毕托巴之用户之声,用数据说话

毕托巴流量计在钢铁企业的应用

高新彦、焦志平、付增伟

（河北敬业钢铁有限公司）

【摘 要】钢厂是高耗能企业，如何真实可靠地获得能源加工、转换和消耗数据是每一个耗能企业研究的课题。尤其在气体能源计量中，煤气计量数据更难准确地获得。2008年河北敬业集团依照GB17167—2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求，狠抓能源计量管理，摸清了企业能源计量现状，经过一年的努力,,使企业的能源计量管理得到了理顺和提升,能源计量配备率也由原来的70%提高到了98%。在能源计量器具的配备选型中，我们结合工艺情况，摸准了各种能源介质的特性，对含水、含尘难于测量的煤气介质，我们经过反复试验比对，最终采用了防堵、节能、计量精度高和便于安装的毕托巴流量计替代传统的孔板流量计。在过去的三年中我集团共计配备毕托巴流量计77台，此项测量技术在我集团得到了很好地推广与应用，测量数据在各工序能耗考核结算中的顾客满意度得到很好的评价,为领导管理和决策提供了准确有效的数据信息。

【关键词】煤气介质 毕托巴流量计 节能 防堵

能源计量是伴随着国家建设资源节约型社会发展起来的一项新课题，是国家实现节能规划和节能量的基础支撑。能源计量工作搞好了，能源管理才能向科学、有序、可持续化发展。反之，错误或不切实际的能源计量数据会将能源管理引入误区，严重时会使领导决策产生偏差 。

在企业能源管理中，能源计量技术的发展往往决定能源管理的效果。过去我们在能源计量管理方面经验不足,导致能源计量器具配备不完善或选型不当,使能源计量管理相对落后. 随着我集团的不断发展，作为钢铁耗能大户，要控制能源消耗、降低生产成本，创造效益，就必须做好能源管理，做到节能降耗。做好能源管理，能源计量是关键。

我集团李董事长在07年3月份干部会上针对集团计量工作现状提出加强计量工作的意见：“计量工作归口统一管理；完善管理制度；提高配备率；加强数据管理，一切工作以数据为依据”，并在多次会议上要求加强集团能源管理，加强能源计量工作，要求把节能减排工作做好。李董事长的指示是对我们能源计量工作极大的支持，他对计量工作的态度和科学的管理理念是我集团落实贯彻《用能单位能源计量器具配备和管理通则》的有力保证。自此我集团成立了环保能源部，计控能源科在部领导下强抓能源计量工作，建立完善了能源计量管理制度，加强了能源计量管理，绘制了各种能源计量网络图和能源流转图。

在强抓能源计量管理的过程中，煤气计量是最头疼的事情。以高炉煤气为例，高炉煤气从高炉出来时含有大量粉尘,约为15～80g/m³或更高，在使用前必须经过除尘处理。除尘处理后的高炉煤气含尘量一般在5～10g/m³，但在实际生产当中，除尘布袋更换不及时会使高炉煤气除尘效果大打折扣，所以高炉煤气介质除易燃、易爆、易中毒外，还被称为非洁净气体。2008年以前,我集团能源计量管理相对落后，所有高炉煤气介质计量都采用传统的孔板流量计，在经过几年的使用后，效果不是很理想，表现在以下三个方面:

⑴孔板截流件压损大，尤其在煤气加压站，孔板截流件会使加压风机输出功率增加，浪费电能。

⑵孔板取压孔小,孔径一般在3mm左右，在测量含尘的煤气时容易使取压孔堵塞，影响计量精度。

⑶孔板流量计安装时截断管道安装，费时费力，孔板密封垫在运行过程中也容易损坏并漏气，使计量可靠性降低。

鉴于以上情况，2008年我们初次对毕托巴流量计进行试用，选用了一个大管径（DN2400）和一个小管径（DN300），分别用于测量高炉煤气和焦炉煤气，经过半年的试用，和孔板流量计相比得到如下数据：

精度

压损

低速

检定

防腐

重量

价格

量程比

含杂质

结垢影响

安装方式

安装难易

使用寿命

孔板

0.5-1.5

大

难

自检

难

一般

中

1:10

---

大

水平

难

可

毕托巴

0.2-0.5

微

可

风洞

可

轻

中

1:30

可

微

任意

易

长

自此我集团对毕托巴流量计的计量性能有了彻底的了解，毕托巴流量计作为新型产品在我集团开始推广应用，从2008年一直到现在，我集团使用的毕托巴流量计没有出现过任何质量问题，可以说毕托巴流量计解决了我集团煤气不易计量的难题，推动了我集团能源计量管理的发展，彻底实现了一切工作以数据为依据的目的。

