摘要：結(jié)合作者多年從事石化行業(yè)流量儀表應(yīng)用的實(shí)踐，闡述了流量計(jì)選型的基本原則與方法,并對(duì)諸如地下大口徑流量測(cè)量、小流量低壓瓦斯流量測(cè)量以及液化石油氣的流量測(cè)量等難以解決的問題,提出了較為實(shí)用的選型技術(shù)。
0引言
石化行業(yè)流體的種類較多,主要有蒸汽、新鮮水、軟化水、風(fēng)(凈化風(fēng)、非凈化風(fēng))、氫氣、氮?dú)狻⒍趸細(xì)怏w、污水(包括含硫污水、含油污水、生活污水等);在石化原料和產(chǎn)品方面,主要有瓦斯(包括壓力小于0.1MPa的低壓瓦斯、高壓瓦斯)、石腦油、液化油、輕烴(丙烯、丁烯、丁烷、丁二烯、戊烷等)汽油、柴油、煤油、臘油、渣油。輸送流體的管線粗細(xì)差別又很大(DN15~DN300)。流體的物理性質(zhì)(如溫度、壓力、密度粘度等)和化學(xué)性質(zhì)(如腐蝕性)差異也很大，同時(shí)流量范圍波動(dòng)較大。沒有哪--種流量計(jì)能夠全部覆蓋上述各種情況。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),要實(shí)現(xiàn)流量的準(zhǔn)確和可靠的測(cè)量,流量儀表的選型即是第--關(guān)，也是最重要的--關(guān)。當(dāng)然,還有流量儀表正確安裝、精心維護(hù)的問題，但選型正確與否是至關(guān)重要的。
下面針對(duì)上述石化行業(yè)流量測(cè)量的實(shí)際情況,并結(jié)合自己十幾年來在流量儀表選型應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),談?wù)剛�(gè)人看法。
1流量儀表選型原則和步驟
①石化行業(yè)首先要考慮儀表的防爆性能要滿足現(xiàn)場(chǎng)要求,不僅要考慮流量計(jì)本身的防爆性能，還要從整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行考慮。這是關(guān)系到安全使用的重大問題,萬萬不可忽視。
②摸清被測(cè)流體的工藝條件,包括:流量范圍(最大正常、最小);允許壓力損失;操作溫度、壓力、密度、粘度、飽和蒸汽壓(針對(duì)有些容易氣化的液體);腐蝕性;含雜質(zhì)情況;工藝對(duì)測(cè)量不確定度的要求。
③流量儀表的技術(shù)選型。根據(jù)上述兩點(diǎn)并結(jié)合以往使用中的經(jīng)驗(yàn)選擇技術(shù)指標(biāo)滿足工藝要求的流量計(jì)。
④性能、價(jià)格比�，F(xiàn)在是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì),企業(yè)投資要考慮成本。因此,對(duì)流量計(jì)選型中不僅要考慮技術(shù)上的適用性,同時(shí)要考慮投資的經(jīng)濟(jì)性。在滿足技術(shù)要求的前提下,首先不要盲目提高測(cè)量精度,精度的提高需要靠投資的增加來滿足;第二是國產(chǎn)流量計(jì)和進(jìn)口流量計(jì)的比較,要經(jīng)過質(zhì)量、壽命、維護(hù)量投資等多方面的比較才能確定,絕不是有國產(chǎn)的就不用進(jìn)口的那么簡單,有些情況用國產(chǎn)的并不一定就節(jié)約投資。
2石化行業(yè)實(shí)例
2.1水的大流量測(cè)量
石化行業(yè)中新水和循環(huán)水用量較大,因此管徑較.粗(一般為DN400~DN1000),而且在北方為解決冬季防凍問題,大多數(shù)管線埋于地下,對(duì)于老廠來講,舊管線多。針對(duì)這種情況,我們解決的辦法是采用外卡式超聲流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。它的優(yōu)點(diǎn)是:
①安裝方便,不用切斷管線,在不停產(chǎn)斷流的情況下既可安裝。
②換能器位于井下,甚至浸于水中(浸人深度不超過3m)也能正常工作,這是其它多數(shù)流量計(jì)無法相比的。.
