無孔板變頻空氣流量計量表在甲醛生產(chǎn)中的應(yīng)用

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

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摘要：智能儀表可精細整定各項參數(shù)的設(shè)定與修改，而且儀表內(nèi)部無可調(diào)可動元件，可靠性和穩(wěn)定性極高。智能儀表自帶溫度補償和參數(shù)斷電存儲功能，單片計算機自動運算查表法修正，是取代傳統(tǒng)數(shù)字表的新一代理想產(chǎn)品。

1 甲醛生產(chǎn)變頻風機空氣流量的取樣與風機節(jié)能問題

國內(nèi)甲醛生產(chǎn)企業(yè)很多采用孔板截取空氣管道壓差后，利用“U”型玻璃管壓差計來觀測或再通過壓差變送器經(jīng)電子積算儀表送顯。由于送風管道裝入孔板后，會造成1000~3000Pa的系統(tǒng)阻力，使風機能耗增加。兩葉風機阻力功耗約為0.85kW/kPa，三葉風機阻力功耗為0.8kW/kPa。兩葉風機的年阻力耗電為7000kWh/kPa，按電價0.70元/kWh計算，每年需多支出約5000元/kPa的電費。不少企業(yè)的工程技術(shù)人員，為了降低風道系統(tǒng)阻力，采取了二次擴徑加工來降低孔板阻力。甚至有增粗測量段管道加裝大口徑孔板的方法，使壓差降低至300Pa以下。但孔板投資少則幾千元，組成變送單元和流量儀表要一萬多元，每年因孔板取樣損失掉的電費有的高達15000元。

我們采用變頻調(diào)速器控制風機轉(zhuǎn)速來達到調(diào)節(jié)空氣流量的目的，既經(jīng)濟節(jié)能又操作方便。哈爾濱市正陽河粘合劑廠、哈爾濱巨業(yè)化工、綏化五源化工公司、河北省河間市鑫利化工廠、吉林市聚力工貿(mào)公司、黑龍江省朗鄉(xiāng)林業(yè)局刨花板廠等單位的甲醛生產(chǎn)線上均安裝了變頻調(diào)速器，同時取消孔板壓差測量方式，在氧控室就能遠程操作。一年平均負荷70%時，可節(jié)電49%，3萬噸甲醛裝置年省電費約20萬元。如果全國300套甲醛裝置都改用變頻調(diào)速器控制風機，每年至少可節(jié)約電費3000~5000萬元，十年約5億元。

在哈爾濱巨業(yè)化工3萬噸甲醛系統(tǒng)中，前期應(yīng)用了低壓差孔板120~250Pa，經(jīng)過智能數(shù)字流量計送顯出帶壓力補償、溫度補償后實際空氣流量。通過3年來的運行監(jiān)測表明其誤差在0.3%，但投資較高，約12000元（若進口類似裝置價格更高）。

黑龍江省朗鄉(xiāng)林業(yè)局刨花板廠同樣3萬噸甲醛裝置，采用本文所述變頻頻率法智能數(shù)字式空氣流量計，流量信號來自變頻器頻率輸出端子，取消了風機管線上的孔板，降低了系統(tǒng)阻力。一般甲醛生產(chǎn)所需空氣量為600m3/h·t，誤差在±12m3/h·t，若生產(chǎn)正常每小時甲醛產(chǎn)量在4t時，其誤差帶來的影響僅0.050t/h。儀表的應(yīng)用誤差在1.5%，投資約7000元。此法完全可以滿足甲醛生產(chǎn)工藝配比操作的需要。

2 風機空氣流量計算的重要性

在開車與正常生產(chǎn)過程中，能確切掌握風機實際送風量或調(diào)節(jié)到所需風量是每個甲醛車間技術(shù)人員zui關(guān)心的事。但事實上，許多甲醛廠只憑經(jīng)驗來操作，當發(fā)生孔板堵塞、掛泥等“U”型壓差計不準時，往往與生產(chǎn)的甲醛產(chǎn)量對不上，嚴重時會造成工藝偏離，單耗增加。引管進醇也是常見現(xiàn)象，一般好處理。但處理孔板內(nèi)部問題較為麻煩，若能發(fā)現(xiàn)這類問題更加困難。

