蒸汽双向流的计量实践与讨论(百度).doc

蒸汽双向流的计量实践与讨论何松杰安庆石化计量中心，安徽安庆 246002摘 要 炼油与化工生产中，常有一条管道蒸汽双向输送现象，造成了计量以及装置经济技术指标核算的困难。用双向孔板或用弯管流量计配套流向识别装置，均可测量蒸汽双向流，后者可利用蒸汽管道膨胀弯压损识别流向，但要避免把变送器零点与测量系统零点混淆。从准确度与能耗看，弯管流量计配套流向识别装置，测量性价比要优于双向孔板。关键词 蒸汽；双向输送；双向孔板；弯管流量计；流向识别0引言炼油与化工生产中，许多装置自产蒸汽。蒸汽自产多于自用的，还要输往系统管网；但装置开工、检修或工况异常时，需要外供（补）蒸汽作能源。如A厂化肥板块消耗的低压蒸汽，由热电装置供汽和煤气化装置自产汽两部分组成。煤气化装置正常生产时自产低压蒸汽除自用与尿素装置使用外，还有多余部分再返供系统管网，与系统管网间呈互供状态，这就带来同一管道蒸汽双向流的问题。蒸汽单管双向互供造成了计量以及装置经济技术指标核算的困难，对装置能耗考核影响大。工艺复杂时，很难找到真实反映流向的工艺信号点或信号组合，计量误差太大，不利于节能降耗。1用双向孔板测量蒸汽双向流GB/T 2624.22006/ISO 5167-2:2003用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第二部分：孔板的5.1.9条“双向孔板”指出：不切斜角，两个端面、厚度、节流孔的两个边缘符合规定要求的孔板，可用于测量反向流。M厂炼油分部就按GB/T 2624.2，设计与加工不切斜角的双向孔板，测量蒸汽双向流。他们利用差压变送器的零点迁移，设定流量零点：差压变送器的差压为0时，输出电流为12mA。正流为正差压，输出1220mA；反流为负差压，输出为412mA。二次表可利用DCS或智能流量仪（如浙江某仪表公司的XLF-51）组态实现。目前，M厂已有6个蒸汽双向计量点在运行。分别是：3.5MPa蒸汽进出2号催化裂化、1.0MPa蒸汽进出2号催化裂化、3.5MPa蒸汽进出3号催化裂化、1.0MPa蒸汽进出3号催化裂化、1.0MPa蒸汽进出3号常减压、1.0MPa蒸汽进出2号催化重整，比较好地解决了蒸汽双向计量问题。2用弯管流量计配套流向识别装置测量蒸汽双向流蒸汽计量的准确与否直接关系到节能降耗、成本核算等技术经济指标。目前绝大多数企业采用常规节流装置，如孔板、喷嘴等。节流测量的一个突出问题就是产生压损，而且有部分压损是不可恢复的，这就造成很大的能源浪费。既能满足计量需要，又无能耗的流量计，就成为优选。弯管流量计作为近年来出现的新型测量设备，由于具有高准确度（实流标定可实现0.5级）、大量程比、双向测量、无压损、无可动部件、耐磨损、耐腐蚀、一次元件长期运行稳定等优点，深受用户好评。A厂针对煤气化装置蒸汽双向输送问题，选用了可适应双向流的弯管流量计。但弯管流量计双向测量的是介质通过时，传感器内外侧差压对应的瞬时量，即通过传感器的瞬时量，而不能识别其方向，不能和质量流量计一样按流向自动加减，必须增加流向识别装置。对于流向识别，有方案提出在管道上增加一块限流孔板，利用孔板差压进行。但孔板压损大、安装须切断管道，在设备投资、施工、运行能耗方面没有优势。A厂流向识别是选择蒸汽管道的一个膨胀弯，利用管道输送的自身压降，避免测量引起的额外压力损失；通过一台微差压变送器测取膨胀弯4个弯头的压损，将12 mA作为临界点，自动判别蒸汽流向并转换为开关信号，用作双向计量开关。二次表内组态两个累积器，用开关信号启停累积器，进行双向计量，解决了煤气化装置蒸汽计量问题。二次表也可利用DCS组态实现。计量系统构成见图1。H厂利用弯管流量计自身的压损进行流向识别，测量蒸汽双向流，测量系统构成与图1类似，只是一个90弯头的压损太小，准确识别的困难要大一些。