yè)區(qū)孔海心
摘 要：通過對酒鋼臟、濕煤氣在冬季運(yùn)行中流量節(jié)流裝置測量失準(zhǔn)的問題進(jìn)行分析．并提出了
完整的技術(shù)解決方案。
關(guān)鍵詞：保溫伴熱導(dǎo)熱系數(shù)熱損失煤氣排水器在線疏水
1概述
煤氣是冶金企業(yè)重要的產(chǎn)品和消耗品，并被廣泛使用在煉鋼、煉鐵、軋鋼等各生產(chǎn)主線的加熱環(huán)
節(jié)。煤氣介質(zhì)，除了正常的成份外，還含有水蒸汽、灰塵及許多有機(jī)物和無機(jī)物雜質(zhì)。特別是焦?fàn)t煤氣
中就含有氨、萘、煤焦油、硫化氫、氰化氫、水蒸汽，灰塵等眾多雜質(zhì)，在焦?fàn)t煤氣輸送過程中。隨著煤氣
介質(zhì)溫度的降低，使焦?fàn)t煤氣中的焦油、萘超過飽和度而凝結(jié)析出，附著在管壁和節(jié)流裝置上，極易造
成管道和節(jié)流裝置的結(jié)垢、堆積或結(jié)冰，如不及時進(jìn)行加熱和疏水、排污，將嚴(yán)重影響煤氣流量測量的
準(zhǔn)確性。因此，解決臟濕煤氣測量失準(zhǔn)問題，重點(diǎn)就是要解決好煤氣節(jié)流裝置的“測量條件”問題。目前
針對臟、濕煤氣差壓式流量測量節(jié)流裝置解決結(jié)垢、積水、結(jié)冰及臟濕物堆積問題沒有完整、成熟的解
決方案。本文著重研究節(jié)流裝置使用的環(huán)境條件對測量結(jié)果造成的影響，并提出具體的解決方案。
2 測量對象特性和節(jié)流裝置
冶金企業(yè)的煤氣介質(zhì)，除了正常的成份外，其中還含有水蒸汽、灰塵及許多有機(jī)物和無機(jī)物雜質(zhì)。
酒鋼煤氣因除塵設(shè)備能力不足，導(dǎo)致煤氣品質(zhì)質(zhì)量較差，特別是焦?fàn)t煤氣硫化氫、萘含量嚴(yán)重超標(biāo)。一
般情況下硫化氫含量在2500 mg／m。左右，萘含量在60一l80o mg／m。左右；高煤的含塵量在9—13m
m 。特別是在冬季環(huán)境溫度較低的情況下，焦?fàn)t煤氣出廠進(jìn)入煤氣管。由于環(huán)境溫度與煤氣溫度之間
存在溫差，使煤氣溫度在輸送過程中隨著管壁的散熱而逐漸降低，最后降到與大氣溫度幾乎相等，焦
爐煤氣中原來沒有達(dá)到飽和的萘蒸汽在這個過程中飽和度逐漸增大，最后達(dá)到飽和狀態(tài)，甚至超過飽
和度而凝結(jié)析出．附著在管壁和節(jié)流裝置上。這說明沿程管道隨著管壁的散熱而溫度逐漸降低的過程
中，有不少的凝結(jié)水析出，而且，春、冬季尤為嚴(yán)重。如不及時疏水或疏水效果不好，管道和節(jié)流裝置下
部形成積水或冬季結(jié)冰將在所難免。以焦?fàn)t煤氣介質(zhì)為例，焦?fàn)t煤氣中含有氨、萘、煤焦油、硫化氫、氰
化氫、水蒸汽，灰塵等眾多雜質(zhì)。這些雜質(zhì)不僅容易腐蝕管道及節(jié)流裝置，還容易造成管道和節(jié)流裝置
的結(jié)垢、堆積堵塞等一系列不可預(yù)想的后果，對冶金企業(yè)的生產(chǎn)和煤氣計(jì)量產(chǎn)生直接的影響。
近年來，酒鋼在煤氣的測量中多采用環(huán)型通道式節(jié)流裝置，主要有圓缺孔板，環(huán)型孔板，楔型流量
計(jì)，錐型流量計(jì)。這些孔板和流量計(jì)均屬于非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，均應(yīng)在出廠時進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定，但由于標(biāo)定
裝置的局限性，對于大管徑(DN=800以上)節(jié)流裝置的實(shí)流標(biāo)定還存在很大的難度，且標(biāo)定費(fèi)用成倍
增長。因此，一些成熟產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家多根據(jù)用戶現(xiàn)場測量條件和長年以來積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定流出
