摘 要: 冶金行業(yè)工藝過(guò)程控制中的各種介質(zhì)的流量測(cè)量的選擇以及測(cè)量方案的優(yōu)化，過(guò)去一般沒(méi)有系統(tǒng)的文 件來(lái)指導(dǎo)。在世界自動(dòng)化快速發(fā)展的今天，各類(lèi)新型測(cè)量?jī)x表層出不窮，如何選擇一種非常優(yōu)的流量測(cè)量來(lái)適應(yīng)冶金 工藝流程，并指導(dǎo)和保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，面臨一個(gè)新課題。論冶冶金工藝流程中測(cè)量介質(zhì)的流量?jī)x表選型，就是論 述為冶金流程工藝中的流量測(cè)量找到非常優(yōu)的測(cè)量?jī)x表和方案。

引言

流量同溫度、壓力、重量、物位等參數(shù)一樣是工業(yè)生 產(chǎn)過(guò)程的重要參數(shù)，直接或間接參與生產(chǎn)控制，依據(jù)這 些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)督和控制，對(duì)提高產(chǎn)品的質(zhì)量 與產(chǎn)量，保障生產(chǎn)安全，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，改善生產(chǎn)條件等 方面有著重要意義。在工藝過(guò)程控制中的介質(zhì)類(lèi)型隨

著不同工藝段壓力、溫度、濕度、含水量和含顆粒物的含 量的大小等因素的影響，介質(zhì)特性在不斷的變化，需要 根據(jù)不同介質(zhì)特性來(lái)選擇合適的測(cè)量?jī)x表。 

1 冶金工藝流程中的流量測(cè)量面臨問(wèn)題

在冶金各工藝段各種介質(zhì)到底選擇哪種流量?jī)x表

來(lái)實(shí)現(xiàn)非常優(yōu)化的測(cè)量，就是討論的問(wèn)題。 

1. 1 流量?jī)x表種類(lèi)復(fù)雜。 

現(xiàn)代自動(dòng)化儀表飛速發(fā)展，新型儀表層出不窮，每 種流量?jī)x表都有其優(yōu)勢(shì)和局限性，至今尚無(wú)一種適用于任何場(chǎng)合的流量?jī)x表。有很多流量?jī)x表只是聽(tīng)說(shuō)，但未 曾了解或者使用過(guò)，所以對(duì)有些流量?jī)x表的特性是否適 應(yīng)自身的工況特點(diǎn)，無(wú)法準(zhǔn)確把握。 流量?jī)x表通常可分成壓差式、速度式、容積式等種 類(lèi)。像孔板流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)，均速管等屬于差壓式。 電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等屬于速度式。 腰輪流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)等屬于容積式。不同類(lèi)型的 流量?jī)x表適應(yīng)不同的工藝介質(zhì)。例如水的測(cè)量，通常非常 優(yōu)選擇電磁流量計(jì)，電磁流量計(jì)在我國(guó)工業(yè)、制造業(yè)及 其他行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，在液體流量測(cè)量方面起到了

不可替代的重要作用。 

1. 2 冶金工藝流程中的工況和介質(zhì)特性復(fù)雜。

介質(zhì)的溫度、壓力、密度都隨著工況的變化而變化。 每個(gè)鋼鐵廠自身工況的特點(diǎn)不同，介質(zhì)特點(diǎn)也不一樣。 所以不能一概而就，完全復(fù)制其他鋼鐵廠的選型配置。 鋼鐵廠里工藝段比較多，主要工藝段有焦化、燒結(jié)、煉 鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼、煤氣處理、水處理、公輔( 自備電廠 類(lèi)) 等。每個(gè)工藝段都有自身的特點(diǎn)，車(chē)間空間，管道大小等都不一樣，必須根據(jù)其特性進(jìn)行合理科學(xué)選擇。 

