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聯系我們1、氧化鋁生產中蒸汽消耗分布及目前的現狀
在拜耳法氧化鋁生產中， 工藝綜合能耗主要由蒸汽、 電力、 水、 壓縮空氣和燃料組成， 其中蒸汽是氧化鋁生產的主要能源消耗指標之一， 汽耗的高低直接反映這個企業的生產管理和駕馭生產的能力。
以某一氧化鋁為例， 工藝綜合能耗約15. 2GJ/t-A l 2 O 3 ， 蒸汽約占42% ， 其中蒸汽由高壓蒸汽和低壓蒸汽兩部分組成。 表1為某氧化鋁企業高低壓蒸汽消耗點。
以表1為例， 氧化鋁企業蒸汽需要計量點一般在8~10個， 用汽量從3. 5~206t/h不等， 溫度和壓力也不盡相同。
目前， 在氧化鋁企業蒸汽計量儀表通常采用兩大類， 一類是基于伯努力方程原理的， 如差壓孔板﹑音速噴嘴、 阿牛巴、 德爾塔巴、 平衡式等， 在這類儀表中， 又以差壓孔板、 阿牛巴、 德爾塔巴占比較多；另一類是基于線性連續方程原理的， 如渦流量計、質量流量計， 由于質量流量計價格昂貴， 且高溫狀態下精度喪失， 故而又多以渦流量計計量為主。
基于伯努力方程原理的蒸汽計量儀表， 其流量計量方程式為 （1） ：
其中：
Q f 為工況體積流量；
△P為差壓；
ρ f 為工況下介質密度；
σ為流量系數；
k與介質黏度加工精度有關系數；
τ為介質膨脹系數。
公式 （1） 說明， 一方面由于方程式中存在著介質蒸汽的密度ρf， 因此， 計量儀表的標定在氧化鋁企業中是個很麻煩而且往往不準確的， 一般生產廠大都采用水標定， 這種方法標定出來的精度， 不代表測量蒸汽的精度。 另一方面由于方程式 （1） 中還有一個氣體的膨脹系數τ， 對于不同的蒸汽， 不同的壓力， 不同的溫度條件下的膨脹系數都不盡相同， 因此， 即使用壓縮空氣進行標定出來的精度也不代表測量蒸汽的精度。
2、渦街流量計工作原理
渦街流量計是基于線性連續方程原理：
其中：
St斯特勞哈爾數， 無量綱；
v介質流速；
f頻率H z/S；
d迎流面寬度。
在這個公式 （2） 中有2個函數，一個是流體流速v， 另一個是斯特勞哈爾數St， 而斯特勞哈爾數St是雷諾數Re的函數， 當雷諾數Re到達20000后， 斯特勞哈爾數St就是一個常數。 當渦街流量計測量發生體形狀固定， 迎流面寬度就一定， 這樣一來， 頻率僅僅取決于流體流速， 是線性連續方程， 通過圖1示渦街流量計測量模型推導， 得到流量計量方程式 （3） ：
其中： St斯特勞哈爾數， 無量綱； f頻率H z/S； D流量計通徑 ； d迎流面寬度。
渦街流量計是基于線性連續方程原理， 只要雷諾數大于20000， 測量與流體的性質無關， 與密度、黏度等均無關。 用水標定出來的流量系數同樣適用于蒸汽計量， 在常溫下標定出的流量系數同樣適用于低溫和高溫蒸汽。 這樣， 渦街流量計更能適應氧化鋁企業內高低壓、 不同溫度蒸汽計量的需求。
K為流量系數， 含義是每升流量由幾個脈沖表示， 即是P/L， 經過公式變換， 實際運用中的渦街流量計計算公式 （4） ：
一般， 渦街流量計的流量系數， 其實在設計時就已經定下來了， 但是每個生產廠都要對每一臺流量計進行標定， 就是為了檢驗制造誤差。 但不管這個數是什么數， 標定合格了的流量系數就是正確計量的常數， 適用于不同工況狀態的蒸汽。
另外要注意， 從公式 （4） 可以看出， 渦街流量計只能測流體的工況體積方， 質量方和標準體積方是根據密度或壓力溫度換算出來的。
3、氧化鋁生產中蒸汽計量設計選型
以表1為例， 氧化鋁企業蒸汽需要計量點在8~10個左右， 且一般均為過熱蒸汽， 數學模式為二元函數， 因此, 設計時需要考慮壓力、 溫度雙補償。
3. 1 工藝參數的選擇
設計選型時要考慮的因素包括： 流量參數范圍、 壓力參數范圍、 溫度參數范圍， 以流量選通徑。
同時遵循如下原則：
（1） zui高壓力情況下考慮zui小流量是否在該通徑的工作范圍之內；