③維護(hù)量小。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),每年檢查一次換能器與管線結(jié)合情況(包括位置是否有移動(dòng),耦合劑是否充滿等)即可滿足測(cè)量要求。
④從經(jīng)濟(jì)性上講,它更適用于大口徑管線的流量測(cè)量，因?yàn)?strong>超聲流量計(jì)的價(jià)格基本與口徑無關(guān)。從投資的角度與其它流量計(jì)相比,大口徑就更為經(jīng)濟(jì)。但它也有不足之處,就是測(cè)量精度不是很高,一般為+1.0%~+2.0%,就新水和循環(huán)水的測(cè)量來講,也足以滿足。再有從一次性投資上,它與電磁流量計(jì)等相比，測(cè)量口徑應(yīng)該在DN200以上才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性來。當(dāng)然口徑大于DN500,那它的經(jīng)濟(jì)性就更明顯了。我公司目前在新水和循環(huán)水流量測(cè)量中,口徑在DN200以上的管線,基本上使用的都是超聲流量計(jì),大.約有30幾套。我們使用超聲流量計(jì)是從1989年開始的。從十多年的使用經(jīng)驗(yàn)上看，效果還是很好的,特別是隨著單片機(jī)技術(shù)在超聲流量計(jì)變送器中的應(yīng)用,現(xiàn)在可以采用直接測(cè)量時(shí)差結(jié)果來測(cè)量,大大提高了測(cè)量精度和測(cè)量的穩(wěn)定性。
⑤對(duì)于結(jié)垢嚴(yán)重或管線外皮腐蝕嚴(yán)重的水管線，采用超聲流量計(jì)測(cè)量時(shí),信號(hào)穩(wěn)定性不好,建議采用插人式電磁流量計(jì)。
2.2小流量瓦斯測(cè)t
石化行業(yè)中瓦斯氣體流量測(cè)量也是較難解決的問題,特別是低壓、低流速瓦斯流量的測(cè)量,原來我們采用孔板流量計(jì)或渦輪流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量,因流速低,影響測(cè)量精度,采用縮徑提高流速,但又受壓損限制。后來采用氣體渦輪流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量,并配壓力補(bǔ)償,經(jīng)過近3年的實(shí).踐,使用效果很好,儀表每年拆下標(biāo)定,精度變化不大。渦輪壓損小、靈活,低流速對(duì)它的使用壽命影響不大。對(duì)于管徑大于DN150的低流速瓦斯流量測(cè)量,采用熱式氣體質(zhì)量流量計(jì),應(yīng)用效果也較好。
2.3液化油及輕烴流測(cè)量t
液化油和輕烴(主要有丙烯、丁烯、丁二烯、戊烷)的流量測(cè)量，要想做到高精度(體積+0.5%)也是比較難的�？装鍦y(cè)量肯定達(dá)不到的。這里關(guān)鍵難以解決的問題有兩點(diǎn),首先是這類流體的氣化問題,它造成流體氣、液兩相,就是用價(jià)格比較貴的進(jìn)口質(zhì)量流量計(jì)也難以解決此問題,特別是對(duì)于間斷輸送的情況，更易產(chǎn)生氣化現(xiàn)象;第二是該類液體自潤滑性非常差,普通的容積式儀表和禍輪流量計(jì)測(cè)量該流體,軸與軸承之間的磨損非常嚴(yán)重,造成儀表壽命短,故障率高,維護(hù)難。在儀表選型上,80年代質(zhì)量流量計(jì)在國內(nèi)不普及時(shí),我們?cè)囉眠^齒輪流量計(jì)、羅茨流量計(jì)、國產(chǎn)石墨軸承的渦輪流量計(jì),使用效果非常不好,平均故障時(shí)間為2個(gè)月,平均壽命(主要是轉(zhuǎn)子和軸承部分)為半年。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上看,采用渦輪流量計(jì)不失為測(cè)量液化油和輕烴類流體一種比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案,并且它測(cè)量這類介質(zhì)的壓損約是質(zhì)量流量計(jì)的十分之一,節(jié)能效果明顯。但選型時(shí)必須注意所選渦輪流量計(jì)軸和軸承的材質(zhì),最好是碳化鎢軸,人造寶石軸承,能確保其耐磨性。如果經(jīng)濟(jì)條件允許,目前采用質(zhì)量流量計(jì)還是優(yōu)于渦輪流量計(jì)。再就是如何防止流體因低于飽合蒸汽壓而產(chǎn)生氣化的問題,此問題也是不容忽視的。
