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

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)對生產(chǎn)流程進行監(jiān)督和控制，對提高產(chǎn)品的質(zhì)量 與產(chǎn)量，保障生產(chǎn)安全，改進生產(chǎn)工藝，改善生產(chǎn)條件等 方面有著重要意義。在工藝過程控制中的介質(zhì)類型隨

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)特性來選擇合適的測量儀表。 

1 冶金工藝流程中的流量測量面臨問題

在冶金各工藝段各種介質(zhì)到底選擇哪種流量儀表

來實現(xiàn)非常優(yōu)化的測量，就是討論的問題。 

1. 1 流量儀表種類復(fù)雜。 

現(xiàn)代自動化儀表飛速發(fā)展，新型儀表層出不窮，每 種流量儀表都有其優(yōu)勢和局限性，至今尚無一種適用于任何場合的流量儀表。有很多流量儀表只是聽說，但未 曾了解或者使用過，所以對有些流量儀表的特性是否適 應(yīng)自身的工況特點，無法準確把握。 流量儀表通常可分成壓差式、速度式、容積式等種 類。像孔板流量計、噴嘴流量計，均速管等屬于差壓式。 電磁流量計、渦街流量計、超聲波流量計等屬于速度式。 腰輪流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計等屬于容積式。不同類型的 流量儀表適應(yīng)不同的工藝介質(zhì)。例如水的測量，通常非常 優(yōu)選擇電磁流量計，電磁流量計在我國工業(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。 每個鋼鐵廠自身工況的特點不同，介質(zhì)特點也不一樣。 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) 等。每個工藝段都有自身的特點，車間空間，管道大小等都不一樣，必須根據(jù)其特性進行合理科學(xué)選擇。 

1. 3 鋼鐵廠對測量的要求較高 

測量的穩(wěn)定性和精度對安全高效的生產(chǎn)息息相關(guān)。 鋼鐵廠對于流量儀表的基本要求是長壽命、有效、穩(wěn)定 測量，開車后無需隨意拆卸停車維護。隨著鋼鐵廠產(chǎn)能 設(shè)計愈大，工藝流量愈大，對于流量儀表的傳感器磨損 就愈大; 對于流量儀表的傳感器材料，產(chǎn)品截面的要求 以及在流場下的流體動力學(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儀表的難度。如何選擇非常優(yōu)的流 量測量方案就是面前面臨的問題。

 2 冶金工藝流程中的流量儀表的選擇

通常每個工段的測量點的流量儀表都會按照設(shè)計院或者以往經(jīng)驗進行選擇，但在一些測量點選擇的流量儀表存在使用效果不好的情況，導(dǎo)致生產(chǎn)勉強運行。所以需要 結(jié)合各種現(xiàn)場工藝因素，并結(jié)合流量儀表特點來選擇。

2. 1 焦化燒結(jié)的流量儀表的選擇

在焦化和燒結(jié)工藝段中，測量介質(zhì)相對較少，主要 測量介質(zhì)是水、空氣和瀝青等。水可以采用電磁流量計來測量，空氣可以采用渦街流量計和孔板流量計，但瀝青相對比較特殊，一般采用差壓流量計中的楔形流量計來測量。楔形流量計自身的特點可以測量粘度較大的介質(zhì)，在石油石化行業(yè)中經(jīng)常來測一些油類，在煤化工行業(yè)中來測量灰水和黑水等高溫高粘度高磨損介質(zhì)，所以楔形 流量計可以適應(yīng)瀝青這種高溫高粘度的介質(zhì)的測量。