（2） zui低壓力情況下考慮zui大流量是否超出該通徑的工作范圍之內；
另外， zui高溫度對應脈沖輸出時應考慮發生體寬度的膨脹系數， 工況溫度條件下的流量系數Kt：
Kt=K×[1-4.8×10-5×（T-15）]
其中：
T為工況溫度； K為標準流量系數 （一般在儀表銘牌上） 。
3. 2 通徑的選擇
設計選型時， 考慮到減少壓力損失， 在進行蒸汽計量時， 對流量下限有一定要求， 要根據蒸汽流量的大小來選取流量計的通徑， 而不能根據原管道內徑來選取流量計通徑。
蒸汽流量計通徑選擇可以采用查表法及計算驗證。
查表法即是在產品樣本上， 根據工況壓力下蒸汽可測流量范圍表查取流量通徑； 然后計算驗證流速、 雷諾數是否在一定范圍內。
（1） 流速計算： 蒸汽流速范圍一般2m / s~60m / s，zui高應＜80m /s。
V= 4×Q/ （3600×π×D×D）
其中： V為流速； Q為體積流量： D為流量計通徑。
（2） 雷諾數計算法： ①zui低流量時的雷諾數不得小于5000； ②保證精度zui低流量時的雷諾數不得小于20000。
其中： V為流速； ρ為密度； μ介質黏度； D為流量計通徑。
當然有的產品能提供計算機選型軟件， 直接把相關工藝參數輸入， 就能得到理想的結果。
3. 3 注意事項
（1） 選擇信號輸出時建議使用脈沖 （頻率） 輸出方式， 如果要求輸出電流信號， 轉換過程將喪失±0. 2% ~ 0. 4% 精度。
（2） 在氧化鋁企業中， 蒸汽的溫度一般都大于150℃， 建議采用分體型渦街流量計， 另外一定要考慮溫度和壓力補償問題。
4、安裝要求
在氧化鋁企業蒸汽測量過程中， 被測蒸汽具有穩定流態是保證渦街流量計測量的前提條件，要使渦街流量計的測量值更穩定、 準確， 安裝時需注意以下幾點。
（1） 安裝確保傳感器銘牌上的箭頭指向與流體流向一致。
（2） 安裝建議遵循直管段的要求， 見表2， 當現場無法滿足直管段要求時， 建議采用與渦街流量計配套的流量鎮流器。
（3） 安裝傳感器避開振動源或者在振動較小的地方， 遠離大功率用電設備。
（4） 安裝帶焊接時要注意搭鐵的位置， 防止壓電晶片的損壞， 一般要件焊左搭左， 焊右搭右。
5、常見問題及注意事項
5. 1 無流量有信號
首先檢測判斷是否有振動， 如有輕微振動， 處理方法是外部機械消振措施， 如用橡膠軟接頭， 橡膠軟墊等消振， 用支架固定管道； 或者是根據產品說明書調整參數設置， 消除振動。 如嚴重振動， 則是更改流量計安裝位置、 加固管線、 流量計前后加軟連接。
其次檢測判斷是否有50H z工頻干擾通常采用頻率計測量或電流值計算方法。 這里介紹電流值計算方法， 計算公式 ：
其中：
Q f 體積方m3 /h； Qm 質量方Kg/h； ρ工況密度Kg/m3 ； Kt儀表流量系統。
如果計算出的結果是或者接近50H z， 可采取保證轉換器的外殼接地螺釘可靠接地或者把整個轉換器浮地。
5. 2 有流量無信號
首先檢測接線是否正確， 供電電源的電壓等級是否符合要求， 電源極性是否接正確， 分體式的還要檢測電纜是否連接正確， 再有就是檢查發生體、 轉換器是否損壞。
其次判斷實際工藝蒸汽流量是否太小， 判斷方法是在靠近流量計的管道旁有規律地連續敲擊, 無論何種型號的流量計均會出現流量顯示。 處理辦法就是更換通徑小一些的流量計或在工藝條件允許的
情況下加大流量。
5. 3 流量不穩定
現場觀察流量計安裝時墊片是否同心或伸人管道， 工藝管道是否符合表2氧化鋁企業安裝要求或者產品說明書的zui大要求。 處理辦法就是正確選用配套墊片并正確裝配， 更改流量計安裝位置或加流
量鎮流器。
渦街流量計是基于線性連續方程原理進行測量的新型流量計， 因具有良好的介質適應能力， 是節流式流量計的理想替代產品。 它可以測量氧化鋁企業高低壓蒸汽， 在氧化鋁行業中廣泛應用。 但只有
在正確設計、 正確選型以及正確安裝的條件下才能保證其測量準確穩定， 為降低氧化鋁能源消耗發揮其應有的作用。