二催化產(chǎn)液化油直接送大分餾進(jìn)料,多年來該表測(cè)量的累計(jì)量總是比大分餾進(jìn)料量大4%~6%。1999年,我們對(duì)二催化出裝置流量計(jì)處的液體壓力和溫度進(jìn)行實(shí)地測(cè)量,然后再計(jì)算該流體的飽合蒸汽壓,發(fā)現(xiàn)實(shí)際工況不能滿足此飽和蒸汽壓要求,部分液體氣化變成氣相,造成測(cè)量值比實(shí)際值偏高。檢查工藝流程,發(fā)現(xiàn)液化油回流罐液位串級(jí)調(diào)節(jié)回路中內(nèi)環(huán)流量調(diào)節(jié)閥在該流量計(jì)前,為了使回流罐液位相對(duì)穩(wěn)定,內(nèi)環(huán)流量調(diào)節(jié)閥頻繁開關(guān),使得閥后壓力波動(dòng)較大,并伴有氣蝕現(xiàn)象,造成氣、液兩相。1999年4月份大修中,我們將該表移至調(diào)節(jié)閥前,效果明顯，流量計(jì)測(cè)量正確,基本上與大分餾進(jìn)料量相一致。間斷送量也容易因收方排空收油造成系統(tǒng)壓力下降,產(chǎn)生氣化現(xiàn)象。解決辦法是在流量計(jì)后加自力式調(diào)節(jié)閥,以保證流量計(jì)背壓高于液體飽合蒸汽壓1.5~2倍,效果也很好。
2.4汽油煤油、柴油流測(cè)t
汽油、煤油、柴油三大油品是石化行業(yè)的主要成品,它的計(jì)量正確與否直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。原來采用的是腰輪和齒輪流量計(jì)，測(cè)量精度低(一般為+0.5%),故障率較高,而且遠(yuǎn)傳發(fā)信不可靠,近3年來,逐步進(jìn)行了改造,DN100以下管線多采用質(zhì)量流量計(jì),與前者相比具有不用測(cè)溫、測(cè)密度進(jìn)行換算,直接得到質(zhì)量、流量，而且質(zhì)量測(cè)量精度為0.2%,DN150以上管線采用金屬刮板流量計(jì),與腰輪和齒輪流量計(jì)相比，雖然同為容積式儀表,但其體積小、重量輕、測(cè)量精度高(優(yōu)于0.2%),而且故障率低,在近3年使用中，只發(fā)生過兩次小的故障。
2.5蒸汽流量測(cè)量
目前我們應(yīng)用較多的還是標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量元件,它的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、可靠性高,但范圍度(量程比)太窄(3:1),在北方冬季和夏季的蒸汽負(fù)荷變化較大,因此改量程很不方便,前幾年試用過幾臺(tái)渦街流量計(jì),但由于企業(yè)都是過熱蒸汽,渦街的敏感元件長期受熱老化得比較快,最長的使用時(shí)間約為1年,同時(shí)它的抗震性不好,輸出脈沖時(shí)常亂跳,造成虛假測(cè)量值。2000年我們?cè)囉?臺(tái)內(nèi)藏文丘利節(jié)流元件，效果較好,它的一-次測(cè)量元件的范圍度可以達(dá)到1:8,再配合流量變送器的量程比,基本可以滿足冬季、夏季蒸汽負(fù)荷變化的要求。
我們流量儀表的實(shí)際選型應(yīng)用情況列于表1。
注:流量計(jì)總臺(tái)數(shù)為567臺(tái)。其中孔板、羅茨、齒輪等流量計(jì)應(yīng)用比例較大,是由于歷史原因造成的。如前所述,我們目前正在分批、分期的加以更新改造,以滿足企業(yè)計(jì)量管理的要求。
3對(duì)流量計(jì)二次儀表發(fā)展方向的一些看法
目前單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于二次顯示累計(jì)儀表,這為二次儀表功能的擴(kuò)展提供了一個(gè)開放性開發(fā)平臺(tái),硬件已趨成熟,關(guān)鍵在于軟件的開發(fā)。
過去常規(guī)的二次顯示累計(jì)儀表,只能顯示瞬時(shí)流量和累計(jì)流量,運(yùn)算也只能是簡單的加臧、乘、除,開方運(yùn)算。而單片機(jī)的應(yīng)用,使二次儀表變成了1臺(tái)計(jì)算機(jī),可以進(jìn)行比較復(fù)雜的運(yùn)算。同時(shí),它的存儲(chǔ)量越來越大,便于將-些補(bǔ)償運(yùn)算的表格放于其中。所以筆者認(rèn)為,應(yīng)該針對(duì)比較典型的流體,例如蒸汽、各種油品、各種氣體,根據(jù)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)給出溫度、壓力、密度補(bǔ)償公式或表格,開發(fā)出通用的軟件,并便其模塊化，裝人二次儀表軟件中，同時(shí)將流量計(jì)的標(biāo)定曲線分段裝人二次儀表軟件中,這樣就能充分發(fā)揮智能儀表的功能,在不增加硬件的情況下,提高流量計(jì)的測(cè)量精度。
4結(jié)束語
綜上所述,不難看出，流量計(jì)選型是一項(xiàng)技術(shù)性、實(shí)用性、責(zé)任性強(qiáng)的工作,要做好這項(xiàng)工作,主要把握住兩點(diǎn),第一是對(duì)被測(cè)量對(duì)象的工況條件.物理化學(xué)性質(zhì)、測(cè)盤能力要了解清楚,這樣才能做到對(duì)癥下藥，有的放矢,少繳“學(xué)費(fèi)”;第二就是對(duì)各種流量計(jì)的測(cè)量原理有透徹了解,同時(shí)還要掌握各廠家的產(chǎn)品質(zhì)量的最新動(dòng)態(tài),主要是可靠性和穩(wěn)定性。企業(yè)應(yīng)用更講究流量計(jì)的實(shí)用性。
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