CN103364580B - 多点网格在线流速测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多点网格在线流速测量系统及方法，包括至少一个皮托管装置、与所述皮托管装置对应的反吹装置以及数据采集控制装置，所述皮托管装置与所述反吹装置通过管线连接，所述数据采集控制装置通过线路分别与皮托管装置和反吹装置连接。所述皮托管装置安装于烟道壁上，所述套筒位于烟道内并垂直于烟道壁。本发明在同一烟道监测截面采用多点采样的方式，通过将各测量点全压管和静压管获得的差压大小来测算整个烟道截面的平均烟气流速、压力及温度。实现点流速向线流速及面流速的转变，克服了短烟道流速场分布不均匀问题，提高流速测量的准确性。

Description

多点网格在线流速测量系统及方法

技术领域

本发明属于烟气排放检测领域，特别是涉及一种多点网格在线流速测量系统及方法。

背景技术

烟气流速是固定污染源连续自动监测系统中的重要监测参数，其测量准确性直接关系到污染物排放总量的核算及效率评估。目前烟气流速测量方法有压差法、超声波法、热平衡法、声波法、靶式流量计法、光闪烁法、红外线法等，其中压差法中的皮托管法、超声波法和热平衡法在国内外使用量最大，但我国由于湿法脱硫后工况恶劣，绝大数电厂未安装或未投运GGH装置，导致脱硫后呈现低温高湿特点，部分全压现场还存在泥浆往外喷的现象，使得国外先进技术如热平衡法、超声波法面对恶劣烟气工况，如酸液腐蚀、灰尘等微粒附着会导致测量误差，存在“水土不服”现象，皮托管法在我国CEMS中应用较为成熟广泛，是我国流速测量的国标方法。

从实际监测情况来看，烟气流速在线监测值存在不稳定、波动大、精度低，手工比对合格率低，究其原因为流速监测点位难以满足《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（HJ/T75-2007）要求，国内90%以上燃煤机组改建脱硫设施后，由于受场地空间限制，脱硫后净烟气通往烟囱的烟道较短，且存在90°拐角烟道，直管段太短和拐角的存在导致烟道气流存在涡流、紊流现象，使得同一监测截面流速场分布不均匀，因此单点流速测量方式难以保证测量流速值代表截面真实流速。目前也有一种采用多点集束皮托管流量测量装置，采用多个“L”形皮托管装入套管内，对烟道内各点烟气流量进行测量。但存在如下不足：1）只能测量烟道截面内线流速，不能检测截面各点流速，即面流速；2）没有设置反吹单元；若不进行及时有效的反吹，皮托管在烟道中长时间运行将被高浓度粉尘堵塞探测孔。

发明内容

基于此，本发明提供一种多点网格在线流速测量系统。

具体的技术方案如下：

一种多点网格在线流速测量系统，包括至少一个皮托管装置、与所述皮托管装置对应的反吹装置以及数据采集控制装置，所述皮托管装置与所述反吹装置通过管线连接，所述数据采集控制装置通过线路分别与皮托管装置和反吹装置连接。

在其中一个实施例中，所述皮托管装置包括中空的套筒和至少两组长度不同的皮托管，所述皮托管贯穿于所述套筒中，其中长度最长的一组皮托管的测压孔位于套筒外，其余皮托管的测压孔位于套筒内，位于套筒内的测压孔所对应的筒壁上还设有垂直于轴向的通孔。

在其中一个实施例中，所述皮托管包括皮托管本体和加长管，所述皮托管本体与加长管之间通过连接件连接；所述套筒包括套筒本体和加长筒，所述套筒本体和加长筒之间通过连接筒连接。

在其中一个实施例中，所述通孔的边缘设有垂直于套筒轴向的固定件；所述套筒的顶部设有密封件；所述套筒的底部设有安装部件。

在其中一个实施例中，所述皮托管装置还包括压力平衡阻尼罐，所述压力平衡阻尼罐包括全压阻尼罐和静压阻尼罐，每组皮托管均由全压管和静压管组成，所述全压管与全压阻尼罐的进口连接，所述静压管与静压阻尼罐的进口连接。