毕托巴流量计成功的关键在于逐台检定，分段修正以及来自于清华大学多年积累的庞大精准的数据库。毕托巴流量计堪称为其它流量计无法比拟的万能流量计。

1、使用性强：传感器适用各种流体和多种管道形式，是国内国际唯一一种执行元件能做到测量各种流体的流量计。

2、 精度高：在3%到100%的量程范围准确度为0.2%。

3、节约能源：毕托巴传感器截流面积小，几乎无压力损失，运行成本大大降低。被国家改革委员会节能信息传播中心推荐为第61号节能产品。

4、安装简便：只需在管道合适位置上开一个DN20- DN55mm的孔，把传感器插入管道中心即可。

5、维护方便：传感器本身无需维护。只需对差压变送器进行零点和满量程的校验以及二次表输入相应的电流进行定期检验。

6、可靠性：结构简单，设计合理。由于导压管内介质长期处于静止状态，所以测量精度能够长期保持稳定。

7、耐高温高压：由于传感器采用ICr18Ni9Ti制作而成，因此可耐高温650℃、压力32MPa.(特殊材料制成的传感器可耐高温1700℃)

8、测量流量范围广：气体流速在1m/s以上，液体流速在0.1 m/s以上的介质都可以精确测量。对低流速、小流量、大管径测量效果尤佳。

9、在线安装和检修：不停产的情况下，保证安全措施到位，采用开孔器对煤气管道实现安装和检修。

毕托巴流量计目前在我集团公认为综合性能最佳的流量测量仪表。

工作原理：

毕托巴流量计是根据国际标准ISO3966《封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，是国家发改委节能信息中心唯一推荐的一种节能型流量计。皮托管原理很早就广泛应用在航天航空业中。如飞机风洞的测试和检测，飞机发动机气体动力测试、飞机飞行速度的测速杆等。

毕托巴流量计将传感器插入管道中心，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。同时还需用压力变送器测出流体压力，用热电阻温度计测出流体温度，把标准差压信号、压力信号、温度信号同时引入单片机构成的流量积算仪或直接接入DCS系统，一方面对毕托巴的流量方程进行解算，再一方面对介质进行压力、温度补偿，以保证测量精度，并用数字显示出差压、压力、温度、瞬时流量、累积流量、热量、速度等参数。

与毕托巴流量计相关的计算公式：

Δp＝全压 — 静压

中心流速 v中心＝（2Δp/ρ）1/2

体积流量 Q 体 ＝v平均×s×k

＝k×(2Δp /ρ)1/2×s

质量流量 Q质＝Q 体×ρ

v----介质流速

s-----管道内截面

ρ-----介质密度

k-----修正系数（逐台吹风修正系数、清华数据库修正系数）

我企业在使用毕托巴流量计时积累的一些经验：

1、 在流量计选型中，遇到测量煤气和压缩空气流量时首选毕托巴流量计 。因为煤气和压缩空气介质是不洁净气体,只要介质流速＞1m/s,就能实现防堵、高精度测量。

2、 毕托巴流量计温度、压力、差压安装非常简单，只需在管道上找好位置（满足前10后5的直管段）开好孔，把球阀焊到管道上，剩下的就是一些组装和接线调试的活儿了。安装一台流量计一般用时不超过2个小时。

3、 毕托巴流量计是免维护产品，只要安装调试好后，一般不用维护，就是在冬季，一体化的取压装置也不会使导压管路结冰而影响测量。

4、 毕托巴流量计探针采用不锈钢材质，抗磨损性能好，使用寿命长也是此流量计的一大优势。

5、 毕托巴流量计节能结合实例

毕托巴与孔板的压损的比较(节能说明)

毕托巴流量计和孔板的压损比较：设计及试验数据表明：

孔板压损的经验公式：当β=0.6时， PPLo=0.6×△P
当β=0.7时， PPLo=0.5×△P
标准孔板压损大约为：PPLn=0.28×△P ~ 0.33×△P
通过实验得出：毕托巴流量计的压损大约为：PPLv=0.03×△P
由于毕托巴流量计的差压△P比孔板的差压△P小一个数量级，而压损的比例又小了一个数量级，所以毕托巴流量计的压损和孔板的压损相比是微乎其微的。

