李智慧

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽　471012)

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大口徑寬量程低壓蒸汽流量計(jì)選型分析

李智慧

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽471012)

摘要：根據(jù)洛陽石化動(dòng)力部外送低壓蒸汽的工藝條件及設(shè)施情況，分析了大口徑寬流量條件下低壓蒸汽計(jì)量中畢托巴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和一體化節(jié)流式流量計(jì)各自的原理和特點(diǎn)，通過比較，確定畢托巴流量計(jì)更加適合該項(xiàng)目的蒸汽計(jì)量，同時(shí)針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際和現(xiàn)場情況，對(duì)畢托巴流量計(jì)的使用提出相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：大口徑寬量程 ； 畢托巴流量計(jì) ； 渦街流量計(jì) ； 一體化節(jié)流式流量計(jì)

0概況

洛陽石化動(dòng)力部外送低壓蒸汽是我廠蒸汽管網(wǎng)的重要產(chǎn)出方，其計(jì)量精準(zhǔn)與否直接影響到各裝置達(dá)標(biāo)和經(jīng)濟(jì)核算，尤其SMES3.0能源計(jì)量模塊上線運(yùn)行后，對(duì)計(jì)量器具的計(jì)量準(zhǔn)確性提出了新的要求。動(dòng)力部外送低壓蒸汽管線為DN700的大管徑，外送蒸汽量因生產(chǎn)調(diào)整會(huì)造成流量從10～150 t/h之間的波動(dòng)，原有的流量計(jì)已不能滿足企業(yè)經(jīng)濟(jì)核算的要求，準(zhǔn)備利用2015年大檢修之機(jī)進(jìn)行更新，以提高計(jì)量準(zhǔn)確度，因此，選擇一臺(tái)能保證大口徑寬流量工藝條件的流量計(jì)成為當(dāng)務(wù)之急。

1選型條件

1.1蒸汽計(jì)量的特點(diǎn)

蒸汽作為重要的載能工質(zhì)，在石油、化工、冶金以及城鎮(zhèn)供熱行業(yè)中廣泛應(yīng)用。由于蒸汽物性的特殊性，長期以來一直是能源計(jì)量工作中的重中之重，蒸汽計(jì)量有以下特點(diǎn)：①蒸汽干度的修正及其可能出現(xiàn)的汽水兩相流測(cè)量問題，對(duì)于相流經(jīng)常變化的蒸汽，使用目前流量儀表測(cè)量流量，不易做到準(zhǔn)確計(jì)量。②因生產(chǎn)調(diào)整和工藝條件變化，蒸汽量波動(dòng)幅度較大，計(jì)量儀表的性能難以適應(yīng)。③隨著溫度和壓力的變化，蒸汽物理性質(zhì)變化較大，給準(zhǔn)確計(jì)量帶來困難。④蒸汽在工業(yè)生產(chǎn)所用能源中屬較貴的能源，對(duì)單位經(jīng)濟(jì)核算影響較大。

1.2動(dòng)力部外送蒸汽的工藝參數(shù)

動(dòng)力部外送蒸汽工藝參數(shù)見表1。

表1　動(dòng)力部外送蒸汽工藝參數(shù)

2流量計(jì)選型與分析

根據(jù)項(xiàng)目輸送蒸汽的性質(zhì)和工藝操作參數(shù)，以及蒸汽計(jì)量廣泛選擇的流量計(jì)型號(hào)，初步確定可以選擇的流量計(jì)有畢托巴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和一體化節(jié)流式流量計(jì)，以下對(duì)三種流量計(jì)的原理及特點(diǎn)做以分析比較。

2.1畢托巴流量計(jì)

畢托巴流量計(jì)是采用皮托管原理提取管道中心流體流速(全壓-靜壓 = 動(dòng)壓)再換算成流體體積流量與質(zhì)量流量的差壓式流量計(jì)。皮托管原理早就廣泛應(yīng)用在航天航空業(yè)中，如：飛機(jī)風(fēng)洞的測(cè)試和檢測(cè)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣體動(dòng)力測(cè)試、飛機(jī)飛行速度的測(cè)速桿等，技術(shù)成熟。