在其中一个实施例中，所述全压管和静压管的轴向平行且二者的外径相切，在与全压管的外径及静压管的外径同时相切的位置还设有伴热管和温度传感器内置管。

在其中一个实施例中，所述皮托管装置包含3组长度不同的皮托管。

在其中一个实施例中，所述套筒的长度为1.5-4.5m，外径为10-20cm；所述皮托管的外径为8-12mm。

本发明的另一目的是提供一种所述多点网格在线流速测量的方法。

具体的技术方案如下：

采用上述多点网格在线流速测量系统进行流速测量，将所述皮托管装置安装于烟道壁上，所述套筒位于烟道内并垂直于烟道壁。

在其中一个实施例中，在同一烟道的测量截面上安装2个以上的皮托管装置。

本发明的工作原理如下：

固定污染源由于受场地限制，烟道直管段比较短，难以满足GB/T1657-1996采样点的要求，导致流速场分布不均匀，因此单点测量难以保证流速测量的准确性，不能代表烟道截面平均流速，为了能够准确测量烟道界面的平均流速，本发明在同一烟道测量截面上布置多个检测点的测量方式，根据各风道截面尺寸的大小、直管段长短等其他因素来确定测量的点数，然后将多个测量点有机地组装在一起，全压侧与全压侧相连，负压侧与负压侧相连，全、负压侧各引出一根总的引压管，分别与差压变送器的正、负端相连，测得烟道截面的平均速度。其原理是：当烟道内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面管内压力较高，其压力称为“全压”，背风侧由于不受气流冲压，其管内的压力为风管内的静压力，其压力称为“静压”，全压和静压之差称为差压，其大小与管内风速有关，风速越大，差压越大；风速小，差压也小，因此，只要测量出差压的大小，根据差压与风速的对应关系，就能正确地测出烟气流速。该测量系统适用于固定污染源脱硫前后流速的测量，为污染物总量排放计算提供数据支撑。

本发明多点网格在线流速测量系统适用于测量烟囱入口烟气截面流速，根据截面尺寸大小可随意增减测量点数，安装方便灵活，可从烟道顶部或两侧安装。每组皮托管均采用单独反吹的方式，防止烟气中泥浆、粉尘、飞溅石膏堵塞测量孔，有效保证测量的准确性和可靠性。

采用紧凑型组合式设计，能同时测量烟气流速、压力、温度。仪器具有自动反吹、自动校准和速度场系数设定等功能，较好的解决了烟气流速测量中面对高温、高粉尘、高腐蚀和流场紊乱等造成的磨损、堵塞、腐蚀等技术难题。

皮托管装置的套筒选用特殊材料（氟碳防腐涂层）和防腐工艺，有效防止在低温条件下烟气水分冷凝与SO2、NOx等腐蚀性气体形成酸液造成管壁腐蚀。

本发明多点网格在线流速测量系统及方法的有益效果如下:

1、在同一烟道监测截面采用多点采样的方式，通过将各测量点全压管和静压管获得的差压大小来测算整个烟道截面的平均烟气流速、压力及温度。实现点流速向线流速及面流速的转变，克服了短烟道流速场分布不均匀问题，提高流速测量的准确性。

2、本发明将皮托管置于套筒内，套筒采用防腐耐磨材质，可以防止烟气中腐蚀性气体和颗粒物对皮托管产生腐蚀与磨损。在每组皮托管的测压孔对应的套筒壁上设有垂直于轴向的通孔，一方面可以保证烟气气流可以进入皮托管测压孔内，同时可以防止颗粒等杂质进入测压孔引起堵塞。

3、本发明皮托管可以通过加长管加长，套筒可以通过加长筒加长，克服了现有技术中受皮托管长度限制而不能应用于大型机组的缺陷，且由于将皮托管置于套筒内，还可以防止因皮托管过长而在烟道内抖动或断裂，避免影响测量结果的准确性。通过增加加长管和加长筒的方法，本发明的皮托管装置可以应用于600～1000MW的燃煤机组（其中1000MW的燃煤机组为目前国内最大的燃煤机组）。

