风量检测装置的检测方法与注意事项

送风量是指单位时间内送入炉中的空气的体积或质量。以体积计量称为体积送风量或体积流量，以m³/min或m³/h表示。以质量计量则称质量送风量或质量流量，以kg/min或t/h表示。一般冲天炉送风量不加说明时多指体积送风量。

图7-44 喷氧调节铁液温度系统

1—过桥连续测温 2—测温仪表 3—自动电磁阀装置 4—阀门 5—氧气管道 6—氧气汇流阀 7—氧气表 8—氧气瓶 9—自动控制风量装置

风量检测装置和仪表种类很多，常用于冲天炉的风量检测装置有：动压测定管、节流装置和卡门漩涡流量计等。风量检测装置的结构与特点见表7-39。

表7-39 风量检测装置的结构与特点

（续）

7.4.2.1 动压测定管法

1.工作原理

动压测定管又叫毕托管，是一种动压测定装置，其工作原理如图7-45所示。它用正对流速方向的小管引出流体全压（即动压+静压），用平行流速方向的外套管上的小孔引出流体的静压，将两管与U形管压差计连接后，测得的压力差h=h_全-h_静即是动压，其常用单位用Pa表示。

按流体力学的原理，动压头与流速的关系式为

式中 v——流速（m/s）；

ρ——空气密度（kg/m³）；

h——压差即动压（Pa）。

考虑空气是可压缩流体和黏性的影响，上述公式需进行修正

式中 ε——流束膨胀修正系数。当v≤0.2M（马赫数—声速的倍数）时，ε=1。冲天炉管道内流速＜＜0.2M，故ε取为1；

φ——结构系数。它与测定管的几何形状、开孔大小、开孔位置和流体黏性有关。当采用标准压力管时，可消除黏性影响，φ=1。非标准压力管，应在专门装置上测定校正，一般φ=0.95～1.00。

图7-45 动压测 定管工作原理

1—直测压管 2—90°弯头 3—U形管

2.风量计算公式

动压测定管的风量计算公式与测点位置有关。一般测点位置有两种选择：一种是设在距管壁D/3处测量平均流速，一种设在管道轴心处测量最大流速（V_max）。

在平均流速处测量送风量为

在物理标准状态下，大气压为760mmHg，0℃空气密度为ρ=1.293kg/m³，则风量实用公式为

式中 D——风管内径（m）；

φ——结构系数；

h——平均流速处的压差（10Pa）。

工程上以20℃、760mmHg为标准状态，空气密度ρ=1.205kg/m³，则在管道轴心最大流速处测量，根据V=0.84V_max，则风量实用公式为

式中 h——风管轴心处测得的压差（10Pa）。

根据尼古拉兹试验，在紊流充分展开后，平均流速所在位置随流体雷诺数一起产生变化。冲天炉管道内雷诺数一般为10⁵～10⁶，与之相应的平均流速在距管壁0.12D处。实际应用中考虑到测管离风管内壁太近，为避免管道内壁状况对气流规律的干扰，人为地定在D/3处测量。显然，这样的测量精度是不高的。采用轴心处测量也应注意的取值。要求较高的计算精度时，应在0.817～0.85间用内插法确定。

采用标准毕托管，φ值取1时，将平均流速处和最大流速处测得的压差对应不同管径换算成风量列入表7-40、表7-41，可供参考。

表7-40 标准毕托管的风量查对表（平均流速处测）

（续）

表7-41 标准毕托管的风量查对表（最大流速处测）

3.安装使用注意事项

1）安装毕托管的管道必须内壁光滑平直，不能安装在管道转弯处或断面有变化的部位。

2）毕托管插入风管的深度应符合规定。

3）安装毕托管的管道应有足够长的直线段，一般测点前直线段应大于10倍管道内径；测点后直线段应大于5倍管道内径。

4）毕托管的全压取压孔应正对气流运动方向，毕托管的中心线与风管中心线平行，标准毕托管允许有不超出±7.5°的交角，否则将引起较大的误差。

5）毕托管取压孔径较小，易于堵塞，应定期检查，及时清除灰尘，以保证测量的数据准确。

7.4.2.2 标准孔板法

标准节流装置与差压计配套使用的流量计，在工业上应用比较广泛。我国制订有《节流装置国家标准和检定规程》，并有专业化生产厂向用户提供成套的标准节流装置。

节流装置按其形式可分为：孔板、文丘里喷嘴和文丘里管等几种，其结构如图7-46所示。冲天炉多采用标准孔板进行风量的检测。与毕托管相比，孔板制造困难、价格高、阻力损失大。

1.工作原理

孔板安装在图7-47所示管道中，当充满管道的流体流经孔板时，流速增加，静压力降低，在节流装置前后产生压差。

图7-46 常用标准节流装置

a）孔板 b）文丘里喷嘴 c）文丘里管

图7-47 流体流经孔板时压力和流动情况的变化

将孔板两侧导压管与压差计连接，可测得压差ΔP=P₁-P₂，取Ⅰ、Ⅱ断面列出伯努里方程，可求得流过孔板节流孔的流速，从而计算出流量。空气为可压缩流体，应考虑空气流经孔板时，因压力变化产生的影响，为此引入流体的膨胀校正系数ε。则流体流量的理论计算式如下：