系數(shù)和流量測量不確定度。投入現(xiàn)場使用后。在標(biāo)準(zhǔn)條件下的基本測量不確定度確定后，其測量的準(zhǔn)
確性主要取決于現(xiàn)場的測量條件和測量環(huán)境。如果現(xiàn)場的測量條件和測量環(huán)境偏離標(biāo)準(zhǔn)條件，那么，
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根據(jù)偏離程度的大小會產(chǎn)生附加誤差，由此會增大測量系統(tǒng)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
通過以上對煤氣介質(zhì)特性和常用煤氣流量測量節(jié)流裝置的特點(diǎn)分析，充分的說明了煤氣介質(zhì)所
具有的臟、濕特性對煤氣節(jié)流裝置測量結(jié)果造成的影響是存在且不容忽視的。
3 測量條件對節(jié)流裝置的影響分析
3．1測量管段內(nèi)壁及節(jié)流裝置端面結(jié)垢對精度的影響
以焦?fàn)t煤氣介質(zhì)為例，焦?fàn)t煤氣中含有氨、萘、煤焦油、硫化氫、氰化氫、水蒸汽，灰塵等眾多雜質(zhì)。
這些雜質(zhì)不僅容易腐蝕管道及節(jié)流裝置，還容易造成管道和節(jié)流裝置的結(jié)垢、堆積堵塞。因此管道經(jīng)
過長年使用后，不可避免地會有粉塵和焦油沉積下來并在管道內(nèi)部形成厚度不均的沉積物。沉積物的
出現(xiàn)使得管道的截面積發(fā)生變化，從而對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。
以酒鋼焦化南線焦煤總量為例。測量介質(zhì)：焦?fàn)t煤氣；取壓方式：徑距取壓；工況狀態(tài)下管道內(nèi)徑
D=1000mm；工況狀態(tài)下的測流板直徑=802．12mm；等效直徑比=0．597；工作壓力P=6KPa；工作溫度
t=30~C；相對濕度為100％ ；工作狀態(tài)下密度=O．3777 kg／m ；工況下常用流量=18116．78m3／h；常用差
壓=0．144Kpa；常用雷諾數(shù)ReD=；流出系數(shù)C=0．60815(制造廠實(shí)流標(biāo)定結(jié)果)；可膨脹系數(shù)=O．99947。
那么按環(huán)型孔板測量管段內(nèi)壁結(jié)垢約5mm，上游端端面結(jié)垢3mm，將會在測量過程中產(chǎn)生了6．32％
左右的附加誤差。
3．2流量計(jì)管段下部臟、濕物堆集對流出系數(shù)的影響
環(huán)型孔板管段下部臟、濕物堆集，可對環(huán)型孔板的測量產(chǎn)生二重的影響作用：一是減少節(jié)流通道
面積；二是造成流速分布不對稱，產(chǎn)生流場異變。兩種影響綜合起來使流出系數(shù)發(fā)生變化。仍以酒鋼焦
化南線焦煤總量為例，當(dāng)該環(huán)型孔板在運(yùn)行過程中臟、濕物堆集高度為98．97mm時，由于節(jié)流流通面
積減少而對流出系數(shù)C值的影響為+17．32％。
4技術(shù)措施
4．1方案設(shè)計(jì)思路及原則
煤氣介質(zhì)的臟、濕特性，無論采用何種節(jié)流裝置，其對測量結(jié)果和計(jì)量數(shù)據(jù)的影響都是存在的。那
么。如何減小或消除這種影響是技術(shù)人員必須研究的課題。通過多年來對儀表測量裝置保溫工作上所
做的大量實(shí)踐性工作進(jìn)行研究和總結(jié)。本方案設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個方面：(1)需從外部補(bǔ)償管內(nèi)介
質(zhì)熱損失，以維持被輸送介質(zhì)的溫度。(2)在輸送過程中，由于熱損失管內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生凝液，粘附在節(jié)流