4、设置伴热管（内部设有加热材料），能防止烟气温度低，烟气中水以水雾和水滴的形态出现，腐蚀皮托管。设置温度传感器内置管，能够同时检测烟道内的温度。

5、采用反吹与校准同时进行，既缩短了系统气路，防止气路过长造成反吹气源压力的损失，使反吹效果达到最佳水平，防止烟尘堵塞气路且反吹时自动实现测量设备校准，防止零点发生漂移，保证测量结果的准确性。

附图说明

图1为在同一烟道检测截面安装4个皮托管装置的结构示意图；

图2为皮托管装置的结构示意图；

图3为皮托管的结构示意图；

图4为反吹装置的结构示意图；

图5为带伴热管及温度传感器内置管的皮托管截面结构示意图。

附图标记说明：

100、测压孔；110、密封件；120、套筒；130、连接件；140、皮托管；150、连接筒；160、加长管；170、固定件；180、加长筒；190、安装法兰；200、通孔；101、全压管；102、静压管；103、温度传感器内置管；104伴热管；1、2、3、皮托管；4、8、9、10、14、15、16、20、21、24、两位三通电磁阀；5、7、11、13、17、19、逆止阀；6、12、18、25、三通气体接头；22、负压阻尼罐；23、全压阻尼罐；26、两位两通电磁阀；27、温度传感器；28、压差变送器、29、静压变送器；30、反吹气源。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步阐述。

参考图1-5，本实施例一种多点网格在线流速测量系统，包括至少一个皮托管装置、与所述皮托管装置对应的反吹装置以及数据采集控制装置，所述皮托管装置与所述反吹装置通过管线连接，所述数据采集控制装置通过线路分别与皮托管装置和反吹装置连接。

所述皮托管装置（如图2所示）包括中空的套筒120和至少两组长度不同的皮托管140，所述皮托管贯穿于所述套筒中，其中长度最长的一组皮托管的测压孔100位于套筒外，其余皮托管的测压孔位于套筒内，位于套筒内的测压孔所对应的筒壁上还设有垂直于轴向的通孔200。

所述皮托管包括皮托管本体和加长管160，所述皮托管本体与加长管之间通过连接件130连接；所述套筒包括套筒本体和加长筒180，所述套筒本体和加长筒之间通过连接筒150连接。

所述通孔的边缘设有垂直于套筒轴向的固定件170；所述套筒的顶部设有密封件110；所述套筒的底部设有安装部件法兰190。

所述皮托管装置还包括压力平衡阻尼罐，所述压力平衡阻尼罐包括全压阻尼罐和静压阻尼罐，每组皮托管均由全压管101和静压管102组成，所述全压管与全压阻尼罐的进口连接，所述静压管与静压阻尼罐的进口连接。

所述全压管和静压管的轴向平行且二者的外径相切，在与全压管的外径及静压管的外径同时相切的位置还设有伴热管104和温度传感器内置管103（如图5所示）。

所述皮托管装置包含3组长度不同的皮托管，长度分别为1.5m、3m及4.5m，外径分别为8mm，10mm和12mm（如图2所示）。

所述套筒的长度为4.3m，外径为15cm。

采用上述多点网格在线流速测量系统进行流速测量，将所述皮托管装置安装于烟道壁上，所述套筒位于烟道内并垂直于烟道壁。

以烟道截面为6m*5m为例，同一烟道的测量截面上安装4个皮托管装置（沿烟道壁每隔1米安装一组皮托管装置，如图1所示），皮托管长度选用为1.5、3.0和4.5米，每个皮托管装置包含3个测量点，4个皮托管装置共12个测量点，根据烟道截面的大小，可以任意加减皮托管装置的数量，测量结果能够很好地反应该测量截面的平均流速。