1. 3 鋼鐵廠對(duì)測(cè)量的要求較高 

測(cè)量的穩(wěn)定性和精度對(duì)安全高效的生產(chǎn)息息相關(guān)。 鋼鐵廠對(duì)于流量?jī)x表的基本要求是長(zhǎng)壽命、有效、穩(wěn)定 測(cè)量，開(kāi)車(chē)后無(wú)需隨意拆卸停車(chē)維護(hù)。隨著鋼鐵廠產(chǎn)能 設(shè)計(jì)愈大，工藝流量愈大，對(duì)于流量?jī)x表的傳感器磨損 就愈大; 對(duì)于流量?jī)x表的傳感器材料，產(chǎn)品截面的要求 以及在流場(chǎng)下的流體動(dòng)力學(xué)分析就突顯重要。 綜上所述，鋼鐵廠工況的特殊性，儀表的多樣性導(dǎo) 致了鋼鐵廠選擇流量?jī)x表的難度。如何選擇非常優(yōu)的流 量測(cè)量方案就是面前面臨的問(wèn)題。

 2 冶金工藝流程中的流量?jī)x表的選擇

通常每個(gè)工段的測(cè)量點(diǎn)的流量?jī)x表都會(huì)按照設(shè)計(jì)院或者以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，但在一些測(cè)量點(diǎn)選擇的流量?jī)x表存在使用效果不好的情況，導(dǎo)致生產(chǎn)勉強(qiáng)運(yùn)行。所以需要 結(jié)合各種現(xiàn)場(chǎng)工藝因素，并結(jié)合流量?jī)x表特點(diǎn)來(lái)選擇。

2. 1 焦化燒結(jié)的流量?jī)x表的選擇

在焦化和燒結(jié)工藝段中，測(cè)量介質(zhì)相對(duì)較少，主要 測(cè)量介質(zhì)是水、空氣和瀝青等。水可以采用電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量，空氣可以采用渦街流量計(jì)和孔板流量計(jì)，但瀝青相對(duì)比較特殊，一般采用差壓流量計(jì)中的楔形流量計(jì)來(lái)測(cè)量。楔形流量計(jì)自身的特點(diǎn)可以測(cè)量粘度較大的介質(zhì)，在石油石化行業(yè)中經(jīng)常來(lái)測(cè)一些油類(lèi)，在煤化工行業(yè)中來(lái)測(cè)量灰水和黑水等高溫高粘度高磨損介質(zhì)，所以楔形 流量計(jì)可以適應(yīng)瀝青這種高溫高粘度的介質(zhì)的測(cè)量。

 2. 2 煉鐵工藝段的流量?jī)x表的選擇

煉鐵工藝段中的主體部分就是高爐，而高爐上的流 量?jī)x表較多，測(cè)量介質(zhì)類(lèi)型也較多，通常有軟水、高爐煤 氣、蒸汽、壓縮空氣等。軟水是高爐上主要的工藝介質(zhì)， 軟水被稱(chēng)為冷卻水，冷卻水的水量與水壓分配對(duì)高爐冷 卻效果和高爐長(zhǎng)壽十分重要，高爐嚴(yán)格控制合理冷卻參 數(shù)變化。通過(guò)檢測(cè)進(jìn)出口的流量來(lái)判斷冷卻壁是否正 常，一旦進(jìn)回水誤差較大將會(huì)預(yù)示冷卻壁出現(xiàn)故障，將 對(duì)安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。在高爐風(fēng)口尤其是小套處于環(huán) 境非常為惡劣的部位，漏水的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)冷卻壁。所以 高爐冷卻水的測(cè)量非常關(guān)鍵。 冷卻水的測(cè)量通常采用電磁流量計(jì)和超聲波流量 計(jì)來(lái)測(cè)量。國(guó)內(nèi)大多數(shù)冶金行業(yè)的高爐本體冷卻壁的 進(jìn)回水測(cè)量基本采用電磁流量計(jì)，電磁流量計(jì)的精度可以達(dá)到 0. 2 級(jí)，且在高爐測(cè)量應(yīng)用是很成熟的，極少數(shù)采 用超聲波流量計(jì)，雖然超聲波流量計(jì)可管外安裝、非接觸 測(cè)流，儀表造價(jià)基本上與被測(cè)管道口徑大小無(wú)關(guān)，但其穩(wěn)定性和精度還是相對(duì)電磁流量計(jì)要略輸一籌。 

