唐新宇

天津中材工程研究中心有限公司（300402）

0 前言

隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，高溫高塵氣體的流量監(jiān)測(cè)在優(yōu)化工藝操作、降低能源消耗、降低污染物排放方面的作用日趨重要。冶金行業(yè)的高爐轉(zhuǎn)爐焦?fàn)t、火力發(fā)電行業(yè)的一次二次風(fēng)量、水泥行業(yè)的三次風(fēng)量都需要進(jìn)行精準(zhǔn)的流量測(cè)量。這些待測(cè)氣體普遍具有溫度高（最高可達(dá)1 000℃）、粉塵含量高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)測(cè)量方式如文丘里管、熱式流量計(jì)、熱線風(fēng)速儀、巴類流量計(jì)均嚴(yán)重不適應(yīng)高粉塵的工作環(huán)境，目前主要使用皮托管類流量計(jì)對(duì)這類煙氣進(jìn)行測(cè)量。但是根據(jù)研究者實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)壓差式皮托管類流量計(jì)的測(cè)壓口依舊容易被粉塵堵塞，特別是在高粉塵環(huán)境中，需要反復(fù)快速測(cè)量多次才能取得與標(biāo)準(zhǔn)偏差較小的測(cè)量結(jié)果。因此，提升高溫高塵氣體風(fēng)量測(cè)量的準(zhǔn)確度，實(shí)際上就是對(duì)皮托管取樣部分的研究。

1 皮托管流量計(jì)簡(jiǎn)介

皮托管是一種測(cè)量測(cè)壓管水頭（壓力）的管狀設(shè)備，是法國(guó)人皮托發(fā)明的。皮托管并不能直接測(cè)量氣體流量，而是要組合起來(lái)，一個(gè)測(cè)量氣體的總壓（動(dòng)壓+靜壓），另一個(gè)測(cè)量氣體的靜壓，然后通過(guò)計(jì)算求出氣體的動(dòng)壓，進(jìn)而計(jì)算出氣體的流速、流量。由于測(cè)量動(dòng)壓的皮托管是成對(duì)使用的，所以一般稱這樣成對(duì)使用的皮托管為一個(gè)皮托管。

皮托管測(cè)試原理為:

測(cè)壓管水頭等于動(dòng)壓與靜壓之和:

根據(jù)伯努利方程有

由于 ρt=ρs，ht=hs，經(jīng)推導(dǎo)可得:

通過(guò)與截面面積總和計(jì)算就可以求出風(fēng)量。

2 壓差式皮托管流量計(jì)的改進(jìn)

為防止皮托管上積灰從而影響動(dòng)壓測(cè)量的準(zhǔn)確性，研究者進(jìn)行了大量的研究。目前減少皮托管積灰的方式主要有:敲打機(jī)械清灰、吹掃、內(nèi)部除塵、加防塵罩、正壓反吹等手段。

周惠春[1]在總壓取壓管的頂端和靜壓取壓管的頂端設(shè)置了固定連接的擺繩，并在繩子的下端設(shè)置了擺桿。利用被測(cè)量氣體的動(dòng)能振動(dòng)擺繩、擺桿，擺桿敲打取壓管，防止粉塵在測(cè)量裝置內(nèi)累積而堵塞，提高了測(cè)量準(zhǔn)確性和測(cè)量使用周期。史志立[2]考慮到機(jī)械堵塞后清堵必須停止測(cè)量的問(wèn)題，提出了一種螺旋狀的清堵塞鏈。當(dāng)氣體或粉塵撞擊測(cè)壓管時(shí)，防堵塞鏈擺動(dòng)敲打測(cè)壓管內(nèi)部積累的粉塵。但是單純的機(jī)械清灰裝置對(duì)高溫黏性粉塵的作用有限。

禹敏雅[3]、李愛(ài)蓮[4]、丁峰[5]均設(shè)置空氣吹灰裝置反吹測(cè)壓管中的積灰，通過(guò)人工或機(jī)械定時(shí)反吹保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。但是根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，反吹只能部分消除積灰問(wèn)題，對(duì)硬質(zhì)、黏性的高溫粉塵效果有限。此外，反吹系統(tǒng)的穩(wěn)定性、反吹風(fēng)的量也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。蔡寬平[6]則是用超高壓力反吹與離心分離結(jié)合的方法清除積灰，穩(wěn)定性比僅增加反吹有一定的提高。

許贊昌[7]在取氣管內(nèi)部設(shè)置了碰撞板、擋灰板和積灰斗，通過(guò)氣體與碰撞板的碰撞，降低氣體動(dòng)能，再通過(guò)擋灰板將粉塵引入積灰斗中排出，從而大大減少粉塵的堵塞現(xiàn)象。陳獻(xiàn)春[8]則在取氣管內(nèi)部設(shè)置小型旋風(fēng)筒，通過(guò)旋風(fēng)分離將粉塵聚集排出。吳文甫[9]則是在取氣管內(nèi)部設(shè)置一個(gè)突然膨大的空間，降低氣體流速，同時(shí)設(shè)置旋轉(zhuǎn)的金屬片阻擋粉塵繼續(xù)前進(jìn)，保證測(cè)量的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。但是內(nèi)部除塵無(wú)法徹底解決結(jié)皮、積灰問(wèn)題。明曉[10]在取氣管前煙氣順流方向設(shè)置防塵罩，通過(guò)防塵罩的作用減少顆粒物進(jìn)入取氣管內(nèi)部，但是這會(huì)對(duì)氣流的流線造成擾動(dòng)，影響測(cè)量準(zhǔn)確性。

孫超[11]、田必勇[12]將皮托管的工作方式由負(fù)壓吸入氣體測(cè)量變更為正壓反吹噴出氣體測(cè)量。其基本原理仍然遵守貝努力方程，但是皮托管的總壓和靜壓不是測(cè)出而是通過(guò)取氣管末端的壓力、取氣管的流量算出。這樣，高塵煙氣不再進(jìn)入皮托管，因此徹底解決了粉塵造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確和容易堵塞的缺點(diǎn)，是比較有發(fā)展前景的一種技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

為解決高溫高塵氣體風(fēng)量測(cè)量不精確的問(wèn)題，研究者對(duì)皮托管的取氣部分進(jìn)行了很多研究，其中正壓反吹徹底解決了測(cè)量不準(zhǔn)和易堵塞的問(wèn)題，是最有前途的方式。