本文以煉鋼廠工程中對(duì)于流量測(cè)量?jī)x表的應(yīng)用，介紹了煉鋼、精煉、連鑄過(guò)程中的主要工藝和鍋爐熱水流量計(jì)的原理和分類(lèi)，深入分析了鍋爐熱水流量計(jì)選用需要考慮的問(wèn)題，并對(duì)影響測(cè)量精度的因素進(jìn)行了探討，指出了鍋爐熱水流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。
在西鋼煉鋼工程中主要用在110t康斯迪電爐、2臺(tái)90t精煉爐和配套VD工位；三機(jī)三流連鑄機(jī)等三位一體冷卻水檢測(cè)系統(tǒng)，此系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝過(guò)程是*先將鐵水兌入電爐、精煉爐冶煉脫氣，其次通過(guò)連鑄機(jī)澆鑄成具有一定形狀和要求的尺寸規(guī)格的鑄坯。
三位一體核心設(shè)備主要包括電爐主體設(shè)備、供電設(shè)備、煙罩設(shè)備、真空脫氣設(shè)備、澆鋼設(shè)備、切割區(qū)域設(shè)備、連鑄機(jī)本體設(shè)備、引錠桿收集及輸送設(shè)備等。水冷系統(tǒng)主要包括旋轉(zhuǎn)接頭，水泵、水管、足量水源。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)配水量有嚴(yán)格要求，例如結(jié)晶器水流量檢測(cè)，噴淋水流量檢測(cè)，110噸康斯迪電爐變壓器、爐殼、電極保護(hù)用水及煙罩用水都用鍋爐熱水流量計(jì)。
1、鍋爐熱水流量計(jì)的原理和分類(lèi)
鍋爐熱水流量計(jì)的設(shè)計(jì)是根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)管中導(dǎo)電的流體被看作導(dǎo)體，管道的內(nèi)徑可看作道導(dǎo)體的長(zhǎng)，原理圖如圖1所示，兩電極裝到與管道的中心軸和磁場(chǎng)方向組成的平面相垂直，拾取液體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：
由上式看出瞬時(shí)流量只和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成線(xiàn)性關(guān)系，與其他物理量無(wú)關(guān)，這是鍋爐熱水流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一。
鍋爐熱水流量計(jì)按照激磁電流的方式不同分為：直流激磁、交流激磁、低頻矩形波激磁和雙頻激磁。直流激磁適用于測(cè)量金屬液體的流量，如高溫下的鈉、汞等。交流激磁可以避免在電磁表面極化，但容易形成零點(diǎn)漂移。低頻矩形波激磁功耗小，受電極污染后影響小，沒(méi)有零漂，很快被人們所接受，成為主要的激磁方式。雙頻激磁是在低頻矩形波激磁基礎(chǔ)上疊加高頻波，改善了低頻矩形波激磁的流動(dòng)噪聲和漿液噪聲。
鍋爐熱水流量計(jì)由于其無(wú)法比擬的一些優(yōu)點(diǎn)使其市場(chǎng)占有率一直持高。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流體流過(guò)流量計(jì)不會(huì)產(chǎn)生壓力損耗；可以測(cè)量骯臟介質(zhì)、渾濁介質(zhì)以及腐蝕介質(zhì)液固兩相流量；測(cè)量過(guò)程不易受液體的密度、溫度、粘度影響；測(cè)速范圍比較寬。雖然鍋爐熱水流量計(jì)在不斷完善，但仍存在一些不足：不能測(cè)蒸汽、氣體和氣液兩相介質(zhì)；容易受到外界磁場(chǎng)干擾影響；對(duì)于導(dǎo)電率較低的介質(zhì)不能測(cè)量，如有機(jī)溶劑或者奶制品等。
2、選用鍋爐熱水流量計(jì)要考慮的主要因素
2.1 液體導(dǎo)電率
鍋爐熱水流量計(jì)使用的前提必須導(dǎo)電，不能低于閾值，常規(guī)流量計(jì)閾值一般在10-4～10-6s/m，應(yīng)該根據(jù)型號(hào)定。有機(jī)溶劑和石油制品的導(dǎo)電率較低，因此不能用鍋爐熱水流量計(jì)來(lái)測(cè)量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，被測(cè)液體的導(dǎo)電率應(yīng)該比儀表廠商所規(guī)定的閾值的數(shù)量級(jí)要至少要大一個(gè)數(shù)量級(jí)。否則容易引起晃動(dòng)。
2.2 精度等級(jí)
鍋爐熱水流量計(jì)精度高的誤差大約為±0.5%～±1%，精度低的流量計(jì)大約為±1.5%～±2.5%，價(jià)格也相差2倍左右。因此應(yīng)該合理地選擇流量計(jì)，在精度要求不高的地方，選用價(jià)格較低的來(lái)減少花銷(xiāo)。有的流量計(jì)精度更高，但是安裝條件要求很高，如溫度20℃～22℃，甚至要做直流校準(zhǔn)，減小影響。
2.3 流速和口徑的選擇
流量計(jì)的口徑可以不與管徑一致，應(yīng)根據(jù)流量定。管道的液體經(jīng)濟(jì)流速一般為1.5～3m/s，在這種流速下，流量計(jì)的口徑和管徑一致即可。上線(xiàn)流速理論上是不限的，但是如果襯里不能承受流體沖涮建議不超過(guò)5m/s。容易沉積結(jié)垢的液體，應(yīng)選用流速不小于2m/s。
3、影響電磁流量測(cè)量精度的因素