2. 3 煉鋼工藝段的流量?jī)x表的選擇

2. 3. 1 轉(zhuǎn)爐本體

煉鋼工藝段中的主體部分就是轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐相對(duì)高爐 上的流量?jī)x表數(shù)量較少，測(cè)量介質(zhì)也主要是軟水和氧 氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等。按照高爐上軟水測(cè)量采用電磁流量計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)爐上的水的測(cè)量也同樣采用電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量。轉(zhuǎn)爐上的軟水主要是用來(lái)給氧槍進(jìn)行冷卻作用，氧 槍是氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的主要設(shè)備，氧槍 噴頭參數(shù)和操作模式的合理性對(duì)于冶煉工藝、成本、產(chǎn) 品質(zhì)量等有很大影響。一般通過(guò)進(jìn)回水誤差來(lái)判斷冷 卻效果。一旦進(jìn)回水誤差加大，氧槍將根據(jù)保護(hù)設(shè)置將 提槍?zhuān)瑹o(wú)法繼續(xù)往轉(zhuǎn)爐內(nèi)部吹氧，導(dǎo)致煉鋼指標(biāo)下降。 所以轉(zhuǎn)爐軟水的測(cè)量還是電磁流量計(jì)非常適合。 

2. 3. 2 氧槍氧氣

氧槍氧氣流量控制系統(tǒng)需要保證氧槍氧氣按工藝 設(shè)定要求模式穩(wěn)定流量供氧。很多時(shí)候都采用標(biāo)準(zhǔn)孔 板來(lái)測(cè)量，但孔板畢竟安裝直管段要求過(guò)高，且壓損較 大，所以為了降低直管段和壓損，有一種新型儀表可適應(yīng)，叫平衡流量計(jì)( 也稱(chēng)為多孔孔板流量計(jì)) 。它是把整 流器和標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)合而成( 見(jiàn)圖 1) ，平衡流量計(jì)具有對(duì) 稱(chēng)多孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，非常大程度地減少死區(qū)效應(yīng)，避免渦流 的產(chǎn)生，平衡流場(chǎng)，降低因渦流所引起的信號(hào)波動(dòng)，提高取壓點(diǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2. 3. 3 轉(zhuǎn)爐煤氣 

轉(zhuǎn)爐的煤氣與高爐煤氣的測(cè)量管徑都非常大，通常 都大于 1 200 mm，這也給安裝及采購(gòu)增加了成本。在前 幾年，很多為了降低成本，開(kāi)始采用均速管流量計(jì)( 也就是常說(shuō)的巴類(lèi)流量計(jì)) ，雖然均速管流量計(jì)在安裝維護(hù) 方便，尤其針對(duì)大管徑采購(gòu)成本低等方面有它一定的優(yōu) 勢(shì)，但本身測(cè)量上卻有它自身的不足，測(cè)量精度不高、差 壓小、易堵。尤其是高爐煤氣，焦油量較大，經(jīng)常堵塞維 護(hù)量非常大。所以巴類(lèi)流量計(jì)針對(duì)干凈氣體，且對(duì)精度 要求不高的大口徑氣體測(cè)量可以選擇，若用此巴類(lèi)來(lái)測(cè)量煤氣需要增加一些實(shí)時(shí)吹掃裝置來(lái)減少雜質(zhì)對(duì)取壓 孔的堵塞。 所以針對(duì)煤氣的測(cè)量，為了保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性減少維 護(hù)工作量，可以選擇文丘里管、V錐流量計(jì)、圓缺孔板等來(lái)測(cè)量。這幾類(lèi)節(jié)流裝置在抗污能力上是非常好的，且壓 差信號(hào)較大，信號(hào)很穩(wěn)定，完全可適應(yīng)煤氣測(cè)量。 

