简述韶钢焦炉煤气计量的难点所在，介绍毕托巴流量计工作原理，计量及采集过程、现场安装投运方法、节能分析计算、与传统差压流量计相比的优点以及运用效果。
焦炉煤气是指炼焦用煤在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品，主要由氢气和甲烷构成，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气和其他烃类，其热值高，在钢铁企业中被广泛使用。而焦炉煤气因含有焦油焦油、苯、萘、水气等杂质，容易堵塞测量设备，一直困扰着焦炉煤气流量的计量工作。
1 焦炉煤气计量的难点所在
目前， 韶钢测量焦炉煤气的方式主要有孔板流量计、文丘利流量计、V 锥流量计等传统节流式差压流量计。而因焦炉煤气中杂质，容易在供气管壁、节流装置的取压口、阀门和导压管连接处大量淤积，造成计量不准确甚至无法计量。此外，传统的收缩取压方式压损大，功耗大，不利于节约风机压缩机能耗。韶钢也曾使用过热式质量流量计来测量焦炉煤气，其利用传热原理，即流动中的流体与热源(流体中加热的物体或测量管外加热体)之间热量交换关系来测量流量的仪表。在焦炉煤气较纯净的时候，其测量问题不大，一旦焦炉煤气的处理工艺设备或处理工序出现某些问题， 焦炉煤气中的焦油、萘、水气等杂质增多时，热式质量流量计便无法继续计量。为此，仪表维护人员需要将大量的精力放在传统节流差压式流量计测量装置的导压管路和热式质量流量计探头的清理、导通、排水、吹扫等方面，由此造成维护工作量大，维护成本高。如何做到流量计的防堵塞，如何减少因计量造成管道气体压损，是计量行业遇到的普遍性难题。为解决好上述难题， 在2011 年1 月， 计控部对焦化厂4.3 米焦炉外供焦炉煤气检测点试用了一种新型的流量计———毕托巴流量计。 运行一年多来，其流量计测量数据稳定可靠，波动量小，未出现过任何堵塞现象，很好地解决了焦炉煤气计量中的难题。
2 毕托巴流量计工作原理
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，其采用皮托管原理提取流体流速，再换算成流体体积流量或质量流量的差压式流量计。毕托巴流量计采用非收缩节流设计，其将传感器插入气体管道中心，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。因为流量计传感器一般采用在水平管道正上方垂直管道中心线位置安装，取压口是与传感器平行线成30° 的圆管斜切面( 探针)， 由不锈钢(1Cr18Ni9Ti)制作而成，结构简单，设计合理。当取压口遇到杂质，杂质会在重力作用下自行脱落，不会粘附在取压口上，因而起到良好的防堵塞效果。毕托巴流量计相关的计算公式：
Q体=K(V中心×S)
Q质=Q体×ρ
V中心：修正后的管道中心流速，K：管道修正系数，ΔP：风
洞标定修正后的标准差压，Q体：介质的体积流量，Q质：介质的
质量流量，ρ：介质密度。在韶钢安装的毕托巴流量计， 其传感器的正压为Φ20mm 正斜切面的探针取压，负压为Φ18mm 背斜切面的探针取压， 将正负压送入高精度的差压变送器转换成4-20mADC 标准电流信号，再引入由单片机构成的BTB-A 系列积算仪。其带24V 直流配电功能，具备流量分段修正功能(对测量压力温度相对恒定的介质，可以采取缺省的温压补偿来设定密度)，通过参数组合设定，最终显示实时流量、累计流量、差压值等。同时输出瞬时流量相应的4-20mA DC 电流信号给数据采集模块， 最终上传至韶钢EMS 能源管理中心系统，经过服务器处理后，对其进行流量的实时显示、历史曲线，生产调度指挥以及累计量、报表生成等，为单位间的能源计量提供结算依据。韶钢使用的毕托巴流量计计量及采集原理如图
补偿修正公1 所示。此外，差压变送器转换成的标准电流信号，也直接接入DCS 系统(或PLC)进行流量换算，只需在系统中建立厂家给定的的式即可。
3 毕托巴流量计的安装方式、安装步骤和投运方法
1)安装方式
毕托巴流量计安装时采用在水平管道上从上往下的插入式安装方式， 安装方式有螺纹连接和法兰连接等多种方式。采用法兰连接安装时，只需要在测量管道上钻一个Φ25-Φ60mm 之间的插入孔(根据传感器大小而定)，再将法兰连接座定位焊接在管道上，最后，按照要求进行开孔，然后将毕托巴按照计算好的长度插入到被测管道中，通过螺栓与法兰紧固即可。对于煤气等易燃性气体管道上的安装，必须相应的防火安全措施，做好应急预案，准备足够的灭火器材，防止事故发生。
2)安装步骤
(1)选择好位置并开孔。在对应的被测介质管道上按照技术参数量好安装前后直管段的距离，找好安装点，在管道上打磨光滑，焊接连接底座，安装好开孔器后进行开孔作业，对于煤气管道上的带压开孔，最好使用手动开孔器。
(2)安装流量计的传感器。开孔完毕后，取出穿孔机器。毕托巴流量计在插入管道前应检查插入尺寸和头部方向，要保证安装后头部位于管道中心线上，即管外径的一半，并且使总压孔对正来流方向。
(3)在传感器插入管道后，密封螺帽，紧固好固定螺杆。