2.1.1組成和工作原理

畢托巴流量計(jì)將探針插入管道中心，總壓孔對(duì)正流體的來流方向，靜壓孔對(duì)正流體的去流方向，總壓與靜壓之差即為管道中心的實(shí)測(cè)差壓，再由該探針的風(fēng)洞標(biāo)定曲線擬合出該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差壓，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差壓來計(jì)算流體的流量。同時(shí)還需用壓力變送器測(cè)出流體壓力，用熱電阻溫度計(jì)測(cè)出流體溫度，把標(biāo)準(zhǔn)差壓信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)同時(shí)引入單片機(jī)構(gòu)成的流量積算儀或直接接入DCS系統(tǒng)，一方面對(duì)探針的流量方程進(jìn)行解算，再一方面對(duì)蒸汽進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償，以保證測(cè)量精度，并用數(shù)字顯示出差壓、壓力、溫度、瞬時(shí)流量、累積流量、熱量、速度等參數(shù)。

2.1.2畢托巴流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

①準(zhǔn)確度高。蒸汽測(cè)量最高可達(dá)0.5級(jí)；②可靠性高。因探針的構(gòu)造非常簡單，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，導(dǎo)壓管內(nèi)介質(zhì)不流動(dòng)，雜物不容易進(jìn)去，所以能長時(shí)間保持測(cè)量精度；③測(cè)量范圍廣。流量在0.2～50 000 t/h都可以精確測(cè)量。對(duì)低流速、小流量、大管徑測(cè)量效果尤佳；④安裝簡便。只需在管道合適的位置上打一個(gè)相當(dāng)?shù)目?，把一次元件探針插入管道中心，即可方便地進(jìn)行安裝；⑤壓力損失小，一次元件傳感器是Φ20 mm～Φ55 mm不銹鋼制成，其截面積很小，在介質(zhì)管道中幾乎是無壓力損失，與孔板等節(jié)流裝置相比較具有明顯的節(jié)能效果；⑥現(xiàn)場安裝不要求直管段。

2.1.3畢托巴流量計(jì)的缺點(diǎn)

①價(jià)格高，性價(jià)比低；②引壓管沒有不積冷凝水設(shè)置和防凍設(shè)置。

2.2渦街流量計(jì)

2.2.1組成和工作原理

渦街流量計(jì)屬于體積流量計(jì)。

渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過旋渦發(fā)生體后會(huì)產(chǎn)生正比于流速的旋渦，由此可算出流體的流量。流量與旋渦頻率的關(guān)系，可用下式表示[1]：

V=f/k

式中：f為旋渦的個(gè)數(shù)；k為儀表系數(shù)；V為流過流體的體積。

2.2.2渦街流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的主要優(yōu)點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)簡單而牢固無可動(dòng)部件，可靠性高，長期運(yùn)行十分可靠；②安裝簡單，維修十分方便；③輸出是與流量成正比的脈沖信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，精度高；④壓力損失較小，運(yùn)行費(fèi)用低，節(jié)能；⑤測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1∶10；⑥應(yīng)用范圍廣，蒸汽、氣體、液體的流量均可測(cè)量。

2.2.3渦街流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的缺點(diǎn)

①要求被測(cè)量介質(zhì)的流動(dòng)雷諾數(shù)下限較高，氣體流速一般應(yīng)大于4 m/s，流速過低時(shí)會(huì)造成測(cè)量精度降低甚至小流量不計(jì)量；②對(duì)振動(dòng)較敏感，在強(qiáng)烈振動(dòng)的環(huán)境下工作，會(huì)影響測(cè)量精度；③對(duì)被測(cè)量介質(zhì)的潔凈度要求較高，不適宜測(cè)量對(duì)頻率信號(hào)檢測(cè)器造成嚴(yán)重污染的臟污流體。

2.3一體化節(jié)流式流量計(jì)

2.3.1一體化節(jié)流式流量計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理

一體化節(jié)流式流量計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1　 一體化節(jié)流式流量計(jì)結(jié)構(gòu)

一體化節(jié)流式流量計(jì)是將節(jié)流裝置和差壓變送器做成一體，由差壓變送器輸出4～20 mA差壓信號(hào)，可測(cè)量多種介質(zhì)(液體、氣體、蒸汽)，設(shè)計(jì)了防凍式隔離器，簡化了流量計(jì)結(jié)構(gòu)，便于安裝。一體化節(jié)流式流量計(jì)可采用多種節(jié)流件，常用ISA1932標(biāo)準(zhǔn)噴嘴及標(biāo)準(zhǔn)孔板。

配置智能化差壓變送器和帶通訊功能的流量顯示設(shè)備的一體化節(jié)流式流量計(jì)，可通過HART協(xié)議實(shí)現(xiàn)寬量程比檢測(cè)，流量測(cè)量范圍度可達(dá)到6∶1～10∶1或更寬。

充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產(chǎn)生了靜壓力差(或差壓)。流體的流速愈大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的差壓也愈大。因此通過測(cè)量差壓的方法可測(cè)量流量[2]。

