J a n OKOŁO-KUŁAK
In sty tu t M aszyn i U rządzeń Energetycznych Politechnika Śląska, Gliwice
PRZEPŁYWOMIERZ DO POM IARU STRUM IENIA MASY PYŁU TRANSPORTOWANEGO W GAZIE
W SPÓŁPRACUJĄCY ZE ZWĘŻKĄ TRÓJSYGNAŁOWĄ
S tr e s z c z e n ie . W arty ku le omówiono przepływom ierz mierzący:
stru m ie ń m asy, koncentrację i ilość pyłu w rurociągu instalacji tra n sp o r tu pneum atycznego.
THE FLOW M ETER ASSIGM ENTED FO R M EASUREM ENT THE MASS FLOW RATEOF D U ST TRANSPO RTED IN GAS,
COOPERATED WITH THREE SIGNAL TUBE
Su m m ary. The article describes th e flow m eter w hich m easures the m ass flow rate, concentration and q u a n tity of d u st a t th e pipeline of in sta la tio n of pneum atic tran sp o rt.
EIN GERÄT ZUR M ASSENSTROM M ESSUNG D E S STAUBES BEIM PN EUM A TISC H EN TR AN SPO RT MIT D E R ANW ENDUNG VON 3-SIGNAL-BLENDE
Z u sa m m en fa ssu n g . Das G erät zur M essung von M assengeschw in
digkeit, K onzentration u n d Menge des Staubes in den R ohrleitungen beim pneum atisch en T ran sp o rt ist d arg estellt worden.
1. P r z e z n a c z e n ie
Przepływom ierz w ykorzystujący zasadę zwężki trój sygnałowej je s t prze
znaczony do pom iaru stru m ien ia m asy pyłu transportow anego w gazie, może także m ierzyć koncentrację tego pyłu, a po zabudow aniu dodatkowych czujni
ków śred n ią średnicę ziarn a pyłu.
dzane n a instalacjach odpopielania elektrofiltrów oraz w instalacjach do tra n s p o rtu m asy form ierskiej w hucie. Uogólniając m ożna powiedzieć, że wszędzie tam , gdzie koncentracja m ateriału sypkiego transportow anego w gazie należy do przedziału (0,4; 2,0) [kg/kg], m ożna instalow ać przepływom ie
rze w spółpracujące ze zwężką trój sygnałową. Oprócz wymienionych zastoso
w ań przepływom ierz może być instalow any w przem yśle spożywczym przy pom iarze stru m ie n ia m asy, np. zboża, kasz i m ąki, oraz w cementownich, fabrykach klei, farb i tworzyw sztucznych.
3. Z alety
N ajw ażniejsze zalety przepływom ierza - to:
a) prosto ta budowy czujnika pomiarowego składającego się z dwóch prze
tw orników różnicy ciśnień,
b) m ałe s tra ty ciśnienia w rurociągu wynikające z zastosow ania zwężki o dużym przew ężeniu,
c) b rak skażeń czynnika mierzonego występujących przy zastosow aniu kon
kurencyjnych m etod izotopowych,
d) możliwość dokonywania jednym przepływom ierzem i jed n ą p a rą czujni
ków różnicy ciśnień pom iaru przepływ u w k ilk u n a stu rurociągach jedno
cześnie.
4. Wady
a) Głównym m ankam entem przepływom ierza zastosowanego do pom iaru stru m ie n ia m asy pyłu węglowego transportow anego z m łyna do palnika kotła je s t zależność w skazań od ilości wody w rurociągu. Chcąc skorygować w skazanie, trzeba mierzyć ilość wody w tryskiw anej do rurociągu i w prze
liczniku przepływomierza odejmować tę wartość od wyniku pomiaru.
b) In stalacja do badania i wzorcowania przepływomierzy pyłu je s t kosztowna i tru d n a w obsłudze.