引总压(正压)和静压(副压)的引出口的导压管到差压变送器的三阀组，要求两导压管应位于同一水平面，弯度尽量保持一致，防止因两导压管高度不同引起的测量误差。
(4)检查所有管道接头等连接件应焊接牢固，应用肥皂
水进行气密性检查，如发现漏气应立即进行处理。焊接部位应做防锈处理，可涂上黄油等处理。
3)投运方法
(1)正确连接差压变送器线路后，从积算仪处为差压变送器提供24V 直流电源。
(2)用通讯器设置差压变送器的单位、量程等参数，检查零点是否正确，若有偏差进行调零。
(3)打开关闭差压变送器正压阀，关闭平衡阀，快速打开负压阀。差压变送器投入运行。
(4)根据厂家提供的参数对BTB-A 积算仪进行正确设置，正确连接电流输出至模块线路，检查回路电流是否与瞬时流量相对应。
4 毕托巴流量计的节能分析计算
毕托巴流量计相对于传统孔板等差压流量计，其节能效果值得关注。以Φ920×7mm 的焦炉煤气管道流量测量为例，设压力为7kPa，工作温度为60℃，此时介质的密度为ρ=0.45kg/m3,通常焦炉煤气鼓风机每天24 小时都处在运行状态， 假设焦炉煤气鼓风机的电动机效率η=85%， 工业用每度电的费用为0.7元，当介质体积流量为Qv =35000Nm3/h=9.72m3/s 时，分别对
如下2 种情况进行计算：
(1)如使用毕托巴流量计测量时产生的差压为ΔPv =0.14kPa，毕托巴的压损系数为0.03，则通过毕托巴流量计测量此介质时产生的压损为：PPLv =0.03×ΔPv =0.03×0.14kPa=0.0042kPa因此毕托巴的功率损失：Hpv=Qv ×PPLv ÷η=9.72×0.0042÷85%=0.048(kW)那么，使用毕托巴流量计能耗换算成电费为：年/元=365×24×0.048×0.7=294.34 元/年
(2)如在同样条件下使用传统的标准孔板流量计采用角接取压方式来进行流量测量， 假设当孔板的开孔比β=0.66时， 查孔板相关资料计算可知孔板产生的差压为ΔP0 =1.225kPa，孔板的压损系数一般为0.5，则通过孔板流量计测量此介质时产生的压损为：PPL0 =0.5×ΔP0 =0.5×1.225kPa=0.6125kPa因此标准孔板的功率损失：Hp0=Qv ×PPL0 ÷η=9.72×0.6125÷85%=7.004(kW)那么，使用标准孔板流量计能耗换算成电费为：年/元=365×24×7.004×0.7=42948.53 元/年通过以上能耗计算数值对比，可发现，使用毕托巴流量计计量与使用传统孔板流量计计量相比能耗很低，具备很明显的节能效果，经济效益和社会效益显著。
5 毕托巴流量计与传统差压流量计相比的优点
毕托巴流量计在对测量焦炉计量中具备良好的表现在于，与传统差压流量计相比具备如下明显的优点：
(1)具备卓越的防堵塞耐磨设计，大大减轻仪表维护人员的劳动强度和降低维护成本。
(2)具备优越的节能效果，同时在测量过程中对介质的压损很小甚至可以忽略，运行成本降低，被国家发改委节能信息传播中心推荐为第61 号节能产品。
(3)每台流量计单独风洞标定，独特的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。
(4)适用性强：传感器能测量含杂质多的介质，适用多种流体和多种管道形式。
(5)安装简便，实现了带压开孔、在线安装，在线疏通、在线清洗，取压部位带有吹扫阀门，如特定场所安装的流量计在有清理必要时可接上氮气或蒸汽进行反吹维护。
(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)测量流量范围广：气体流速在1m/s 以上，液体流速在0.1m/s 以上的介质都可以精确测量，对低流速、小流量、大管径测量效果更佳。
6 毕托巴流量计的运用效果
从焦化厂4.3 米焦炉外供焦炉煤气检测点中运用毕托巴流量计计量后的情况看，流量检测数据一直稳定可靠，波动量小，没有出现过任何堵塞现象，充分证明了毕托巴优越的防堵塞性能。此检测点计量数据基本符合焦炉的理论煤气发生量，得到了供需双方的认可。仪表维护人员不必再花大量的精力去清理堵塞的测量管路和探头，大大减少了的维护工作量，降低了企业的生产成本。因采用毕托巴流量计进行计量，煤气管道中不必安装大型的节流装置，使得管道中气体的压损也很小，从而大大降低风机加压机的能耗。选用毕托巴流量计在计量焦炉煤气的成功经验，为今后解决其它介质的计量问题提供一种新的思路，值得推广运用。
7 结束语
随着科学技术的不断发展，越来越多的新型流量仪表陆续出现，测量方法和仪表的种类越来越多。但是，至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。其原因是每种产品既有其特定的适用性，又有其一定的局限性。只有不断积累生产经验，不断进行实践探索，针对不同介质和不同的测量环境，选择最合适其测量的仪器，既做到设备安装方便、运行稳定、维护简单、数据精准，又做到节能降耗，从而实现计量效益的最大化。
