KWZK-HYT-300系列热式气体质量流量计的选型介绍

KWZK-HYT-300系列热式气体质量流量计的选型介绍

热式气体质量流量计是一种利用热传递原理直接测量流体质量流量的仪表。在设计选型热式气体质量流量计时，需要综合考虑测量介质特性、工艺条件、安装环境、仪表性能及经济性等多方面因素。

一、热式气体质量流量计的优点

二、基础工况与介质特性分析

这是选型的第一步，必须准确掌握被测气体的物性参数。

1.介质组分与稳定性：热式气体质量流量计特别适用于单一组分或固定比例混合的洁净气体（如空气、氮气、氧气、氢气等）。若混合气体组分频繁变化，会导致比热容(Cp)和导热系数的不稳定，从而引入较大测量误差。

2.介质的清洁度：

含液/水汽：气体中夹杂水、油或液滴会使仪表读数显著偏大，探头上液体被吹干后读数才恢复。不适用于含有大量水分或介质的场合。

含尘/杂质：气体中的粉尘和水汽在降温后可能凝结并封堵探头，需配置在线插拔吹扫装置，但效果一般；长期使用也需定期清洁探头表面的黏附物。

含腐蚀性物质：需明确介质成分，选择匹配的探头材质（如316L不锈钢、哈氏合金、蒙乃尔合金）。

3.介质物性参数：

低密度/小分子量气体：特别适合测量氢气（H₂）、乙烯、乙烷等低密度气体，是科里奥利质量流量计在小口径、低流速工况下的优选补充方案。

三、流量范围、管径与结构型式

根据管径和流量范围，选择传感器的结构型式是首要步骤。

1.管径与结构选择：

管径≤DN65：通常选用管道式（直通式/接管式）结构，安装方便，无需复杂计算。

管径>DN65：通常选用插入式结构，性价比高，安装简单，且可实现带压在线插拔维护。

2.流量范围与量程比：

热式气体流量计具有极宽的量程比（通常100:1），对低流速非常灵敏。

选型时需确保常用流量落在仪表的最佳测量范围内（如线性刻度的40%-70%），并核查最小流量和最大流量是否在仪表规格书覆盖范围内。对于氢气等介质，标定介质（空气）与实际介质（氢气）的测量范围相差很大，需要根据转换系数计算实际可用的测量上、下限，并咨询制造商确认。

四、传感器型式

根据应用场景选择合适的工作原理：

·恒温差法：通过反馈维持温差恒定，测量电流变化来推算流量。

·恒功率法：通过恒定功率加热，测量温差变化来推算流量。

两者的对比如下表：

注：首科实华的TMF-1系列热式气体质量流量计采用恒温差法。

图  恒温差法原理

图 传感器：有两根热式探头。一根探头加热气体，另一根探头感应气体带走的热量

五、安装条件与环境要求

1.直管段要求：这是确保测量精度的关键。

插入式：通常要求上游≥10D，下游≥5D（D为管道内径）。对于更苛刻的安装条件，要求上游20D甚至更多。

带整流器时：当直管段不足时，可选用带流体调整器的型号，可大幅度降低对直管段的要求。

2.安装方向：可水平、垂直或倾斜安装。但对于潮湿气体，建议水平向上安装，且避开管道最低处，以防止积水影响测量。

3.温度与压力：

介质温度：当温度超过传感器标准耐温时，需选用分体式仪表，将电子部件与高温探头分离安装；温度高于230℃需选高温型。

环境温/湿度：仪表的电子部件对环境温度有要求（通常-20~+45℃）；环境温度变化大可能引起零点漂移，投运前需在工况下进行零点校准。

压力变化：热式流量计对压力波动的敏感度受限于特定流速范围。在极低流量或大幅压力波动（如天然气贸易计量）的场合，可能需要带内置压力校正的特殊型号。

六、附件、信号与材质选型

1.传感器材质：

一般气体（空气、氮气等）：316不锈钢。

腐蚀性气体（如氯气）：哈氏合金C、蒙乃尔合金。

特殊气体（如氢气、高纯气体）：需注意材质与气体的相容性，可能需要特殊清洁（如脱脂处理）。

2.抗干扰与预防措施：

防堵/防液：若介质中含尘或可能带液，应选择带防水罩或带在线吹扫/在线插拔的型号，并定期清洁。

高精度需求：对于大管径且精度要求高的场合，可选用多点式探头（在同一截面安装多支探头取平均值）。

3.输出信号与通信：

常规输出：4~20mA模拟信号。

数字通信：HART、RS-485/MODBUS、Profibus PA/DP等，用于参数设置、远程诊断与数据采集。

报警输出：可根据工艺要求选配高/低流量报警。

七、热式气体质量流量计应用典型场景

1.追求直接质量流量测量，且要求简化系统：

工况：气体介质组分相对稳定，工艺要求直接得到质量流量，而不需要进行复杂的温度、压力补偿计算。

优势：热式气体质量流量计能够直接输出质量流量信号，省去了温压变送器、流量计算机等附加设备，降低了系统复杂度和故障率，安装和维护成本更低。

2.大管径、低流速的测量场景：

工况：典型应用如锅炉烟道气、高炉/焦炉煤气、污水处理曝气风量等。这类管道口径大（可达数米），但气体流速往往很低（例如低于2m/s），且压损很宝贵。

优势：传统的孔板、涡街流量计在大管径下成本急剧上升，且低流速下精度差甚至无法测量。热式气体质量流量计（尤其是插入式）对低流速极敏感，压损可忽略不计，是此类工况最具性价比的解决方案。

3.流量变化范围极大的场合：

工况：如转炉煤气、火炬气、锅炉的燃烧风/送风。工艺过程（如炼钢的间歇性生产）导致流量在高峰和低谷之间剧烈波动，量程比需求远超传统仪表的3:1或10:1。

优势：热式气体质量流量计的量程比极宽（典型100:1），可以一台仪表覆盖从检漏级别的极小流量到满负荷的大流量，无需像孔板那样设置多个测量管段，大大简化了系统并为用户节省了成本。

4.介质较脏、含尘、含焦油，但要求低维护的计量：

工况：高炉煤气、焦炉煤气、含粉尘的烟气等，长期困扰用户的问题是传统仪表（如孔板、涡街）的探头、取压口极易被堵塞，维护工作量巨大。

优势：热式气体质量流量计的传感器结构简单，探头表面光滑且无堵塞孔洞。其插入式结构可在不停气、不影响生产的情况下通过球阀带压插拔，方便清洗探头。这对于连续生产的钢铁、化工等行业具有极大的吸引力。但需注意，介质中不能含有大量液态水或油，否则会影响测量。

5.特殊气体的流量测量：

工况：测量氢气、乙烯、乙烷等低分子量、低密度气体，尤其是在小口径管道或微小流量场合。

优势：科里奥利质量流量计测量这类气体时成本高且效果不理想，而热式气体质量流量计是公认的理想补充方案，能够有效测量。

八、使用限制

热式气体质量流量计在以下工况中不宜选用：

1.多相流/介质不稳定：不适用于气液两相流、多相流或介质组分极度不稳定的工况。不适用贸易交接中对精度要求极高（如0.2级）的天然气计量场合。

2.脉动流：因其响应时间较长，不适应脉动流。

3.极端清洁但特殊要求：虽然可用于氢气、乙炔等低分子量气体，但测量乙炔气体需特别确认，且测量强导热性气体（如H₂、He）时，需严格进行实流标定或高精度气体转换系数计算，否则误差较大