Rys. 1. Schem at zwęzki trój sygnałów ej Fig. 1. Schem a of th ree signal tube
Rys. 2. S chem at blokowy przepływom ierza pyłu węglowego Fig. 2. Blook diagram of th e flow-meter of coal dust
cylindryczną, a drugi pomiędzy częścią dolotową i wylotową tej zwężki, co schem atycznie przedstaw iono n a rys. 1. Znacznie upraszczając zjawisko moż
n a powiedzieć, że pierw szy spadek ciśnienia zależy głównie od n atężen ia przepływu solgazu, a drugi od koncentracji pyłu w gazie. Przelicznik przepły
w om ierza działający wg określonego algorytm u wylicza z tych dwóch spadków stru m ie ń m asy pyłu oraz koncentrację. Gdy ciśnienie gazu w rurociągu oraz te m p e ra tu ra znacznie się w ahają, przepływomierz m ożna wyposażyć w dodat
kowe czujniki i korektory ciśnienia i tem p eratu ry . Schem at blokowy przepły
w om ierza przedstaw iono n a rys. 2. Dalsze rozbudowywanie przepływom ierza polega n a wyposażeniu go w układ elektrod zasilanych ze źródła wysokiego napięcia i dodatkow y przelicznik określający śred nią średnicę zia rn a m ate ria łu sypkiego przepływającego w rurociągu [9], k tó ra je s t zależna od p rąd u płynącego m iędzy elektrodam i.
6. H isto ria
Pierw sze prace n a tem a t pom iaru stru m ien ia m asy pyłu za pomocą zwężek pojawiły się w 1948 roku [6] i dotyczyły bardzo niedoskonałych m etod dwu- zwężkowych opierających się n a niesłusznym założeniu, że spadek ciśnienia n a kryzie nie zależy od koncentracji pyłu unoszonego w rurociągu. Dopiero zaproponow ana przez G raczyka w 1957 roku zwężka trójsygnałow a [1] pozwo
liła n a skonstruow anie popraw nie działającego przepływom ierza. W In sty tu cie M aszyn i U rządzeń Energetycznych pod kierunkiem prof. dr hab. inz.
Czesław a G raczyka wykonano wiele prac badawczych dotyczących tej zwężki i przepływom ierzy wykorzystujących jej zasadę. B adania te były przedm iotem kilku rozpraw doktorskich [3 - 5, 7] oraz pracy zleconej [2] wykonywanej w ram ach P rogram u Rządowego w latach 1976 — 1979. W w yniku tej pracy pow stała przem ysłowa w ersja przepływom ierza wyposażona w kom utator pneum atyczny, um ożliwiający pom iar stru m ien ia m asy pyłu w czterech ru ro ciągach. W czasie gdy przepływomierz m ierzył stru m ień m asy w jednym rurociągu, przewody impulsowe pozostałych trzech rurociągów były przedm u
chiw ane sprężonym powietrzem . W przeliczniku przepływom ierza użyto standardow ych bloków m atem atycznych stosowanych w autom atyce typu In- te le k tra n S. W wyniku tej samej pracy pow stała też w ersja przepływom ierza wyposażona w przelicznik pneum atyczny, przeznaczona do pom iaru su b sta n cji niezwykle łatwopalnych. Przepływomierz zbudowany z bloków Intele-
k tra n S. przebadano w E lektrow ni Rybnik. Ponieważ zainstalow anie klasycz
nej zwężki V enturiego w rurociągu łączącym p aln ik kotła z m łynem w ym aga
łoby w yłączenia kotła, przepływom ierz współpracował z tzw. sondą Lerocha [8], k tó rą przebadano cały przekrój rurociągu otrzym ując w efekcie obraz całkowitego przepływ u solgazu w rurociągu. B adania przeprowadzono bez wyłączania kotła z ruchu. Schem at sondy skonstruow any w ENERGOPO- MIARZE przez R. Lerocha przedstaw iono n a rys. 3.
i t
:r ~z~7~JFV " / / / z j r z
Rys. 3. S chem at sondy trójsygnałowej Lerocha Fig. 3. Schem at of Leroch‘s th ree signal sound
7. W ażn iejsze d a n e p r z ep ły w o m ie rz a
a) P rzebad ane średnice rurociągów - (40 - 250) [mm] (istnieje możliwość ekstrapolacji n a sta w przelicznika przepływ om ierza dla średnicy 400 [m].
b) P rzeb ad ane średnice ziaren pyłów 5 — 150 [pm].
c) P rzebad ane średnie prędkości solgazu w rurociągu 15 - 60 [m/sek], d) P rzebadane koncentracje 3,4 - 1,6 [kg/kg].
e) Dokładność m etody ok. 6%.