裝置端面及管道內(nèi)壁上，并可能腐蝕節(jié)流裝置，增大節(jié)流裝置粗糙度，需將產(chǎn)生的凝液及時排出。(3)
在輸送過程中，由于熱損失管內(nèi)介質(zhì)粘度增高或析出結(jié)晶物，可能凍結(jié)或堆積在節(jié)流裝置下部，需定
期通人蒸汽進(jìn)行吹掃、排污。(4)輸送介質(zhì)的凝固點(diǎn)或露點(diǎn)等于或高于環(huán)境溫度的管道，需對測量管段
及被測介質(zhì)進(jìn)行升溫。
4．2解決方案
本方案從改善煤氣流量節(jié)流裝置“測量條件”人手，對于測量管段內(nèi)壁及節(jié)流裝置端面結(jié)垢，采用
蒸汽伴熱管以S型盤管分別在管道兩側(cè)將蒸汽盤管緊貼管道外壁將煤氣流量節(jié)流裝置(前直管段+
節(jié)流件+后直管段)進(jìn)行整體蒸汽伴熱保溫，通過伴熱保溫各項(xiàng)參數(shù)的選擇和計(jì)算，加工制作一種適
于臟濕煤氣介質(zhì)測量具有伴熱、保溫、升溫固定構(gòu)造的保溫裝置，通過熱交換補(bǔ)充被伴熱管道及儀表
的熱損失，以達(dá)到升溫、保溫或防凍的目的。對于流量計(jì)管段下部臟、濕物堆集問題，采用燃?xì)鈱I(yè)煤
氣輸配管路的電溫控SDLP型防泄漏型煤氣排水器通過合理的疏水管路設(shè)計(jì)成功地應(yīng)用到煤氣流量
測量系統(tǒng)中，加之蒸汽盤管伴熱、保溫，及時補(bǔ)充流量測量管段損失的熱量，以保證被測煤氣介質(zhì)溫度
達(dá)到+10~C以上，可有效實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)疏水排污自清潔功能，保證了節(jié)流裝置的“測量條件”。
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具體結(jié)構(gòu)見圖1：煤氣流量節(jié)流裝置的保溫及連續(xù)疏水、排污裝置示意圖。
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圖1：煤氣流量節(jié)流裝置的保溫及連續(xù)疏水、排污裝置示意圖
1一蒸汽管道；2一蒸汽一次閥；3一煤氣流量節(jié)流裝置；4一節(jié)流裝置直管段；5一S型蒸汽伴熱盤管； 固定構(gòu)造的保溫
層；7一排污閥DN50；8一煤氣排水器一次閥；9一冷凝水排放管；1O一疏水器；l1一電溫控SDLP型防泄漏型煤氣排水
器；l2一接排水管；13一污水井；l4一伴熱管保溫；l5一二次閥
4．3實(shí)現(xiàn)方法
4．3．1伴熱保溫管段的散熱量計(jì)算
被伴熱保溫段(節(jié)流裝置)的散熱量計(jì)算公式如下：
。n
t-導(dǎo)to．2一????????(1)
q一被保溫管段的單位長度的熱損失，J／(m·h)
t一被保溫管段擬保持的溫度．oI=
t『-環(huán)境溫度，
一保溫材料在平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，查表得出，J／(m·h·oC)
d一被保溫管段當(dāng)量直徑，m。d=上。l一被保溫管段橫斷面外部周長，m。
D一被保溫管段保溫后的管段當(dāng)量外徑，m，D= ，z一保溫后被保溫管段橫斷面外部周長，m
一7n一
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4-3．2蒸汽伴熱用汽量的計(jì)算
蒸汽伴熱用汽量的計(jì)算公式如下：
O
G —二_- ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)
其中： Q=qxl0D ??????????????(3)
G一一蒸汽最大耗量，kg／}l
Q一伴熱保溫系統(tǒng)總的散熱量，J，h
蒸汽的汽化潛熱，值查表可得，J／kg
實(shí)際蒸汽消耗量按計(jì)算的蒸汽耗量2倍考慮，即：
G=2G~ ?? ??? ??? ?? ??? ??(4)
4．3．3 保溫厚度的選擇
根據(jù)環(huán)境溫度確定伴熱蒸汽壓力及保溫層厚度，見表1：