 2. 2 煉鐵工藝段的流量儀表的選擇

煉鐵工藝段中的主體部分就是高爐，而高爐上的流 量儀表較多，測量介質(zhì)類型也較多，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)， 軟水被稱為冷卻水，冷卻水的水量與水壓分配對高爐冷 卻效果和高爐長壽十分重要，高爐嚴格控制合理冷卻參 數(shù)變化。通過檢測進出口的流量來判斷冷卻壁是否正 常，一旦進回水誤差較大將會預(yù)示冷卻壁出現(xiàn)故障，將 對安全生產(chǎn)帶來隱患。在高爐風(fēng)口尤其是小套處于環(huán) 境非常為惡劣的部位，漏水的概率遠遠超過冷卻壁。所以 高爐冷卻水的測量非常關(guān)鍵。 冷卻水的測量通常采用電磁流量計和超聲波流量 計來測量。國內(nèi)大多數(shù)冶金行業(yè)的高爐本體冷卻壁的 進回水測量基本采用電磁流量計，電磁流量計的精度可以達到 0. 2 級，且在高爐測量應(yīng)用是很成熟的，極少數(shù)采 用超聲波流量計，雖然超聲波流量計可管外安裝、非接觸 測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，但其穩(wěn)定性和精度還是相對電磁流量計要略輸一籌。 

2. 3 煉鋼工藝段的流量儀表的選擇

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)爐相對高爐 上的流量儀表數(shù)量較少，測量介質(zhì)也主要是軟水和氧 氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等。按照高爐上軟水測量采用電磁流量計的經(jīng)驗，轉(zhuǎn)爐上的水的測量也同樣采用電磁流量計來測量。轉(zhuǎn)爐上的軟水主要是用來給氧槍進行冷卻作用，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于冶煉工藝、成本、產(chǎn) 品質(zhì)量等有很大影響。一般通過進回水誤差來判斷冷 卻效果。一旦進回水誤差加大，氧槍將根據(jù)保護設(shè)置將 提槍，無法繼續(xù)往轉(zhuǎn)爐內(nèi)部吹氧，導(dǎo)致煉鋼指標下降。 所以轉(zhuǎn)爐軟水的測量還是電磁流量計非常適合。 

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。很多時候都采用標準孔 板來測量，但孔板畢竟安裝直管段要求過高，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( 也稱為多孔孔板流量計) 。它是把整 流器和標準孔板結(jié)合而成( 見圖 1) ，平衡流量計具有對 稱多孔結(jié)構(gòu)特點，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，降低因渦流所引起的信號波動，提高取壓點數(shù)據(jù)的準確性。

2. 3. 3 轉(zhuǎn)爐煤氣 

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

2. 4 連鑄工藝段的流量儀表的選擇

連鑄工藝段主要是一個拉鋼的過程，連鑄的二次冷 卻工藝對連鑄機的產(chǎn)量和質(zhì)量有著重要影響。通過對鋼胚的不同斷面進行水量澆鑄，且每個斷面要求的水量 大小也不同，隨時進行調(diào)整，測量非常關(guān)鍵。通常對澆 鑄水量的控制的要求基本上有兩點: ( 1) 多流澆鑄時需要穩(wěn)定一致的流量; ( 2) 閥門的快速調(diào)節(jié)時，水量的監(jiān)控必須快速響應(yīng)，流量信號與控制系統(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)無法達到要求，必須采用一些速度式儀表來測量。通常采用電磁流 量計來測量，電磁流量計滿度流量時液體流速可在 1 m/s～ 10 m/s 范圍內(nèi)選用，范圍比較寬。 所以針對連鑄的工藝要求，必須采用快速響應(yīng)型的 電磁流量計，既可快速響應(yīng)，又可快速穩(wěn)定流量，這就需 要電磁流量計廠家具有一定技術(shù)實力才可做到這一點。 

2. 5 軋鋼工藝段的流量儀表的選擇

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進行熱軋，爐上煤氣管道按 3 個供熱段進行配置，實現(xiàn)各段流量的測量與調(diào)節(jié)。各 段煤氣管道設(shè)置流量計和氣動調(diào)節(jié)閥，測量和調(diào)節(jié)本段 的煤氣供給量。而冷軋主要采用水量控制來進行冷軋。 熱軋車間中的煤氣主要是高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng) 過凈化后輸送過來與熱空氣混合進入熱軋爐。針對煤 氣的測量前面提到采用文丘里管、V 錐和圓缺孔板來測量，在熱軋廠同樣可以采用這些差壓類流量計。但熱軋 廠煤氣管線口徑都比較大，通常都超過 1 200 mm，文丘 里管和 V 錐的價格是非常昂貴的，所以考慮成本問題， 可以選擇圓缺孔板( 見圖 2) ，采用圓缺設(shè)計，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。

