热式气体质量流量计在CEMS系统中的应用
摘 要：本文介绍了HKTMF系列热式气体流量计产品在烟气测量系统（CEMS）中的应用背景、相关产品比较及设计思路。
关键字：热式质量流量计 刮扫装置
1 问题的提出
应用在热力厂和发电厂的大多数CEMS系统，测量流量过程分析面对的困难与问题主要有：高温、高粉尘、高水分、负压及腐蚀性等；工况条件通常是：烟气介质温度在150℃左右，热电厂的一次风或二次风一般在200℃，但个别也有在400℃左右，流速一般在30m/s左右；准确度一般要求在1%左右；粉尘颗粒0~1000mg/m3；压力测量范围：-70~70mbar。
在这种条件下，应保证必要的检测准确度，较快的反应速度；易安装、易标定；满足防尘、防溅、防腐等防护要求；应有较高的自动化程度，较少的维护工作量。针对这些问题，我们通常有两种仪表可以选择：皮托管或热式气体质量流量计。
2 皮托管流量计与热式流量计的比较
2.1 皮托管流量计
结构如图1所示，原理：通过测量压力来测量流速。操作时将测速管放在管内任意位置，使内管管口与流动方向垂直，测得该位置上的动压与静压能之差，以hA或Δp=RgρA表示。一般将测速管放在管中心，测得的是管中心的最大速度。速度计算公式：
V= （2Δp/ρ）1/2 （1）
2.1.1 用皮托管测量流速存在的问题
（1）为实现流速的测量，仪表需配备差压变送器，尤其是在小流速（10m/s）的测量，由于皮托管产生的压力很小，目前所配的微差压变送器的精度受本身制造工艺的影响，精度无法考虑；其流量系数受测管大小、工艺管径比、安装等因素的影响。也就是说，要想兼顾整个量程段的准确度，从原理上是不可能的。
（2）抗腐蚀性。一般皮托管应用在CEMS系统中时，材质选用304、316L不锈钢，为了防止腐蚀，采取喷涂或套四氟材料等措施，但实际应用时，都达不到理想的效果。
（3）安装、维护。由于用皮托管测量流速，采用皮托管+差压变送器来实现，增加了安装的复杂性，减少了整个系统的结构紧凑性。由于在CEMS系统中的应用易出现堵塞现象，为此采用皮托管测量流速的厂家，增加了反吹装置。这无形中增加了单位面积的安装复杂性和维护复杂性；
（4）准确度。准确度取决于：安装方向、结构设计、变送器的精度。一般设计精度在3%左右。
（5）不适宜含尘的气体测量。
2.1.2 皮托管测量流速的优点
耐高温、方法简单、价格适中。
2.2 热式气体质量流量计
目前在CEMS系统中应用的热式质量流量计不多，下面以Sailsors品牌TF100为例说明。
（1）结构如图2所示。
探杆材质：316L、哈氏合金C-276、钛材、钽材等可选；
探头材质：316L、哈氏合金C-276、钛材、钽材等可选。
（2）原理
热式质量流量计是利用热传导原理检测流量的仪表，即用流动中的流体与热源之间热量交换关系来测量流量：表达式为：
P/ΔT=A+B（Q）m （2）
式中：A，B是与气体物理性质有关的常数。
从公式（2）可以看出：加热功率与热源的温度差的比值可以得出质量流量Q。在实际的应用中，我们把加热功率或温度差任意一个参数固定来测量流体的质量。前者为恒功率法；后者为恒温差法。
（3）特点
专家系统算法；计算机辅助制造技术；宽量程比；大口径，低流速；低压损；质量流量测量无须温压补偿；低流速测量非常灵敏。
（4）应用
在CEMS系统中，国外一般选用热式质量流量计。因为其精度高、安装方便、操作便利、抗腐蚀性强，是业界的首选仪表之一。
在国内，由于大家对热式质量流量计的认识不足，再加上价格因素的原因，造成了在CEMS系统中热式质量流量计的应用不普及。在众多系统集成商中，由于CEMS系统中介质成分比较恶劣，常有颗粒、灰尘、水分及腐蚀性成分，易在传感部位（热式流量计的探针部分，皮托管在静压、动压的部分）形成堵塞，造成测量的不准确，甚至是不能测量。大多数厂家（尤其是皮托管）都采用吹扫装置。厦门宏控公司利用在流量方面的优势，推出的针对CEMS系统的HKTMF系列热式质量流量计，不但具备了热式质量流量计的所有功能，而且也具备了除尘、除污的功能。
3 HKTMF系列热式气体质量流量计在CEMS中的具体应用
3.1 应用方案如图3所示。
3.2 HKTMF系列热式气体质量流量计
（1）HKTMF结构如图4所示。
（2）HKTMF结构如图5所示。
HKTMF系列两款质量流量计都是针对CEMS系统推的产品，适合不同的应用场合：HKTMF系列适合应用在环境恶劣的场合（易结垢的地方）；HKTMF系列热式质量流量计适合应用在粉尘多但湿度不大的场合。
（3）应用方法
1）对HKTMF系列热式质量流量计而言，正常测量时，伸出探头，与正常的热式流量计测量方法相同；刮扫时，探头做伸出/缩进运动，利用刮扫块实现对探头表面污物的清洁。特点：不影响测量结果。
仪表定时控制电磁阀，电磁阀控制有一定压力的气源，气源控制气动装置，上下（或左右）移动带动刮扫块，从而对热式质量流量计的传感部件-探针实现清洁的目的：
2）对HKTMF系列热式质量流量计而言，正常测量时，气源不给气，不进行吹扫；吹扫时，气通过喷嘴直接对探头吹，这时不进行测量。特点：重量轻；维修方便；对测量结果影响可以忽略。
（4）HKTMF系列热式质量流量计热式质量流量计的特点
不但具备热式流量计的所有特点，并且实现了集测量、刮扫、防腐等于一体的功能。重量轻、安装方便，与常规的热式流量计产品安装方法相同。
（5）HKTMF系列热式质量流量计设计保证
1）防腐
探头采用哈氏合金C-276等；探杆采用特氟龙、四氟喷涂或四氟材料套管保护；哈氏合金C-276。
2）重量
探头采用直径19；连接杆采用直径19；TF100C采用裸板结构，总重量应小于15kg；
3）刮扫
首先合理选择定位孔，在保证刮扫自如的情况下，不损坏探头的探针（克服结构带来的不一致性造成对探针的损坏），从而保证长期运行的可靠性。
4）定时功能
从系统设计的角度考虑：系统采样时间、仪表采样时间、整个气动结构的刮扫时间。刮扫时问应小于系统的采样时间，大约是1/5倍。或根据用户方案定。
5）准确度
整机准确度：1%读数+0.5%满量程。
（6）HKTMF系列热式质量流量计热式质量
流量计的特征曲线流速信号曲线如图6所示。
4 结论
厦门宏控公司的HKTMF系列热式质量流量计热式质量流量计是把传统的热式流量计与刮扫装置合二为一的产品，以实用、安装方便、清洁效果好的特点，一经推出就受到了业界的一致好评。
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