發(fā)電機**中氣體質(zhì)量流量計的應(yīng)用

臟污、腐蝕氣體及多組分氣體。
▲超聲波流量計原理：在管道中測量測量順流和逆流方向超聲波的傳播時間，再經(jīng)過計算得出流體的流速。流體的流量

則可以通過介質(zhì)流速、管徑，以及用雷諾數(shù)對流體進行動力學(xué)方面的校正后得到。
      具體來說：在管道中以“Z”型裝一對超聲波傳感器，兩個傳感器之間的距離L作為超聲波的傳播行程。超聲波在

兩個傳感器之間的順流和逆流傳播時間分別表示為：
Ts=L/(C+Vcosθ)；Tn= L/(C-Vcosθ)
式中C為聲波在靜止空氣中的速度，它隨氣體性質(zhì)變化的函數(shù)，單位：m/s。V為氣體介質(zhì)流速，單位m/s。θ為聲波行程

與管道軸線之間的夾角。
 ▲超聲波流量計的使用也比較方便。在管道表面以“Z”型安裝，應(yīng)注意應(yīng)把傳感器安裝處打磨光亮并涂敷黃油，用固

定裝置把傳感器與管道擰緊即可。
 ▲超聲波流量計的缺點：量程比小(15：1)；維護相對麻煩；氣體精度高的價格高；計量需要溫度、壓力補償；
渦街流量計(氣體)
   2．2、  ▲ 渦街流量計特點：沒有可移動部件、計量精度高、壓力損失小
    檢測元件不與被測流體接觸、輸出信號與流體的溫度、壓力、密度、成分、粘度等參數(shù)無關(guān)。
▲    渦街流量計原理：它是應(yīng)用流體力學(xué)中的卡曼渦街原理來測量流體流量的。把一個旋渦發(fā)生體(圓柱體、三角柱

等非流線型對稱體)垂直插在管道中，當(dāng)流體在管道中流動時，會在旋渦發(fā)生體后方左右兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦，形成旋渦

列。這兩列旋渦相互形成平行狀，且左右交替出現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)方向相反。旋渦的頻率f(Hz)與流體的平均流速v(m/s)及旋

渦發(fā)生體的寬度(m)有如下關(guān)系：      f=St*v/d  (St為斯特勞哈爾系數(shù)，與旋渦發(fā)生體寬度d和流體雷諾數(shù)有關(guān))
▲    渦街流量計的使用相對簡單，安裝也比較方便，它分插入式和管道式兩種。在安裝時應(yīng)注意流體的流動方向應(yīng)同

流量計指示的方向相同。
▲    渦街流量計的缺點：量程比小(15：1)；受震動影響大；管道的大小與價格呈正比；需要溫度壓力補償方可計量

；小量程段不靈敏，不穩(wěn)定，幾乎不可測量。
2．3 轉(zhuǎn)子流量計(氣體)
 ▲轉(zhuǎn)子流量計的特點：就地顯示，無須電源；價格相對便宜；
它有兩種材質(zhì)，通常用的玻璃管轉(zhuǎn)子流量計和金屬管質(zhì)量流量計。就地顯示和遠傳顯示皆可，接口有HART、標準電流信

號、PROFIBUS等形式。
▲轉(zhuǎn)子流量計的原理：轉(zhuǎn)子流量計也是一種速度式流量計。它有兩部分組成，一個是上大下小的錐形管，另一是放在錐

形管中的轉(zhuǎn)子(也稱浮子)。利用流體通過轉(zhuǎn)子與錐形管壁之間的空隙(節(jié)流面積)時產(chǎn)生的差壓△P來平衡轉(zhuǎn)子的重量

。工作時，被測流體由錐形管的下端流入，從上端流出。流體對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向上托力的大小F總是等于轉(zhuǎn)子的重量G，即
      F=△P*A；G=V*(ρt-ρf)g
由于 F=G  故  △P*A= V*(ρt-ρf)g
  △P= V*(ρt-ρf)g/A        (1)
式中V—轉(zhuǎn)子的體積；A—轉(zhuǎn)子的*大截面積；g—當(dāng)?shù)氐闹丶铀俣龋?rho;t-ρf分別為轉(zhuǎn)子材質(zhì)和被測流體的密度；△P為轉(zhuǎn)

子垂直方向上下流體的壓差。有式(1)可知，在整個工作過程中，壓差保持不變。在流量增加時，當(dāng)然通過節(jié)流面積的

流速也增加，只有增大節(jié)流面積，減低流速，以維持壓差△P不變。故根據(jù)轉(zhuǎn)子的平衡位置的高低就能讀出流量的大小。

可用式(2)表示
  Q=k*h(2△P/ρf)1/2      (2)
      式中k—為儀表常數(shù)；h—為轉(zhuǎn)子浮起的高度。將式(1)代入可得
        Q= k*h(2gV(ρt-ρf)/(ρf*A))1/2
▲轉(zhuǎn)子流量計的使用比較方便，安裝時擰緊相應(yīng)的螺栓就可以了，但應(yīng)注意流體的流動的方向一定垂直向上。
▲轉(zhuǎn)子流量計的缺點：量程比小10：1；壓力損失相對大；污物易堵塞；安裝維護相對復(fù)雜；受震動影響大；需要溫度、

壓力補償?shù)龋还軓酱笮∨c價格呈正比，一般在DN200以下。        
2．4、發(fā)電機**中氣體質(zhì)量流量計的應(yīng)用
熱式氣體質(zhì)量流量計
▲熱式質(zhì)量流量計的特點：量程比寬可達1000：1；小量程段靈敏；不受溫度、壓力影響，直接測量氣體的質(zhì)量；壓力損