3利用蒸汽管道膨胀弯压损识别流向的注意点1)因为90弯管产生的压损很小，加上利用膨胀弯，造成取压口间距离相对较远，要努力保证两个取压点在同一水平面上。为保证取压口的水平，可在施工时，用一根装满水的长塑料管作U型管，静止状态下在液面处确定开孔位置。没有合适的膨胀弯，也可在水平工艺管道的转弯处选24个相近的弯进行取压。2)因为是利用微差压，导压管与伴热管不宜直接接触，要防止导压管内冷凝水汽化，造成零点漂移。3)必须进行系统零点迁移。在正反向流量范围基本相同时，流向识别装置最好以12mA为零点，高于12mA为正向流，低于12mA为反向流，且分别累计计量。不要把变送器零点与测量系统零点混淆，关闭导压阀并打开平衡阀后，仪表指示的是变送器零点。当两个取压口加冷凝器不能做到完全水平时，例如以mm为差值单位，两者差值为H mm，冷凝水的平面间便带来H mmH2O约10H Pa的附加差压，被变送器误当Q0测出，如图2中所示。图2还给出了图1中流向识别开关K的状态(电平H、L)时序。假定将变送器输出12mA设为流向识别零点，在冷凝器注满水后，必须将10H Pa的附加静差压迁移到12mA，作为测量系统零点。否则，会造成流向识别时刻的提前或滞后。从图2-看出，准确计量的换向动作应于t1、t2时刻启动；而附加静差压未迁移时，微差压变送器输出12mA对应的瞬时流量点在t0、t3时刻，如图2-右侧纵坐标I(t)所示，将应于t1、t2时刻发生的换向动作迁移到t0、t3时刻进行，造成识别错误，增大计量误差。为便于比较，图2-分别给出了附加静差压未迁移时，微差压变送器输出I(t)对应的假零流量识别时刻t0、t3，以及由此触发的蒸汽量正反向积算的错误切换时序。由图2可见，取压口位差引起的误差绝对量Q=，使得这一轮供需换向期间，双方在交接量上分别增减Q的绝对误差；而且每次流向变换均形成增减方向不变的误差量，只是Q因t长短不同而量值不同。如果t1到t2期间，Q(t)落在区间0Q0内，还会把没有换向误判为换向；反之亦然，造成识别与计量错误。4方案比较4.1 投资除温压补偿及二次表外，双向孔板测量只用一块孔板、一套差压变送器；而弯管流量计配套流向识别装置，要用一个弯管传感器，2套微差压变送器，设备投资比双向孔板多。4.2运行能耗差压式流量计在管道上安装了节流装置，在流体输送过程中，产生一定的压损，增加了输送成本。节流孔板压力损失（单位：kPa）可根据式（1）计算(1-0.24-0.522-0.163)p （1）式中：为节流孔板口径比；p为节流孔板差压值（kPa）。 节流孔板造成的能耗W（kW）计算见式（2）W= QV/3600 （2）式中：QV 是流经节流孔板的介质体积流量(m3/h)。弯管传感器是安装在管道的90转弯处，取代了原90弯头，测量和流体输送结合；流向识别是利用管道的一个膨胀弯，两者均没有任何附加压力损失，避免了测量引起的额外能耗，长期运行效益明显。4.3测量准确度平口孔板误差大于坡口孔板，且量程比仅3：，蒸汽双向流的工况在量程下限情况较多，因此，平口孔板受量程比与准确度的限制十分明显。弯管流量计量程比大（：）；系统测量准确度：.级；流速范围宽：适用于流速m/s的蒸汽（及其他气体）测量（液体介质为.m/s），且都能满足测量准确度要求。弯管流量计的工作原理依赖于传感器的宏观几何结构，该特点决定了弯管传感器的微量磨损是相对均匀的，对系统测量准确度的影响不明显，重复性可达.，长期稳定性好。4.4安装条件与寿命直管段要求短是弯管流量计适应性强的重要特点，前5D后2D在工业现场容易满足，传感器和管道寿命相同。而孔板直管段要求就高得多，长期运行的磨损对测量准确度影响也大得多。5结语随着节能减排工作的深入，炼油与化工生