为保证反吹压力和增强耐腐性能，皮托管选用SS316L，表面喷涂防腐涂层，反吹压力保证在0.7～0.8MPa。

反吹装置的工作流程如下（如图4所示）：三组皮托管1、2、3及其各自反吹校准单元、负压阻尼罐22、全压阻尼罐23、两位两通电磁阀26、温度传感器27，差压变送器28、静压变送器29、反吹气源30。测量全压的皮托管与烟气流向垂直，负压段皮托管背向烟气流向，每组皮托管的全压管和负压管分别汇入3进1出的全压阻尼罐23和负压阻尼罐22，全压阻尼罐23的出口管和负压阻尼罐22的出口管分别与差压变送器28的正负进口接头相连。温度传感器27和静压变送器29集成在皮托管2上，用于测定烟气温度和烟气静压。

皮托管1的反吹校准单元由两个两位三通电磁阀、两个逆止阀和两个两位两通电磁阀构成，全压管出气口与两位三通电磁阀4进气口连接，两位三通电磁阀4的出气口一端与逆止阀5连接，一端与3进1出的负压阻尼罐22连接；静压管出气口与两位三通电磁阀8进气口连接，两位三通电磁阀8的出气口一端与逆止阀7连接，一端与3进1出的全压阻尼罐23连接；逆止阀5和逆止阀7之间用三通气体接头6连接，三通气体接头6的另一端与两位两通电磁阀9的进气口连接，两位两通电磁阀9的出气口与反吹气源30连接。反吹时，两位三通电磁阀4和8与负压阻尼罐22和全压阻尼罐23连接端关闭，与逆止阀5和逆止阀7连接端打开，同时两位两通电磁阀9打开，反吹气源直接对全压管和静压管进行吹扫，防止烟气中的粉尘堵塞多孔皮托管。在反吹的同时，两位两通电磁阀26打开，使差压变送器28全压进口和静压进口压力达到平衡，起到对差压变送器校准的功能。

皮托管2的反吹校准单元由两个两位三通电磁阀、两个逆止阀和两个两位两通电磁阀构成，全压管出气口与两位三通电磁阀10进气口连接，两位三通电磁阀10的出气口一端与逆止阀11连接，一端与3进1出的负压阻尼罐22连接；静压管出气口与两位三通电磁阀14进气口连接，两位三通电磁阀14的出气口一端与逆止阀13连接，一端与3进1出的全压阻尼罐23连接；逆止阀11和逆止阀13之间用三通气体接头12连接，三通气体接头12的另一端与两位两通电磁阀15的进气口连接，两位两通电磁阀15的出气口与反吹气源30连接。反吹时，两位三通电磁阀10和14与负压阻尼罐22和全压阻尼罐23连接端关闭，与逆止阀11和逆止阀13连接端打开，同时两位两通电磁阀15打开，反吹气源直接对全压管和静压管进行吹扫，防止烟气中的粉尘堵塞多孔皮托管。在反吹的同时，两位两通电磁阀26打开，使差压变送器28全压进口和静压进口压力达到平衡，起到对差压变送器校准的功能。

皮托管3的反吹校准单元由两个两位三通电磁阀、两个逆止阀和两个两位两通电磁阀构成，全压管出气口与两位三通电磁阀16进气口连接，两位三通电磁阀16的出气口一端与逆止阀17连接，一端与3进1出的负压阻尼罐22连接；静压管出气口与两位三通电磁阀20进气口连接，两位三通电磁阀20的出气口一端与逆止阀19连接，一端与3进1出的全压阻尼罐23连接；逆止阀17和逆止阀19之间用三通气体接头18连接，三通气体接头18的另一端与两位两通电磁阀21的进气口连接，两位两通电磁阀21的出气口与反吹气源30连接。反吹时，两位三通电磁阀16和20与负压阻尼罐22和全压阻尼罐23连接端关闭，与逆止阀17和逆止阀19连接端打开，同时两位两通电磁阀21打开，反吹气源直接对全压管和静压管进行吹扫，防止烟气中的粉尘堵塞多孔皮托管。在反吹的同时，两位两通电磁阀26打开，使差压变送器28全压进口和静压进口压力达到平衡，起到对差压变送器校准的功能。