体积流量Q（m³/s）计算公式为

质量流量G（kg/s）计算公式为

将式中的常数项及单位变换整理，即可得到基本适用流量计算公式

式中 Q——体积流量（m³/h）；

G——质量流量（kg/h）；

m——截面积比=；

α——孔板流量系数；

ε——气体体积膨胀校正系数；

D——管道直径（mm）；

d——工作状态下，孔板开孔直径（mm）；

ρ——流体介质工作状态下密度（kg/m³）；

ΔP——压差（kgf/m²即近似10Pa）。

2.压差ΔP的测取

图7-48 孔板取压方式示意图

1—角接取压 2—1in法兰取压 3—理论取压 4—径距取压 5—管接取压

将节流元件前后的取压点与压差计连接，即可测得压差ΔP。但从节流装置工作原理、孔板前后流速和压力分布图中可以看到，孔板前后压力变化很大，取压点的位置不同，所取的压力也不同，则流量计算公式中的流量系数和膨胀校正系数也有变化，因此，取压点设在什么地方，是节流装置测取压差的关键环节。

通常孔板取压方式有：角接取压法、1in法兰取压法、理论取压法、径距取压法和管接取压法五种。目前国内规定采用前两种，有些工厂冲天炉使用自制孔板采用第三种理论取压法。不同取压方式的取压位置如图7-48所示。

3.孔板结构和风量实用公式

孔板的结构随着取压方式的不同而异，冲天炉常用标准孔板，角接取压。有些厂也采用理论取压的孔板。下面介绍这两种孔板的结构及其风量测定实用公式。

图7-49 标准孔板结构图

（1）标准孔板的结构 在冲天炉上建议采用角接取压法的标准孔板，如图7-49所示。它是在孔板的前后端面处用环室或钻孔取压，这种方法取得的压差值大，而且通过环室取压可取得管道界面圆周上的压力平均值，提高测量精度，缩短了安装所需要的最小直管段长度。对管道内表面粗糙度要求不高，但对制造和安装要求严格，取压管的污垢和阻塞不便清除。

冲天炉风量计算单位，习惯采用m³/min，其风量计算公式为：

工程上以20℃、760mmHg为标准状态ρ₂₀=1.205（kg/m³）。则风量实用公式为

式中 ε——膨胀校正系数，可从图表中查出，在冲天炉工作条件下，ε多在0.985～0.990之间，如取ε=0.987，则

式中 Δh——压差值（10Pa）；

a——流量系数，其值取决于节流元件的型式、取压方式、流体流动状态（即Re值）、截面比及管道的粗糙度等因素，十分复杂，理论上无法计算，只

能由试验来确定。如向生产厂购买的标准环室孔板，a值可由生产厂提供，也可根据管径D和截面比m，由图表查得。在冲天炉生产检测中一般m=0.40～0.70，可由表7-42查得。

d——孔板开孔直径（mm）。

表7-42 标准孔板的流量系数

（2）理论取压孔板的结构 如果有些工厂对测量的精度要求不高，采用理论取压法的自制孔板，这种孔板的结构如图7-50所示。它是在孔板前流速未变的1D处和孔板后最大流速0.35D处取压。这种方法的压差最大，但最大流速的位置随流量和m的变化而变化（距孔板0.34D～0.84D之间），而取压孔的位置却不可能变化，因此，测量误差较大。

图7-50 理论取压孔板装置结构图

由于取压方式不同，其流量系数和风量计算公式与标准孔板不同。其风量计算公式为：

式中 F——风管截面积（m²）；

D——风管直径（m）；

K——流量系数；

Δh——压差（10Pa）。

K根据d/D（d孔板开孔直径）之比由表7-43查得。

冲天炉常用d/D=0.8，K=0.7989，则压差和风量换算值可由表7-44查得。

表7-43 与d/D有关的系数K值

4.孔板安装使用注意事项

1）孔板孔径的中心线与管道中心线应在同一轴线上（不同心度不超过0.01～0.04D），孔板端面应与管道中心线相垂直（不垂直度不得超过±1°）。

2）标准孔板必须按国家标准规定尺寸精度和粗糙度加工制造。开孔进风端必须边缘尖锐无毛刺。孔板材质应采用不锈钢或青铜。

表7-44 d/D=0.8的风量查对表

3）孔板前后的2D长度（包括环室）内，应圆整对称，管道内壁应光滑不能有突出部分，如垫片、焊缝和毛刺等。

4）孔道的实际内径应与设计的内径值一致，管道内径应大于50mm方能使用孔板。

5）孔板必须安装在足够长的直管段上，其长度决定于孔板前后局部阻力的性质、孔板的取压方式以及孔板流通截面比。一般环室孔板可按表7-45确定。

表7-45 环室取压孔板前最小值管段长度L与管径D的直径

安装时，如果直管段长度不够，可按如下方法处理：

一种方法是加装整流器。在孔板的出风侧管道加装整流器，整流器本体长度为2D，安装在距离局部阻力区2D之外，整流器的结构如图7-51所示。加装整流器的方法只能用在产生旋流的局部阻力之后，在加了整流器后，所需的最小直管段可按不产生旋流的局部阻力形式确定。