8. P la n y
a) Obecnie przew iduje się budowę przepływom ierza n a podstaw ie przeliczni
k a mikroprocesorowego. Przepływom ierz będzie w skazywał:
- stru m ie ń m asy pyłu,
- koncentrację ciała stałego w gazie,
9. P o d su m o w a n ie
Prace n ad pom iarem stru m ien ia m asy pyłu transportow anego w gazie były prowadzone przez 32 lata. W 1980 roku, z uwagi n a b rak zainteresow ania tym i pom iaram i w przem yśle i energetyce ze względu n a wysoki koszt in sta lacji badawczej, prace nad przepływom ierzem zostały zawieszone. Obecny sta n techniki, preferujący przeliczniki mikroprocesorowe i inteligentne prze
tw orniki pomiarowe, sk łan ia do wznow ienia badań.
L iter a tu r a
1. G raczyk Cz.: Pom iar n atężenia przepływu pyłu węglowego tran sp o rto wanego powietrzem przy użyciu zwężki m ierniczej. P raca doktorska, Gliwice 1957.
2. G raczyk Cz., M azanowski P., O koło-K ułak J.: Opracowanie prototypu przepływ om ierza zwężkowego pyłu węglowego. P raca N aukow o-badaw cza, Gliwice 1976-1979.
3. Ł apa J.: A naliza trójsygnałowej zwężki V enturiego do pom iaru natęże
n ia przepływ u solgazu.
4. O koło-K ułak J.: Analiza prototypu przepływom ierza pyłu węglowego współpracującego ze zwężką trójsygnałową. Praca doktorska, Gliwice 1980.
5. Teisseyre M.: Pom iar n atężen ia przepływu m ieszaniny pyłu węglowego z powietrzem przy użyciu kryz mierniczych. P raca doktorska, Wrocław 1962.
6. C arlson H.M. i inni: M eter for Flowing M ixtures of Aix and Pulverized- Coal. T rans. ASME. 1948.
7. Gołąbek J.: Metrologiczne i aerodynam iczne własności pierścieniowej, trój sygnałowej zwężki V enturi przy przepływie solgazu. Gliwice 1979.
8. Leroch R.: M etoda w yznaczenia koncentracji pyłu i prędkości przepływu m ieszaniny pyłowo-gazowej w instalacjach m łyn owych. E nergetyka 1975, n r 7/8.
9. Som erset R., Stupples J.: A nular V enturis form easuring pulverised fuel flow on-line.
Recenzent: Dr hab. inż. M arek Pronobis Prof. Politechniki Śląskiej Wpłynęło do Redakcji: 10. 10. 1996 r.
A b stra ct
The p ap er p resen ts th e flow m eter which m easures th e m ass flow rate, concentration and q u a n tity of d u st in th e pipelines of th e in stallatio n s for p neum atic tra n sp o rt. The device w as worked out for th e m easurem ents in th e pulverized fuel pipelines of steam generators. Its principle of operation bases on th e 3 - signal V enturi tu b e and can be used w hen th e d u st concentration is of 0.4 - 2.0 kg/kg. The m eter m easures two p ressu re drops: th e first re p re sents th e m ixtu re flow rate , th e second - th e concentration of dust. The m eter can be equipped w ith high voltage electrodes and th e processor determ ining th e m ean particle diam eter.
M ain technical d a ta of th e device:
- in v estig ated tub e d iam eters 40 - 250 mm w ith extrapolation to 400 mm, - in v estig ated particle diam eters 5 - 150 pm,
- in v estig ated m ean flow ra te s 15 - 60 m/s, - investig ated concentrations 3.4 - 1.6 kg/kg, - accuracy of th e m ethod ca. 6%.
