热式气体流量计在CEMS系统中的应用

一、问题的提出

    大多应用在热力厂和发电厂的CEMS系统，测量流量过程分析面对的困难与问题很多：高温、高粉尘、高水份、负压及腐蚀性等；工况条件通常是：烟气介质温度在150℃左右，热电厂的一次风或二次风一般在200℃，但个别也有的400℃左右，；流速一般在30m/s左右；准确度一般要求在1~2%左右；粉尘颗粒0～1000mg/m3；压力测量范围：-70～70mbar。在这种条件下，应保证必要的检测准确度，应有较快的反应速度；应易安装、易标定；防尘、防溅、防腐等防护要求；应有较高的自动化程度，较少的维护工作量。针对这些问题，我们通常有两种仪表可以选择：皮托管；热式气体质量流量计。

二、皮托管流量计与热式流量计的比较

• 皮托管流量计

结构图

原理：通过测量压力来测量流速，操作时将测速管放在管内任意位置，使内管管口与流动方向向垂直，测得该位置上的动压与静压能之差，以hA或△p=RgρA。一般将测速管放在管中心，测得的是管中心的最大速度。
速度计算公式：V=（2△p/ρ）1/2

用皮托管测量流速存在的问题：

• 为实现流速的测量，仪表得配备差压变送器，尤其是在小流速（10m/S）的的测量，由皮托管产生的压力很小，目前所配的微差压变送器的精度受本身制造工艺的影响，精度无法考虑；其流量系数受测管大小、工艺管径比、安装等因素的影响。也就是说，要想兼顾整个量程段的准确度，从原理上是不可能的。
• 抗腐蚀性问题。一般皮托管应用在CEMS系统中时，材质选用304、316L不锈钢，为了防止腐蚀，采取喷涂或套四氟材料等措施，但通过实际的应用时，都达不到理想的效果。
• 安装、维护问题。由于用皮托管测量流速采用皮托管+差压变送器来实现，无形中增加了安装的复杂性，增加了整个系统中的结构紧凑性。由于在CEMS系统中的应用易出现堵塞现象，为此大多采用皮托管测量流速的厂家，增加了反吹装置。这无形中增加了单位面积的安装复杂度和维护复杂度；
• 准确度问题。准确度取决于：安装方向；结构设计；变送器的精度。一般设计精度在3%左右。
• 含尘的气体测量不宜测量。

优点：

皮托管原理测量流速的原理优点：耐高温；方法简单；价格适中

• 热式气体质量流量计

目前在CEMS系统中应用的热式质量流量计不多，下面以SAILSORS品牌TF100为例说明

(1)结构：

探杆材质：316L、哈氏合金C-276、钛材、钽材等可选

探头材质：316L、哈氏合金C-276、钛材、钽材等可选

(2)原理

    热式质量流量计是利用热传导原理检测流量的仪表，即流动中的流体与热源之间热量交换关系来测量流量的仪表。可用表达式来具体说明：P/△T=A+B（Q）m

其中A，B是与气体物理性质有关的常数。从上述公式可以看出：加热功率与热源的温度差的比值可以得出质量流量Q。在实际的应用中，我们把加热功率或温度差任一个参数固定来测量流体的质量。前者为恒功率法；后者为恒温差法。

(3)特点

    专家系统算法；计算机辅助制造技术；宽量程比；大口径，低流速；低压损；质量流量测量无须温压补偿；低流速测量非常灵敏。

(4)应用

    在CEMS系统中，国外大都选用热式质量流量计。不但是它的精度高，而且最重要的是它安装方便性、操作的便利性、抗腐蚀性等睹多优点，是业界的首选仪表之一。

    在国内，由于大家对热式质量流量计的认识不足，再加上价格因素的原因，造成了在CEMS系统中热式质量流量计产品的应用不太理想，也不普及。在众多系统集成商应用中，由于CEMS系统中介质成分比较恶劣，常有颗粒、灰尘、水分及腐蚀性成分，易在传感部位（热式流量计的探针部分、皮托管在静压、动压的部分）形成堵塞，造成测量的不准确问题甚至是不能测量。大多数厂家（尤其是皮托管）都采用吹扫装置。SAILSORS公司利用在流量方面的优势，推出的针对CEMS系统中TF100C、D热式质量流量计。它不但具备了热式质量流量计的所有功能，而且最重要的是它也具备了除尘、除污的功能。

三、TF100C、D热式气体质量流量计在CEMS中的具体应用

1. 应用方案（简图）

1. TF100C、D热式气体质量流量计介绍

（1）TF100C结构

（2）TF100D结构

    TF100C、D两款质量流量计都是针对CEMS系统推出的产品，它适合在不同的应用场合：TF100C适合应用在环境较为恶劣的地方（易结垢的地方）；TF100D适合应用在粉尘多但湿度不大的地方。

（3）、实现原理

    对TF100C而言：正常测量时，探头是伸出来，与正常的热式流量计测量方法相同；刮扫时，探头做伸出/缩进运动，利用刮扫块实现对探头表面污物的清洁。特点：不影响测量结果。

    对TF100D而言：正常测量时，气源不给气，不进行吹扫；吹扫时，气通过喷嘴直接对探头吹，这时不进行测量。特点：重量轻；维修方便；对测量结果影响可以忽略。

具体实现思路，下面主要是针对TF100C进行描述，TF100D由于相对简单这里再不多描述。

实现方法：有一定压力的气源由电磁阀控制，有仪表定时控制电磁阀，气源控制气动装置，上下（或左右）移动带动刮扫块，从而对热式质量流量计的传感部件---探针实现清洁的目的。

（4）TF100C、D热式质量流量计的特点

    不但具备热式流量计的所有特点，而且最重要的是：克服了常规产品的缺点，实现了集测量、刮扫、防腐等功能与一体的功能。不仅重量轻，而且安装方便，与常规的热式流量计产品安装方法相同。

（5）TF100C、D设计保证

防腐问题解决方案

防腐问题常是：首先是探头问题：措施采用哈氏合金C-276等；其次探杆问题：采用特氟龙、四氟喷涂或四氟材料套管保护；哈氏合金C-276。

重量设计考虑

探头采用直径19；连接杆采用直径19；TF100C采用裸板结构,总重量应小于15公斤；

刮扫自如设计考虑

首先合理选择定位孔，只有这样才能在保证刮扫自如的情况下，不损坏探头的探针（克服结构带来的不一致性造成对探针的损坏），从而有效地保证长期的运行的可靠性。

定时功能实现设计考虑

在这一部分设计当中，应从系统设计的角度来考虑，一是：系统采样时间；二是：仪表采样时间；三是：整个气动结构的刮扫时间。一般是这样考虑的：刮扫时间应小于系统的采样时间，大约是1/5倍。或根据用户自己定。准确度考虑

整机准确度：1%读数+0.5%满量程

（6）TF100C、D热式质量流量计的特征曲线

四、结论

    SAILSORS公司的TF100C、D热式质量流量计把传统的热式流量计与刮扫装置合二为一的产品，以适用，安装方便，清洁效果好的特点，一经推出就受到了业界的一致好评。