失可忽略；可實現(xiàn)大口徑小流量高精度測量；價格與管道的大小相差不大；高精度可達1%；溫度范圍寬可達-70℃～450

℃；對粉塵、顆粒物不敏感。    
▲熱式質(zhì)量流量計的原理：它是基于熱擴散原理的流量計。通俗的說，放在流體中的熱源，在流體經(jīng)過它時，熱源本身

的熱量將會損失，流體的質(zhì)量流量越大，熱源損失的熱量越大。這樣流體的流量與熱源損失的熱量在理想的情況下應(yīng)相

等。故知道了熱量的大小，我們就可以得出流體的流量。
      具體對熱式氣體質(zhì)量流量計(以下簡稱熱式流量計)實現(xiàn)來說，就是：熱式流量計的探頭有兩個探針，其中一只

是參考點，用來測量流體的溫度；另一只是加熱源，用來充當(dāng)熱源。根據(jù)前述我們可有下式(3)
        P/△T=A+B*(Q)m      (3)
式中P—為電子模塊為加熱源提供的功率；△T—為加熱源與參考點之間的溫差；A、B、—為與流體本身性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)

；m—為與流體本身性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)系數(shù)；Q—為流體的質(zhì)量流量。從式(3)我們可以看出，實現(xiàn)流量測量有兩種方法：

P固定就是恒功率法；△T固定就是恒溫差法。通常我們都采用恒溫差法測量，恒溫差法特點：小量程段特靈敏，反應(yīng)速

度也快，目前市場上流通的產(chǎn)品皆是采用此法。
▲熱式質(zhì)量流量計使用、安裝比較方便，它有插入式、管道式兩種形式。無論是插入式還是管道式，維護、操作極為簡

單，安裝時應(yīng)注意流體方向應(yīng)同熱式流量計指示的方向相同。
▲熱式質(zhì)量流量計的缺點：不適宜安裝在粘度大的環(huán)境中安裝；不適宜安裝在水珠含量在40%以上的場所。
3、發(fā)電機**中氣體質(zhì)量流量計的應(yīng)用
熱式氣體質(zhì)量流量計在氣體發(fā)電機組的應(yīng)用
    框圖
傳輸電纜    
整個系統(tǒng)是按照上圖安裝設(shè)計的，發(fā)電機組對氣源的壓力、組分要求不高，就高碑店污水處理廠而言，沼氣的壓力為氣

源壓力2KPa，溫度常溫，沼氣脫硫后的成分比：
H2S 0.653%  CO2 33.7% CH4 62.3% O2 0.47%H2 0.063% N2 1.46%
由于成分復(fù)雜，氣源壓力不大，以前采用傳統(tǒng)的流量計都達不到我們設(shè)計指標，經(jīng)過我們對傳統(tǒng)流量計的性能研究后得

出的結(jié)論：在測量組分復(fù)雜，壓力不大的工況條件，傳統(tǒng)的流量計由于本身的局限性，已無法測量。因而，經(jīng)過我們調(diào)

研后，發(fā)現(xiàn)熱式氣體質(zhì)量流量計完全符合我們的工況條件應(yīng)用。我們采用DCSY公司的Q***00 插入式，流速范圍：0.05～

120m/s。在安裝時在DN150管道上鉆一個￠20的口，然后焊上一個M27X1.5的內(nèi)螺紋底座，把帶有鎖緊接頭的Q***00擰入

底座中就可以了。安裝也非常方便。由于它輸出的標準的電流信號，可以直接接入計算機的采集卡，依靠專用軟件實現(xiàn)

對系統(tǒng)的綜合管理，使我們的能源損耗和電能產(chǎn)出有了一個準確計算依據(jù)。
實際測試數(shù)據(jù)：
儀表為Q***00熱式氣體質(zhì)量流量計，燃氣壓力為2kPa，環(huán)境溫度為33℃，空氣相對濕度50%。燃氣管徑φ150。
流量計測量值為燃氣流速S(m/s)，流量值為計算值。
計算公式為：Q＝ S×πR2×3600,R為管徑0.075m。
流量計所測量的流速值是按空氣成分進行標定的，當(dāng)氣體成份發(fā)生變化時，應(yīng)進行修正。沼氣組分如下：
成分    H2S    CO2    CH4    O2    H2    N2
百分比%    0.653    33.7    62.3    0.47    0.063    1.46
修正公式：1/Fmix=V1/F1+V2/F2+……Vn/Fn
其中：Fmix為修正系數(shù)，F(xiàn)n為各組分的系數(shù)，Vn為百分比。
各組分系數(shù)如下：
    H2S    CO2    CH4    O2    H2    N2
系數(shù)    0.933    0.795    0.823    0.946    1.019    0.946
經(jīng)以上公式計算可知：修正系數(shù)為0.827。
從以上計算可以看出：機組在450kW時氣耗率為1.97kW/m3。
4、發(fā)電機**中氣體質(zhì)量流量計的應(yīng)用
結(jié)論
    通過我們在高碑店污水處理廠的實際應(yīng)用的情況看，熱式氣體質(zhì)量流量計在氣體測量方面的優(yōu)勢特別明顯，尤其是

在壓力小、氣體成分復(fù)雜的情況下。熱式氣體質(zhì)量流量計同其他流量計相比有著壓力損失小、量程比寬、小量程段靈敏

等優(yōu)點，更利于節(jié)約能源。它的成功應(yīng)用，為今后氣體發(fā)電機組提供了**計量的設(shè)備。