2. 4 連鑄工藝段的流量?jī)x表的選擇

連鑄工藝段主要是一個(gè)拉鋼的過(guò)程，連鑄的二次冷 卻工藝對(duì)連鑄機(jī)的產(chǎn)量和質(zhì)量有著重要影響。通過(guò)對(duì)鋼胚的不同斷面進(jìn)行水量澆鑄，且每個(gè)斷面要求的水量 大小也不同，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，測(cè)量非常關(guān)鍵。通常對(duì)澆 鑄水量的控制的要求基本上有兩點(diǎn): ( 1) 多流澆鑄時(shí)需要穩(wěn)定一致的流量; ( 2) 閥門(mén)的快速調(diào)節(jié)時(shí)，水量的監(jiān)控必須快速響應(yīng)，流量信號(hào)與控制系統(tǒng)的要求必須非常好結(jié) 合。這樣的要求經(jīng)常被看作“魚(yú)和熊掌不可兼得”，既要 穩(wěn)定又要快速響應(yīng)后再次快速穩(wěn)定，這對(duì)儀表的要求就 非常的高。常規(guī)的差壓式、容積式等已經(jīng)無(wú)法達(dá)到要求，必須采用一些速度式儀表來(lái)測(cè)量。通常采用電磁流 量計(jì)來(lái)測(cè)量，電磁流量計(jì)滿(mǎn)度流量時(shí)液體流速可在 1 m/s～ 10 m/s 范圍內(nèi)選用，范圍比較寬。 所以針對(duì)連鑄的工藝要求，必須采用快速響應(yīng)型的 電磁流量計(jì)，既可快速響應(yīng)，又可快速穩(wěn)定流量，這就需 要電磁流量計(jì)廠家具有一定技術(shù)實(shí)力才可做到這一點(diǎn)。 

2. 5 軋鋼工藝段的流量?jī)x表的選擇

軋鋼工藝段一般分為熱軋和冷軋，熱軋主要采用煤 氣和空氣混合助燃熱軋爐來(lái)進(jìn)行熱軋，爐上煤氣管道按 3 個(gè)供熱段進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)各段流量的測(cè)量與調(diào)節(jié)。各 段煤氣管道設(shè)置流量計(jì)和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，測(cè)量和調(diào)節(jié)本段 的煤氣供給量。而冷軋主要采用水量控制來(lái)進(jìn)行冷軋。 熱軋車(chē)間中的煤氣主要是高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng) 過(guò)凈化后輸送過(guò)來(lái)與熱空氣混合進(jìn)入熱軋爐。針對(duì)煤 氣的測(cè)量前面提到采用文丘里管、V 錐和圓缺孔板來(lái)測(cè)量，在熱軋廠同樣可以采用這些差壓類(lèi)流量計(jì)。但熱軋 廠煤氣管線口徑都比較大，通常都超過(guò) 1 200 mm，文丘 里管和 V 錐的價(jià)格是非常昂貴的，所以考慮成本問(wèn)題， 可以選擇圓缺孔板( 見(jiàn)圖 2) ，采用圓缺設(shè)計(jì)，底部可方便雜質(zhì)的流通，不易堵塞，其材料和加工成本比文丘里 和 V 錐大大降低。

冷軋車(chē)間主要測(cè)量介質(zhì)是水，其工藝跟連鑄有點(diǎn)類(lèi) 似，也是對(duì)水流量監(jiān)控，所以一般采用電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量。若是快速冷軋的工藝，同樣與連鑄的選擇一樣，必 須采用快速響應(yīng)型的電磁流量計(jì)來(lái)針對(duì)性的測(cè)量。 