如果鍋爐熱水流量計(jì)安裝和使用不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致誤差變大，甚至損壞。
3.1 接地環(huán)和電極材質(zhì)的選擇問(wèn)題
由于被測(cè)液體和電極或接地環(huán)不匹配引發(fā)故障，這種不匹配除了腐蝕問(wèn)題，還有電極的表面效應(yīng)，主要包括：化學(xué)反應(yīng)、極化現(xiàn)象、觸媒作用。接地環(huán)也同樣有這些問(wèn)題，不過(guò)影響程度小些。
3.2 管內(nèi)液體不滿(mǎn)管
由于流量計(jì)安裝的位置不良或者背壓不足，導(dǎo)致液體不能充滿(mǎn)管道，致使測(cè)量值比真實(shí)值要小。如果不滿(mǎn)管比較嚴(yán)重，使電極漏出液面，就沒(méi)有辦法測(cè)量液體了。如果流動(dòng)是塞狀流或氣泡流，不僅會(huì)使測(cè)量值不準(zhǔn)確，還會(huì)由于氣泡瞬間碰到電極表面而造成輸出晃動(dòng)。
3.3 液體中含固相
液體中如果含有顆粒，可能會(huì)造成的故障有：電極和襯里表面上覆蓋沉積層、襯里磨損、管道截面積變小。有些比較容易結(jié)晶的液體，當(dāng)流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí)引起內(nèi)壁上掛有一層固體，由于使用其他類(lèi)型流量計(jì)也存在同樣的問(wèn)題，所以可以選用被測(cè)量管路非常短，且容易拆卸的流量計(jì)，在結(jié)晶后能方便拆卸來(lái)進(jìn)行維護(hù)。
3.4 安裝
安裝過(guò)程中，應(yīng)該將流量計(jì)正負(fù)方向和流體流向一致。避免安裝在強(qiáng)磁場(chǎng)的地方。流量計(jì)不應(yīng)安放到不容易積氣的管道*高點(diǎn)，或者自上而下垂直的管路，這樣容易產(chǎn)生排空。流量計(jì)后面不應(yīng)該直接將液體排入大氣，而應(yīng)該有背壓以防止管道不滿(mǎn)管。
4、鍋爐熱水流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)
近些年，鍋爐熱水流量計(jì)發(fā)展迅速。為了適應(yīng)各種工況需要，鍋爐熱水流量計(jì)在導(dǎo)管形狀方面、勵(lì)磁方式方面、電極材料和結(jié)構(gòu)都在不斷地進(jìn)行改善。目前，國(guó)內(nèi)外主要有下述幾個(gè)發(fā)展方向：
一般鍋爐熱水流量計(jì)在低速（0.2m/s以下）進(jìn)行測(cè)量時(shí)，穩(wěn)定性和精度都很不理想，為了改善其不足，可以用等效截面法設(shè)計(jì)管道結(jié)構(gòu)。避免漏磁干擾，可以采用矩形管道，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)將切割磁力線(xiàn)的流體的長(zhǎng)度L和流體的平均流速v的值提高了，使得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值提高了。對(duì)于互相關(guān)算法對(duì)干擾進(jìn)行去除對(duì)低流速情況也非常有效。
鍋爐熱水流量計(jì)在測(cè)量液體流量的時(shí)候，一般要求流體流經(jīng)管道的時(shí)候是滿(mǎn)管。否則影響其測(cè)量的準(zhǔn)確性。目前非滿(mǎn)管的鍋爐熱水流量計(jì)有很多測(cè)量方法。可以采用磁伸縮液位法、電容液位測(cè)量法、微壓計(jì)、多電極法等等。
鍋爐熱水流量計(jì)目前普遍使用交流供電，功耗較大。主要從微處理器、電路設(shè)計(jì)、勵(lì)磁方式來(lái)考慮降低功耗。微處理器技術(shù)不斷地進(jìn)步，使其功能不斷擴(kuò)展，增加了自動(dòng)報(bào)警、自檢定、故障診斷等新的功能，而且聯(lián)網(wǎng)易于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。
鍋爐熱水流量計(jì)由于測(cè)量原理限制其只能測(cè)量液體導(dǎo)電率不低于5μs/cm的情形。為了解決對(duì)低導(dǎo)電率的液體進(jìn)行測(cè)量，主要考慮電極的大小、形狀以及安裝的方式，信號(hào)傳輸和擬制共模干擾等方面。現(xiàn)在鍋爐熱水流量計(jì)測(cè)量液體的導(dǎo)電率比傳統(tǒng)低了2～3級(jí)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)乙二醇和甘油這樣低導(dǎo)電率液體進(jìn)行測(cè)量。
5、結(jié)語(yǔ)
系列鍋爐熱水流量計(jì)流量計(jì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍廣，被廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)鍋爐熱水流量計(jì)的測(cè)量精度仍然普遍偏低，提高其測(cè)量精度具有重要的意義。另外，技術(shù)人員應(yīng)該熟悉工藝流程，只有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況合理使用流量計(jì)，才能發(fā)揮其效用。

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