为了确保测量精度，可将本发明皮托管安排多组网格布置在监测断面上，然后将各组装置的全压与全压、负压与负压相互连接，所用全压端气流汇到一个3进1出的阻尼罐，所有负压端气流汇集到1个3进1出的阻尼罐；将烟道内各全负阻尼罐进行再次气流汇合，最终引出一组信号到差压变送器，得到断面平均流速。差压大小与烟道内风速有关，风速越大，差压越大；风速小，差压也小，因此，只要测量出差压的大小，根据差压与风速的对应关系，就能正确地测出烟气流速。

本实施例采用自动反吹装置；为保证反吹效果，对每一组皮托管进行轮流反吹，反吹气源压力保持在0.8Mpa。

现场安装要求：

准备工作：将安装位置需要搭设脚手架的地方事先搭好，准备电焊、乙炔、氧气、氩气、切割器等需要工具运送到现场。组织好人员，配合协调工作，加快工作进度。

1、将装置运到水平管道上，垂直放入到管道内，保证装置剖口面迎风向。安装时保证测量装置的中心居于管道的中心位置，同时保证安装时装置的水平和竖直。

2、用角铁或槽钢在风量测量装置的侧面和底部进行固定。

3、将安装孔满焊。将安装孔满焊，不能有漏风现象，以免对装置的测量产生影响。

4、各气路正确可靠连接，反吹气源压力0.8MPa。

5、DCS数据采集。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种多点网格在线流速测量系统，其特征在于，包括至少一个皮托管装置、与所述皮托管装置对应的反吹装置以及数据采集控制装置，所述皮托管装置与所述反吹装置通过管线连接，所述数据采集控制装置通过线路分别与皮托管装置和反吹装置连接；

所述皮托管装置包括中空的套筒和至少两组长度不同的皮托管，所述皮托管贯穿于所述套筒中，其中长度最长的一组皮托管的测压孔位于套筒外，其余皮托管的测压孔位于套筒内，位于套筒内的测压孔所对应的筒壁上还设有垂直于轴向的通孔。

2.根据权利要求1所述的多点网格在线流速测量系统，其特征在于，所述皮托管包括皮托管本体和加长管，所述皮托管本体与加长管之间通过连接件连接；所述套筒包括套筒本体和加长筒，所述套筒本体和加长筒之间通过连接筒连接。

3.根据权利要求1所述的多点网格在线流速测量系统，其特征在于，所述通孔的边缘设有垂直于套筒轴向的固定件；所述套筒的顶部设有密封件；所述套筒的底部设有安装部件。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多点网格在线流速测量系统，其特征在于，所述皮托管装置还包括压力平衡阻尼罐，所述压力平衡阻尼罐包括全压阻尼罐和静压阻尼罐，每组皮托管均由全压管和静压管组成，所述全压管与全压阻尼罐的进口连接，所述静压管与静压阻尼罐的进口连接。

5.根据权利要求4所述的多点网格在线流速测量系统，其特征在于，所述全压管和静压管的轴向平行且二者的外径相切，在与全压管的外径及静压管的外径同时相切的位置还设有伴热管和温度传感器内置管。

6.根据权利要求1-3任一项所述的多点网格在线流速测量系统，其特征在于，所述套筒的长度为1.5-4.5m，外径为10-20cm；所述皮托管的外径为8-12mm。

7.根据权利要求1-3任一项所述的多点网格在线流速测量系统，其特征在于，所述皮托管装置包含3组长度不同的皮托管。

8.一种多点网格在线流速测量的方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述多点网格在线流速测量系统进行流速测量，将所述皮托管装置安装于烟道壁上，所述套筒位于烟道内并垂直于烟道壁。

9.根据权利要求8所述的多点网格在线流速测量的方法，其特征在于，在同一烟道的测量截面上安装2个以上的皮托管装置。