冷軋車間主要測量介質(zhì)是水，其工藝跟連鑄有點類 似，也是對水流量監(jiān)控，所以一般采用電磁流量計來測量。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)型的電磁流量計來針對性的測量。 

2. 6 公輔及水處理的流量儀表的選擇

公輔及水處理車間主要包含三個車間: 動力站( 自備 電廠類) 、水處理站、氣體處理站( 空壓站和氧氣站等) 。 

2. 6. 1 動力站 

動力站主要是自備電廠或者鍋爐站，電廠的流量儀 表的選擇測量在《論火力發(fā)電的流量測量》一文中作了 很詳細的描述。而鍋爐站相對測量儀表較少，主要是天 然氣、蒸汽、除鹽水的測量。選擇蒸汽流量測量儀表應(yīng)考慮 5 個主要因素，即被測流體特性、安裝條件、環(huán)境條 件、儀表性能及維護需求。動力站出來的蒸汽送往各個 車間，現(xiàn)在很多鋼鐵企業(yè)都上了能源管理系統(tǒng)，主要針對水電氣的能源管控，而蒸汽是非常難考核的，往往動力 站主管網(wǎng)蒸汽總量與各車間的蒸汽量之和差別特別大， 其實很多時候是測量儀表的選擇和現(xiàn)場工藝管路引起 的。近年來，流量測量技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，蒸汽流量 測量大多使用差壓式流量計和渦街流量計，但差壓式流 量計壓損大，量程比低，一般只有 1 ∶ 3，在實際運行中， 由于管道流體流量增加超過孔板流量計原來設(shè)計的流 量上限，導(dǎo)致差壓變送器長期超量程運行，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 可改成渦街流量計來測量。渦 街壓損一般只有孔板的 1 /5，精度可以到 1 級，安裝直管 段也優(yōu)于孔板類。但渦街對管道機械振動均較敏感，不 宜用于強震動場所。 除鹽水一般采用孔板類差壓流量儀表或者渦街流 量計來測量。針對天然氣的測量可以采用渦輪流量計， 渦輪流量計在流量儀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 流量計是非常理想的，而渦街流量計和差壓類一般不建 議來測量天然氣。 

2. 6. 2 水處理站 

水處理站主要是全廠用水的集中處理站，進水和出站水的管徑都比較大，一般也都超過 1 000 mm，大部分 都采用管道式電磁流量計來測量。考慮成本時，針對1 000 mm 以上的管徑可以采用電磁流量計系列中一款 插入式電磁流量計。插入式電磁是在管道式電磁的原 理上來開發(fā)而來，采用尼庫拉磁原理，但插入式測量的 是一個點的流速，不像管道式測量的是一個截面的平均 流速，所以穩(wěn)定性和精度相對管道式較差。但插入式還有一個優(yōu)勢，可在線不斷流安裝，在項目后期的技改上 或者原流量點出現(xiàn)故障時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。針對這類低溫氣體，可采用渦街流量計和差壓類流量計來測量。但針對氧氣，相對危險系數(shù)較 大，建議采用平衡流量計或者文丘里管流量計來測量。 這兩個差壓式流量計常常在一些煤化工行業(yè)中來測量 高壓氧，在降壓損、平滑流場方面有很大的優(yōu)勢。所以針對鋼鐵廠的氧氣也可選這兩類流量儀表來測量。 

3 結(jié)束語 

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)的各項工藝參數(shù)和指標來選擇非常合適的 流量儀表。現(xiàn)場流量儀表是工藝生產(chǎn)的眼睛，流量儀表的穩(wěn)定運行與生產(chǎn)的穩(wěn)定運行息息相關(guān)。在各類新型流量儀表快速發(fā)展的今天，只有將流量儀表選擇非常優(yōu)的 測量方案，才可保證鋼鐵廠的可靠穩(wěn)定運行生產(chǎn)。