2. 6 公輔及水處理的流量?jī)x表的選擇

公輔及水處理車(chē)間主要包含三個(gè)車(chē)間: 動(dòng)力站( 自備 電廠類(lèi)) 、水處理站、氣體處理站( 空壓站和氧氣站等) 。 

2. 6. 1 動(dòng)力站 

動(dòng)力站主要是自備電廠或者鍋爐站，電廠的流量?jī)x 表的選擇測(cè)量在《論火力發(fā)電的流量測(cè)量》一文中作了 很詳細(xì)的描述。而鍋爐站相對(duì)測(cè)量?jī)x表較少，主要是天 然氣、蒸汽、除鹽水的測(cè)量。選擇蒸汽流量測(cè)量?jī)x表應(yīng)考慮 5 個(gè)主要因素，即被測(cè)流體特性、安裝條件、環(huán)境條 件、儀表性能及維護(hù)需求。動(dòng)力站出來(lái)的蒸汽送往各個(gè) 車(chē)間，現(xiàn)在很多鋼鐵企業(yè)都上了能源管理系統(tǒng)，主要針對(duì)水電氣的能源管控，而蒸汽是非常難考核的，往往動(dòng)力 站主管網(wǎng)蒸汽總量與各車(chē)間的蒸汽量之和差別特別大， 其實(shí)很多時(shí)候是測(cè)量?jī)x表的選擇和現(xiàn)場(chǎng)工藝管路引起 的。近年來(lái)，流量測(cè)量技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，蒸汽流量 測(cè)量大多使用差壓式流量計(jì)和渦街流量計(jì)，但差壓式流 量計(jì)壓損大，量程比低，一般只有 1 ∶ 3，在實(shí)際運(yùn)行中， 由于管道流體流量增加超過(guò)孔板流量計(jì)原來(lái)設(shè)計(jì)的流 量上限，導(dǎo)致差壓變送器長(zhǎng)期超量程運(yùn)行，再加上安裝 直管段要求高等原因，導(dǎo)致一頭一尾差別特別大。所以 若管網(wǎng)口徑低于 300 mm 可改成渦街流量計(jì)來(lái)測(cè)量。渦 街壓損一般只有孔板的 1 /5，精度可以到 1 級(jí)，安裝直管 段也優(yōu)于孔板類(lèi)。但渦街對(duì)管道機(jī)械振動(dòng)均較敏感，不 宜用于強(qiáng)震動(dòng)場(chǎng)所。 除鹽水一般采用孔板類(lèi)差壓流量?jī)x表或者渦街流 量計(jì)來(lái)測(cè)量。針對(duì)天然氣的測(cè)量可以采用渦輪流量計(jì)， 渦輪流量計(jì)在流量?jī)x表系列中屬于精度很高的儀表，再 加上天然氣密度低，流速低、壓力不高等因素，采用渦輪 流量計(jì)是非常理想的，而渦街流量計(jì)和差壓類(lèi)一般不建 議來(lái)測(cè)量天然氣。 

2. 6. 2 水處理站 

水處理站主要是全廠用水的集中處理站，進(jìn)水和出站水的管徑都比較大，一般也都超過(guò) 1 000 mm，大部分 都采用管道式電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量。考慮成本時(shí)，針對(duì)1 000 mm 以上的管徑可以采用電磁流量計(jì)系列中一款 插入式電磁流量計(jì)。插入式電磁是在管道式電磁的原 理上來(lái)開(kāi)發(fā)而來(lái)，采用尼庫(kù)拉磁原理，但插入式測(cè)量的 是一個(gè)點(diǎn)的流速，不像管道式測(cè)量的是一個(gè)截面的平均 流速，所以穩(wěn)定性和精度相對(duì)管道式較差。但插入式還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，可在線不斷流安裝，在項(xiàng)目后期的技改上 或者原流量點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)可以采用插入式電磁在線不 斷流安裝，不影響工藝生產(chǎn)。 

2. 6. 3 空壓站 

空壓站主要以氣體為主，基本介質(zhì)為壓縮空氣、氮 氣和氧氣等。針對(duì)這類(lèi)低溫氣體，可采用渦街流量計(jì)和差壓類(lèi)流量計(jì)來(lái)測(cè)量。但針對(duì)氧氣，相對(duì)危險(xiǎn)系數(shù)較 大，建議采用平衡流量計(jì)或者文丘里管流量計(jì)來(lái)測(cè)量。 這兩個(gè)差壓式流量計(jì)常常在一些煤化工行業(yè)中來(lái)測(cè)量 高壓氧，在降壓損、平滑流場(chǎng)方面有很大的優(yōu)勢(shì)。所以針對(duì)鋼鐵廠的氧氣也可選這兩類(lèi)流量?jī)x表來(lái)測(cè)量。 

3 結(jié)束語(yǔ) 

總之，冶金工藝流程中的流體介質(zhì)有一定的特殊 性，要根據(jù)介質(zhì)的各項(xiàng)工藝參數(shù)和指標(biāo)來(lái)選擇非常合適的 流量?jī)x表。現(xiàn)場(chǎng)流量?jī)x表是工藝生產(chǎn)的眼睛，流量?jī)x表的穩(wěn)定運(yùn)行與生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行息息相關(guān)。在各類(lèi)新型流量?jī)x表快速發(fā)展的今天，只有將流量?jī)x表選擇非常優(yōu)的 測(cè)量方案，才可保證鋼鐵廠的可靠穩(wěn)定運(yùn)行生產(chǎn)。