本文從實踐出發(fā)，引出無孔板空氣流量計算方法，這是一種較新的風機流量計算理論。在大量研究兩葉和三葉羅茨鼓風機特性曲線基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)同一級別流量型號的風機，只要更換不同功率的電機或級數(shù)不同的電機，會產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速、額定壓力不同級別型號的風機。在風機制造廠里參觀同廠家討論中也證實了這一點。根據(jù)羅茨鼓風機風量公式簡化后的變頻風機風量計算表達式：

Qm=K×f1（1） [進口空氣溫度20℃時]

式中的K為整理后風機固有系數(shù)，f1為轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率。式（1）中可見，羅茨鼓風機風量與電機轉(zhuǎn)速頻率成線性關(guān)系。

但羅茨鼓風機在運轉(zhuǎn)過程隨出口壓力的增大，風量會有一定程度的降低。風機出口壓力在1000mmH2O與5000mmH2O時，有6%左右的風量偏差。高壓風機在1000mmH2O與7000mmH2O出口壓力時，達12%左右的風量差。由此可見羅茨風機的風量表達式必須加上壓力和溫度補償后，才能較精確地計算出實際工況條件下空氣流量值，滿足精細整定工藝參數(shù)的需要。

采用智能流量計上的羅茨風機空氣質(zhì)量流量計算公式為：

式中：

K—智能流量積算儀整定修正后的流量顯示比例系數(shù)

ρ20—20℃時的空氣密度，取1.205kg/m3

T0—273.15℃

PA—工作點大氣壓力，在0.1013MPa左右

P0—標準大氣壓，0.10133MPa

T—實際空氣溫度

F—風機流量頻率參數(shù)，取自變頻器頻率返饋輸出信號

P—風機補償壓力參數(shù)，壓力越大此值越小，同時與風機額定壓力大小有關(guān)，還與流量計滿量程計算精度有關(guān)，可在智能計算儀二級參數(shù)設(shè)定頁中壓力補償?shù)牧砍瘫壤禂?shù)項得以修正。

3 無孔板空氣質(zhì)量流量計應(yīng)用計算示例

一臺三葉羅茨風機，電機功率75kW，額定壓力78.4kPa，額定流量2400m3/h。采用WP系列智能流量積算儀，溫度補償用PT100熱電阻，壓力補償采用0.1MPa遠傳電阻表。

遠傳電阻表輸出反接，即壓力升高，電阻變小。

WP系列智能流量積算儀二級參數(shù)設(shè)定中壓力補償?shù)牧砍瘫壤禂?shù)項修正系數(shù)為1.115。見下表：

羅茨風機不同出口壓力下的頻率法空氣流量計算比照表

風機出口壓力kPa

風叫出口流量m3/h

頻率法空氣流量示值

頻率法計算誤差

9.8

2676

2643m3/h

-1.23%*

19.6

2616

2613m3/h

-0.11%*

29.4

2556

2587m3/h

+1.21%*

39.2

2532

2560m3/h

+1.10%*

49.0

2496

2534m3/h

+1.52%*

58.8

2460

2508m3/h

+1.95%

68.6

2430

2483m3/h

+2.18%

78.4

2400

2456m3/h

+2.33%

注：上表內(nèi)按進口空氣溫度2O℃條件下計算所得。

由表中可知，頻率法空氣流量的計算誤差為<±2.5%，若孔板流量“U”型壓差在30mmH2O處也有1mmH2O的波動，肉眼是不宜識別的，其誤差有±3.3%。

甲醛生產(chǎn)風機的出口壓力常工作在19.6~49kpa區(qū)域內(nèi)（上表帶“*”處），因此頻率法空氣流量計的積算顯示誤差為±1.5%，比觀察“U”型壓差更直觀、方便，簡單實用。

4 結(jié)論

如果將本方案中儀表的流量顯示比例系數(shù)K略縮小一些，完全可以實現(xiàn)滿量程誤差<±1.5%。常用的渦式流量傳感器、靶式流量傳感器、差壓變送器設(shè)計精度等級也僅有1.5級，加上靜壓誤差和工作區(qū)域非線性誤差，有的高達5.0級綜合精度指標。智能儀表可精細整定各項參數(shù)的設(shè)定與修改，而且儀表內(nèi)部無可調(diào)可動元件，可靠性和穩(wěn)定性極高。智能儀表自帶溫度補償和參數(shù)斷電存儲功能，單片計算機自動運算查表法修正，是取代傳統(tǒng)數(shù)字表的新一代理想產(chǎn)品。

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