2.3.2一體化節(jié)流式流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的優(yōu)點(diǎn)

①測(cè)量范圍寬約為10∶1；②優(yōu)先選定值ISO1932噴嘴，壓損小(同流量，同β值情況下，為孔板的60%)，檢定周期長(是孔板的4倍)；③引壓管不積存冷凝水；④采用專利技術(shù)——防凍隔離器，不需伴熱、保溫和隔離器，節(jié)約能源；⑤介質(zhì)適用性強(qiáng)(特別適用于蒸汽流量測(cè)量)，動(dòng)態(tài)性能好，結(jié)構(gòu)簡單，故障率低，安裝維護(hù)簡便。

2.3.3一體化節(jié)流式流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的缺點(diǎn)

①上下游直管段應(yīng)是圓形，內(nèi)壁光滑，其內(nèi)徑與流量計(jì)標(biāo)稱內(nèi)徑相同；②一體化節(jié)流式流量計(jì)必須垂直安裝在與其公稱通徑相應(yīng)的水平管道上，一體化節(jié)流式流量計(jì)在測(cè)量管線上游側(cè)和下游側(cè)應(yīng)配置一定長度的直管段。

2.4流量計(jì)的選型分析

根據(jù)三種流量計(jì)的特點(diǎn)，從測(cè)量精確度、測(cè)量范圍、壓力損失、抗干擾能力及運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行比較，如表2所示。

表2　三種流量計(jì)特性比較

由于被測(cè)介質(zhì)管徑較大(DN700)，工作流量范圍寬(10～150 t/h)，渦街流量計(jì)和一體化節(jié)流式流量計(jì)在低流量時(shí)保證測(cè)量的準(zhǔn)確性方面差一些，會(huì)造成一定的測(cè)量誤差，而畢托巴流量計(jì)測(cè)量范圍較寬，既能夠保證小流量時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，又能滿足大流量的準(zhǔn)確測(cè)量，同時(shí)在大管徑上的安裝也較易實(shí)現(xiàn)。

參照其他企業(yè)畢托巴流量計(jì)測(cè)量低壓蒸汽的成功經(jīng)驗(yàn)，如表3所示，確定該低壓蒸汽計(jì)量采用的流量計(jì)為遼寧畢托巴科技有限公司生產(chǎn)的畢托巴蒸汽流量計(jì)。

在運(yùn)行過程中也要關(guān)注：①管線吹掃或打靶時(shí)應(yīng)關(guān)閉引壓閥閥門，以保護(hù)流量計(jì)，保證在正常生產(chǎn)過程中的準(zhǔn)確測(cè)量；②由于該流量計(jì)沒有引壓管防止冷凝水設(shè)置，現(xiàn)場應(yīng)加伴熱。

3工業(yè)使用情況

2015年11月上旬，利用公司停工檢修的機(jī)會(huì)，我們安裝了遼寧畢托巴科技有限公司生產(chǎn)的畢托巴蒸汽流量計(jì)，經(jīng)過調(diào)試、組態(tài)等相關(guān)工作以后，至3月開始，蒸汽系統(tǒng)低壓蒸汽外供量以該計(jì)量表(FT414)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，表4為我公司2016年1-6月份蒸汽準(zhǔn)確率情況。

表3　畢托巴流量計(jì)測(cè)量蒸汽的實(shí)例

表4　2016年低壓蒸汽差率情況

從表4可以看出，該蒸汽計(jì)量表(FT414)投用后，隨著蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確度的提高，洛陽石化公司低壓蒸汽管網(wǎng)差率有效下降，目前該表運(yùn)行良好。

4結(jié)束語

通過該工程蒸汽使用流量計(jì)的選型與分析，可確定畢托巴流量計(jì)在大口徑寬流量蒸汽的計(jì)量中有明顯的優(yōu)勢(shì)，為蒸汽交接計(jì)量提供較好的計(jì)量方案，但在具體的計(jì)量中，需要注意該流量計(jì)沒有引壓管防止冷凝水設(shè)置的情況，做好設(shè)備伴熱和季節(jié)變換時(shí)的巡查工作，從而確保蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜仲霞,姜川濤,劉桂芳.渦街流量計(jì)[M].北京:中國石化版社,2004.

[2]紀(jì)綱.流量測(cè)量儀表應(yīng)用技巧 (第二版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

收稿日期：2016-03-24

作者簡介：李智慧(1967-)，男，工程師，研究方向?yàn)槭突び?jì)量，電話：13938886286。

中圖分類號(hào)：TQ050.2，TQ050.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467(2016)06-0039-03