——— 托尔巴流量计（英国），

在循环气体与蒸汽测量的优势及解决方案

1. 托尔巴流量计在循环气体测量中与同结构巴类的产品优势；

    

   循环气体大多数属于脏气体，成分复杂，含有固体颗粒以及酸性、黏性介质等，因而其流量测量难度较大，现在一般采用孔板或者巴类流量计（贵公司订货咨询数设计院所推荐的是ABB的托巴管）进行测量，由于两者都存在不同的缺陷而造成流量测量困难，给气体测量控制带来不稳定因素。孔板安装和维护时需要停气，存在维护不方便、管道循环气体压损大等问题；而威力巴、阿牛巴等巴类流量计由于正负取压孔偏小容易造成堵塞，造成流量检测故障频繁。 
   在包钢的循环气体介质流量测量中，使用了威力巴流量计，主要存在以下三个方面的问题：（1）由于循环气体中含有黏性、酸性介质与固体颗粒，而威力巴流量计正负取压孔均比较小，容易堵塞，进而造成测量不正确。（2）流量计无在线维护装置，而循环气体中含有CO等剧毒气体，因而在每一次的检修过程中，均需要做好严格的安全措施，稍有不慎易造成人员中毒事故，给流量计的检修带来了很大的困难。（3）流量计在材料选择上有问题，循环气体中因含有SO2、水等介质，生成有稀酸，有较强的腐蚀性，造成流量计腐蚀严重。 
   针对上述问题，经过对托尔巴流量计的全面了解后，包头钢铁集团有限公司先后于2017年7月、12月对两座干熄焦预存室旁通管循环气体流量检测进行了改造，在线安装了两台托尔巴流量计。 
   
   2.托尔巴流量计工作原理 
   
   托尔巴流量计是一种可以用于循环气体流量测量的新型流量计，可克服孔板、托巴管、威力巴等巴类流量计的缺点，保证循环气体流量的正常准确测量。 
   托尔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》设计的一种节能型差压式流量计，其测量原理和皮托管测量原理相同，即提取流速再换算成流体体积流量与质量流量的差压式流量计。将托尔巴流量计按设计尺寸插入管道中心，总压孔对正流体的来流方向，静压孔对正流体的去流方向，总压与静压之差即所需要的差压，然后根据毕托巴风洞标定曲线拟合出该点的标准差压来计算被测流体的流量。 

   
   3.托尔巴流量计的性能特点 
   （1）高精度。托尔巴流量计实现每台都在高精度标准风洞上从0风速到150m／s的吹风标定，测点在管道中心区，并把标定的数据数年的风洞数据库为依据经过复杂的运算得出其修正系数，且在计算流量时根据对准确度的要求（准确度要求越高分段越多），采用分段修正的方法对所测信号进行修正，从而保证托尔巴流量计在全量程范围内的准确度。一般情况下，在3％～100％的量程范围准确度可达0.2％。 
   （2）优越的防堵性能。由于采用背靠背防堵式设计，彻底消除了常规插入式流量探头存在易堵塞的弊端，探头前部形成高压区，在高压区处形成不规则涡流，粉尘受自身重力作用自然下落，阻止了颗粒进入。另外防堵型托尔巴流量计的总压孔尺寸为Φ14mm，静压孔为Φ12mm，托尔巴流量计的传感器取压孔的加大，有效地解决了由于被测介质脏物黏堵而影响正常的取压，从而保证精准的测量。 
   （3）具备在线安装维护功能。托尔巴流量计由球阀连接装置和单保护装置构成了在线维护、在线清洗的系统，实现了带压开孔、在线安装、在线清洗、在线维护功能。 
   （4）压损小。托尔巴流量计采用了削竹式设计，其截面积小，在介质管道中压力损失很小，与长径喷嘴、孔板、机翼等节流流量测量装置相比较具有明显的节能效果，是一种高效、节能的中心流速流量探头。
   （5）适用范围广。托尔巴流量计适用于流速1～150m/s的气体与0.2～20m/s的液体，具有量程比宽的特点，对低流速、小流量、大管径测量效果更佳。另外，由于传感器能够测量含杂质多的介质，因此，能够适用多种流体和多种管道形式。 
   （6）可靠性高。由于结构简单，设计合理，耐磨、耐冲击、不易堵塞，一体化结构避免了高低腔室之间的信号渗漏，因而具有可靠性高的优点。 
   4.托尔巴流量计在线安装与投运 
   由于在安装托尔巴流量计时，厂里循环气体并没有停产，因而采取了在线安装方式。

2. 应用效果 
   采用托尔巴流量计用于循环气体流量测量后，从运行情况来看，流量检测一直稳定可靠，没有出现过任何堵塞现象，达到了理想的防堵性能和稳定的取压功能，有效减少了维护工作量，并降低了工作时的危险性。另外，从测量的数据来看，与工艺生产数据相符，为工艺操作人员提供了可靠的数据，满足了工艺的要求。 
   托尔巴流量计在循环气体介质流量测量上的效果表明，托尔巴流量计能够从根本上解决较脏气体的流量测量，适合干熄焦循环气体、热电一次和二次风、高炉煤气、焦炉煤气等含杂质较多的气体流量测量。

    

3. 托尔巴流量计在过热蒸汽测量中与喷嘴、孔板等节流装置的优势分析；

    