其中： β-------孔板的孔径比
△P------孔板产生的差压
PPL-----孔板产生的压损
下面我们将压力损失的表示式写出来：
阻力件压损带来的功率损失，其计算表达式为：Hp=Q×PPL
其中： Q------流体体积流量 PPL----节流件产生的压损
假设为了弥补阻力件带来的不可恢复的压损，我们在其后增加一台压力泵，该泵的效率假定为η。则： Hp= Q×PPL÷η
其中: Q---------流体体积流量 Am3/s

PPL------节流件产生的压损 kPa
η------电动机效率 无量纲常数
Hp--------功率损失 KW

举例说明

一测点，测量介质为高炉煤气，管径为3000*10（mm） ，压力为8kPa，温度为50℃ ，在此温度、压力下其高煤气密度为1.226kg/m3 ，介质流量为440000m3/h时智能探针流量计所产生的差压为0.4kPa 。

使用智能探针流量计所产生的压损：

PPLv=0.03×△P=0.03×0.4=0.012( kPa)
根据上述公式，功率损失： Hp= Q×PPL÷η
因工况下空气的密度为1.226kg/m3 ，所以工况下（8kPa, 50℃）介质体积流量为：
体积流量=质量流量/介质密度
Q体=440000m3/h =122.22 (m3/s)（8kPa, 249℃）

假设电动机效率η=0.8 智能探针流量计损失的功率为 Hp=122.22×0.03÷0.8=4.58(KW)
假设一年运行12个月，每天运行24小时，每度电的电费为0.6元，那么12个月智能探针流量计的能耗换算成电费：

￥/年=365×24×4.58×0.6≈24090￥/ 年
假设另一相同测点使用孔板测量，同样条件下孔板的压差1.6kPa，孔板的β=0.5 ，

孔板所产生的压损：PPLo=0.5×4=0.8kPa
智能探针流量计比孔板的永久压损降低的百分比为：

（0.8－0.012）÷0.8×100%=98.5%
很明显，它是一种高效、节能的中心速度流量探头。
根据上述公式，孔板损失的功率为：
Hp=122.22×0.8÷0.8≈122.22(KW)
一年运行8个月，每天运行24小时，每度电的电费为0.31元，那么8个月孔板的能耗换算成电费：

￥/年=365×24×122.22×0.6≈642388.32￥/年
那么，每运行8个月，智能探针流量计比孔板节省的运行费用为：642388.32—24090=618298.32￥/年

智能探针式流量计与孔板流量计的耗能比为： 1.5:100

由于煤气介质的特殊性，我企业回收的高炉、焦炉、转炉煤气，含有水分、杂质和腐蚀性物质。在测量过程中如何保证测量设备高精度，防堵塞，经久耐用，无压损等是行业内关注的焦点。过去我企业煤气无计量或计量不完善时，各耗能工序煤气消耗量得不到有效控制，工艺操作没有定量参考，只凭经验操作，这在很大程度上既浪费了能源也使我们的管理手段缺少了真实的数据支撑。经过三年多的努力，我企业已从200万吨的钢铁规模发展到800万吨的规模。企业规模的升级，带来一个很严重的问题就是高耗能与如何节能，能源与资源优化配置成了我企业的战略问题。为此我们上了好多节能优化项目，比如煤气发电、TRT发电、电机变频技术的应用、余热利用和工艺设备改造等。在能源管理的实践中我们积累了经验，优化了管理，在企业内下大力搞好节能减排工作，制定各工序能耗指标，并对责任单位进行考核，这极大促进了我集团全体干部员工的节能意识，使各种能源消耗做到了合理利用。通过能源管理，各工序能耗尤其是煤气消耗得到了有效控制，富裕煤气发电为企业创造了客观效益。这些成果的取得离不开我们的计量管理，毕托巴流量计彻底解决了行业内煤气计量难题，高精度的计量数据成为了我们能源管理可靠的基础支撑。现在我企业不仅参与成本考核的煤气计量数据选用毕托巴流量计，一些工艺控制量也采用毕托巴流量计，可以说毕托巴流量计在我企业煤气计量中发挥了很重要的作用，在此我谨代表敬业集团向研制毕托巴流量计的专家表示衷心的感谢和良好的祝愿！

【参考文献】

《煤气基础知识》陈红萍，王胜春编，---北京：化学工业出版社，2008.2

《用能单位能源计量器具配备和管理通则》

《毕托巴流量计选型样本》