表1：伴熱蒸汽壓力及保溫層厚度選擇表
環(huán)境溫度to／(℃) 飽和蒸汽壓力P／(MPa) 保溫層厚度S／(mm)
≤-30 1．0o 50
一l5一一3O O．60 40
0-15 O．30 30
4．3．4 蒸汽伴熱管徑的選擇
蒸汽伴熱管徑按所需的蒸汽流量G在下表2進(jìn)行選擇。選定的管徑所對應(yīng)的流量應(yīng)大于或等于
所需的流量值。伴熱蒸汽管材料選用無縫鋼管。
表2：伴熱管徑選擇表
管路規(guī)格,p／(mm) f,14x2 ,,020x2 ~25x2 ~p32x2 q：~$0x2．5 q~50x2．5
推薦流速U／(rds) 13 16 20 23 25 30
蒸汽壓力P／(MPa) 推薦流速下的重量流量G／(ke,／h)
O-30 5．96 18．77 40．43 82．64 140．37 278．44
O．60 11．44 36．03 77．58 158．62 269．39 534-38
1．0O l8．57 58．50 125．97 257．53 ,137I38 867．62
4．3．5蒸汽伴熱管最大伴熱長度的確定
伴熱長度是指從供汽點(diǎn)到凝結(jié)水排放點(diǎn)之間的長度之和。
蒸汽伴熱管最大伴熱長度的計(jì)算公式如下：
L： qt ???????????(5)
L一伴熱管的最大伴熱長度，m
G一伴熱管的最大蒸汽流量，kg／h
q一被保溫管段的單位長度的熱損失。J／(m·h)
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一蒸汽的汽化潛熱，J／kg
f_安全系數(shù)，一般取1．5—3．5
4．3．6 蒸汽伴熱管伴熱點(diǎn)數(shù)的確定
由于蒸汽流速不能超過相應(yīng)管徑的最大流速．不同管徑的蒸汽管路所攜帶的熱量是有一定限度
的。這樣接在不同管路上的伴熱點(diǎn)數(shù)就不能超出一定的數(shù)量。伴熱點(diǎn)數(shù)根據(jù)下表3確定。
表3：最多伴熱點(diǎn)數(shù)及伴熱最大長度
蒸汽壓力
公稱直徑 O-3MPa O．6MPa 1．0MP8
(mm) 伴熱點(diǎn)數(shù) 伴熱最大長度 伴熱點(diǎn)數(shù) 伴熱最大長度 伴熱點(diǎn)數(shù) 伴熱最大長度
n／個 L／m n／個 L／m n／個 L／m
20 ≤3 ≤30 ≤6 ≤60 ≤ 10 ≤80
25 ≤6 ≤3O ≤14 ≤6o ≤2O ≤80
32 ≤12 ≤2oo ≤27 ≤3o0 ≤40 ≤400
40 ≤36 ≤200 ≤68 ≤3oo ≤100 ≤400
50 ≤70 ≤20o ≤135 ≤3oo ≤200 ≤4o0
4．3．7 在線排污疏水方案
在煤氣節(jié)流裝置前7D也就是夾套式固定構(gòu)造的保溫裝置始端處加裝電加熱式防泄漏煤氣自動
排水器，管道中有水排水，無水關(guān)閉；水量再大，煤氣壓力突升，排水仍然暢通。當(dāng)有過壓煤氣時，能快
速準(zhǔn)確嚴(yán)密封堵。同時在煤氣節(jié)流裝置后3D即夾套式固定構(gòu)造的保溫裝置末端位置加裝DN50排污
閥，當(dāng)被測流量示值出現(xiàn)失準(zhǔn)的趨勢時，可將蒸汽直接通入取壓口對圓缺孔板和測量管段進(jìn)行吹掃，
及時將臟濕粘綢物排出管道。
5 結(jié)束語
通過對煤氣節(jié)流裝置冬季可靠運(yùn)行技術(shù)措施的研究和實(shí)施，解決了公司長期以來由于測量條件
影響煤氣計(jì)量的瓶頸問題。對于今后在煤氣計(jì)量設(shè)施的選型、設(shè)計(jì)、施工、安裝上，都應(yīng)引起相關(guān)部門
的重視。需按專業(yè)要求提供煤氣流量節(jié)流裝置的保溫及連續(xù)疏水、排污裝置的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和施工安裝要
求，以保證煤氣節(jié)流裝置的準(zhǔn)確計(jì)量。
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