另一种方法是计算所增加的误差。采取环室取压，当m≤0.5时，允许所需最小直管段的长度减少一半，但在这种情况下，所引起的流量系数的附加误差为±0.5%。

图7-51 整流器结构示意图

a）管状整流器 b）板状整流器

6）取压管的直径应大于8mm。安装取压管道时应防止凝聚物的堵塞和排除，故不应水平安装排污器并采取吹洗阀门接头等措施。

7.4.2.3 实际入炉风量的计算

1.风量的修正

为了现场运算方便，在建立风量实用公式时，是以20℃、760mmHg条件下的空气密度（即ρ20=1.205kg/m³）为准，这是近似计算。严格地说，工作状态下的风量应以空气在该状态下的密度计算。因此，由Q₂₀修正成工作状态下的风量Q，需乘以空气的密度修正系数K_a，即

Q=K_aQ₂₀ （m³/min） （7-38）

当为干空气时，。则

当为湿空气时，

式中 P、T、ϕ、r_b——工作状态下绝对压力（mmHg）、绝对温度（K）、相对湿度（%）和饱和水气密度（kg/m³）。由于密度的湿度修正运算复杂，而湿度的影响较小，一般只考虑温度和压力修正。

2.风量的换算

在冲天炉燃烧计算中，空气量是以标准m³为计量单位。此标准是标准状态的简称。按物理和化学上的规定，标准状态是指温度为0℃、压力为760mmHg的状态。由于送风量检测是在工作状态下进行的，与标准状态不符，必须进行状态换算，则标准状态下风量Q_b为

Q_b=K_hQ （Nm³/min） （7-42）

式中 K_h——风量换算系数。根据气体状态方程式可知：，则

即，所以

式中 P、T——工作状态下的绝对压力（mmHg）和绝对温度（K）。

3.风量的综合修正

如将风量的密度修正式带入风量换算式则

Q_b=K_sK_hQ₂₀ （Nm³/min） （7-44）

式中 K_s——密度修正系数。

K_h——风量换算系数。

设风量综合修正系数为K，。其数值列于表7-46，以备修正风量时查用。

4.漏风量的测定。

冲天炉由于送风系统（风机、管道、风箱、换热装置和观察孔）的漏风，产生的漏风损失不可忽略，一般以经验估计约为10%～30%，有的更高一些。经验估计很难准确地反映真实的漏风量。因此，必须进行实测。测定方法是在停炉时，堵死所有风口，将放风阀全部打开，然后开动风机送风，调节放风阀，使送风压力达到正常开炉时的风压值，进行风量测定，测得的风量值即为漏风量。此种方法适用于罗茨和叶片式风机，对于离心风机误差较大。

5.实际入炉风量的计算与核算

标准状态下的实际入炉风量为

Q_B入炉=（Q₂₀-Q_20漏风）K （Nm³/min） （7-45）

式中 K——风量综合修正系数。

为了判断实际入炉风量是否准确，可用下式进行校核

式中 η_v——冲天炉平均燃烧比（%）；

G——冲天炉正常熔化率（t/h）；

w（C）——焦炭的固定含碳量（%）；

K——铁焦比。

7.4.2.4 差压计和二次仪表的选用

冲天炉送风量的监测装置，通常采用毕托管、笛型均速管和孔板等一次检测元件与简易差压计，如U形管差压计和斜管差压计等，配套使用。这种方法简单易行、系统误差小、比较经济，但需根据读取的压差值，通过运算求得风量。此外，也可采用环秤式差压计、差动膜片差压计和双波纹管差压计等二次仪表。常用差压计分类及主要性能见表7-47。

表7-47 差压计分类及主要性能

在有显示、记录、调节、控制和计算等要求时，则采用由差压变送器和显示仪表配套的二次仪表。国内通常采用DDZ-Ⅱ型系列电动单元组合仪表，采用DBC电动差压变送器和DBL电动流量变送器、DJK型开方器、DXS型比例积算器等电动单元组合元件配套使用，并配二次显示仪表组成风量检测系统。

DBC型电动差压变送器，可将测得的差压值转换成0～10mA直流信号，输入DXZ型电动显示仪，直接显示。该变送器具有负载电阻大和恒流性好等特点，与DXZ、DTZ、DXB等仪表组合使用可同时完成指示、调节和报警等任务，并可通过执行机构实现风量的控制。

DBL型电动流量变送器，由于加入了开方器，其输出电流与差压平方根成正比。因此DXZ型显示仪表可以按线性刻度显示，使用较为方便。该型变送器也有负载电阻大和恒流性能好的特点，与显示仪表配套，可同时完成指示、调节、报警和控制等任务。

冲天炉常用的几种变送器见表7-48，供选用时参考。

表7-48 电动差压、流量变送器型号规格