   托尔巴流量计和喷嘴相比能保持长期的高精度。

   托尔巴流量计长期精度高

   ·不受磨损和杂质的影响。

   ·没有可以活动的部件。

   ·一体化结构避免了高低腔室之间的信号渗漏。

   ·孔板、喷嘴长期精度差

   ·孔板、喷嘴使用时间一长，精度会急剧下降，需要进行定期检测和清洗。

   孔板测试结果：

   美国Fiorida  Gas  Transmisson  Company进行了一项实验，量量测量各种因数对孔板所导致的精度损失。（图10.1）

   部分实验结果如下：

托尔巴流量计和孔板、喷嘴等节流装置相比节省了大量的安装费用

托尔巴流量计在安装过程中，只需要进行简单的焊接，焊接的工作量从几厘米到十几厘米不等，基本上与管道直径的大小无关。相比孔板需要一个2倍管道圆周的焊接所需的费用小的多。

例如，在DN250的管道上安装托尔巴流量计，只需进行5cm的焊接；同样的管道，安装孔板则需要进行160cm的焊接，相比之下托尔巴流量计至少节约法三章60%的安装费用。下图显示的为托尔巴流量计和孔板的安装费用比较，不难看出管径越大，托尔巴流量计在安装上节约的费用越多。(图10.3、10.4)

托尔巴流量计和孔板、喷嘴等节流装置相比节省了大量的运行费用

同孔板相比托尔巴流量计的长期运行费用非常低，投入运行一年所节省的电费就可以收回采购成本。

托尔巴流量计采用非收缩节流设计，比孔板的永久压损至少低了95%以上，是一种高效、节能的均速流量探头。下面图表显示了在不同的管径下，不同的介质测量中，托尔巴流量计比孔板每运行一年所节省的电费以及所减小的额外功率开销。(图7.5、7.6)

托尔巴流量计与孔板、喷嘴等节流装置压损比较

节流式流量计是一种典型的差压式流量计，是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸汽流量最常用的一种流量计。

其测量的理论基础是：在充满流体的管道中，固定放置一个流通面积小于管道截面积的阻力件（节流件），则管道内流体在通过该节流件时就会造成局部收缩，在收缩处流速增加，静压力降低，因此，在节流件前后将产生一定的压力差。对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段、一定的流体参数情况下，节流件前后的差压ΔP与流量Q之间关系符合伯努利方程。

这种流量计不可避免会在管道中产生永久压损，以孔板为例，其流体压力损失的在主要原因是孔板前后涡流的形成以及流体的沿程摩擦，它使得流体具有的总机械能的一部分不可逆转地变成了热能，消失在流体内。人们采用了喷嘴、文丘里管等节流件，以尽量减少节流件前后的涡流区，进而减少流体的压力损失。

托尔巴流量计流量计采用了削竹型设计，使得其不仅使流量测量保持了高精度、高强度和大量量程比，还使得管道压损大大降低。

托尔巴流量计的压损很小，和孔板、喷嘴的压损相比更是低了一个量级；

喷嘴压损的经验公式：

当β=0.6时，    PPLo=0.6×ΔP

当β=0.7时，    PPLo=0.5×ΔP

其中：

β—喷嘴的孔径比

ΔP—喷嘴产生的差压

PPL_O—喷嘴产生的压损

标准喷嘴压损大约为：PPLn=0.28×ΔP~0.33×ΔP

通过实验可以得出，托尔巴流量计的压损大约为PPLv=0.03×ΔP

由于托尔巴流量计的差压ΔP与喷嘴的差压ΔP小一个数量级，而压损的比例又小了一个数量级，所以托尔巴流量计的压损与喷嘴相比是微乎其微的。

举例说明：以过热蒸汽测量为例

假设一测点，其测量介质为过热蒸汽，管径为φ325×13mm，压力为3900 KpaG，温度为450℃，在此温度、压力下其蒸汽密度为12.511㎏/NM³，介质流量为50T/H时托尔巴流量计所产生的差压为5.600KPa

托尔巴流量计所产生的压损：PPLv=0.03×ΔP=0.03×5600=0.618Kpa

根据上述公式，功率损失：HΔp=Q×PPL÷η

因工况下过热蒸汽的密度为12.511㎏/NM³,，所以工况下（3900KpaG,450℃）介质体积流量为：

体积流量=质量流量/介质密度

Q=3996.6M³/S  （3900KpaG,450℃）

假设电动机效率  η=0.8

则：托尔巴流量计损失的功率为   Hp=1.110×0.168÷0.8=0.233(KW)

假如一年运行365天，每天运行24小时，每度电电费为0.8元，那么一年托尔巴流量计的能耗换算成电费：

￥/年=365×24×0.233×0.8=1,633￥/年

假设另一相同测点使用喷嘴测量，同样条件下孔板的压差为30Kpa，孔板的β=0.7，孔板所产生的压损：PPLo=0.5×30=15.0 Kpa

根据上述公式，孔板损失的功率为：

H p=1.111×15.0÷0.8=20.813(KW)

一年运行365天，每天运行24小时，每度电电费为0.8元，那么孔板一年的能耗换算成电费：

￥/年=365×24×20.813×0.8=145,858￥/年

每运行一年,托尔巴流量计比孔板节省的运行费用为：145,858—1,633=144,225￥/年

由以上可以看出，使用托尔巴流量计流量探头与使用孔板相比，每年为了弥补节流件带来的不可恢复的压损所耗费的财力是微乎其微的，其经济效益非常明显，间接的社会效益也十分显著。

托尔巴流量计采用皮托管原理提取和测量流体流速，全压-静压=动压。由此换算出的体积流量和质量流量很早便被广泛应用于各个行业中。托尔巴流量计探头采用非收缩节流设计，经过长期的航空风洞实验标定，曾采用航空级材质NiCo超高强度钢根本解决了气体测量的波动、防堵、耐磨、本体强度等问题；并是唯一通过插入式测量高温高压主蒸汽的流量计；其独特的结构可在线疏通解决易挂垢的介质；测量准确度优于±0.5%，最高可达流量±0.2%；