阿牛巴流量计在大管径蒸汽计量中的应用.docx

阿牛巴流量计在大管径蒸汽计量中的应用李紫笑( 天津大沽化工股份有限公司，天津 300455)摘 要 文章通过对一体化阿牛巴流量计的性能分析、应用优势、安装要点、注意事项以及维护要点进行阐述，说明了其在大管道蒸汽计量上的成功应用，为仪表工程师的选型、安装提供了参考依据。关键词 阿牛巴; 蒸汽计量; 节能; 动态补偿现场使用的流量计种类繁多，针对不同介质、不同的流量特性，选择合适的流量计是仪表工程师工作 范畴之一。随着节能减排工作在全国范围的展开，能 源计量的准确性和流量计的运行成本以及维护成本也 越来越受到企业的重视。在石油和化工行业比较常见 的蒸汽计量问题一直是我们工作的重点和难点。作为 计量仪表工程师，如何做好现有蒸汽计量网络的管理 工作是笔者一直以来在思考的问题。2010 年 7 月是我 公司停电检修的生产间隙，我们就以此为契机对我公 司二级蒸汽管网的关键设备蒸汽供汽计量仪表进 行全面更换。蒸汽供汽计量表是指热电分厂所产蒸汽 输送到各个使用单位时，所配备的中间计量环节。理 论上讲产汽计量和应等于供汽计量和加上热电分厂内 部自用汽值，而供汽计量和同样也应等于所有用户的 计量和。在 2010 年 之 前，我公司三块蒸汽供汽计量 表选用的是插入式涡街流量计，并配有压力变送器作 为测量补偿。但经过检验对于 300 500mm 口径的蒸 汽计量来说，此类型仪表的使用效果不是很理想。所 以借 2010 年停 电 检 修 之 际，我们将供汽表全部更换 为罗斯蒙特公司的 MassProBar 一体化流量计，它是由 阿牛巴 Pak Lok 485 型节流装置和 3095MV 多参数 变送器两部分组成的。图 1 阿牛巴测量原理图关系，这个关系可以用下面的公式来表示:Q = K ! D22p槡V4，m3 / h;:式中 QV 为流经测量管的流体流量p 为全压与静压之差，kPa; 为流体在工作状态 下 的 密 度，3kg / m ;D 为测量管内径，mm; K 为校正系数。由公式可以看出，阿牛巴流量计系统的实质就是对差压 p 的测量，与其他差压式流量计有一定的共 性，其技术是通用的，那么在大管道蒸汽测量中选择 罗斯蒙特 公 司 的 T 型阿牛巴流量计的优 势 究 竟 在 哪 里呢?1. 2应用优势性能分析阿牛巴基本原理阿牛巴流量计亦称均速管流量计，是依托于皮托11. 1( 1)一体化的差压流量计罗斯 蒙特将压力变送器电 子 元 件 ( 3095 MV 多参数压力变送器) 与阿牛巴平均皮托管 ( 485 Pak 管测速原理进行检测的，基本测量原理如图 1 所示。当充满 管道的流体流经均速管流量计 的 检 测 杆 时，检测杆 迎面的开槽可以检测到流体的全压平均 值，检测杆的背流面的静压孔感测到流体的 静 压 值。 全压平均值与静压值同流过的流体流量之间有确定的Lok 节 流 装 置 ) 组 合， 实现一体化测量仪表， 即 阿牛巴 + 三阀 组 + 温 压 补 偿 + 变 送 器， 组 成 一 体 化 结 构。所以此流 量计无需另配其它仪表配件、仪 表 管 线、阀门、接 头、阀组和安装支架， 安 装 和 使 用 的 过程非常方 便， 也因此缩短了焊接和安装、投 运 的收稿日期 2011 04 17工业计量 2011 年增刊 2137计量装置及应用MEASUEMENT EQUIPMENT AND APPLICATION时间。在大管 径 流 量 测 量 中， 如果选用满管式涡街 流量计和一 体 化 孔 板 流 量 计， 则 其 体 积 庞 大， 安 装 和使用极为 不 方 便， 由 此 更加凸显一体化阿牛巴的 应用优势。( 2) 采用创新测量技术提高测量性能T 型阿牛巴正面槽型设计和创新造型，T 型 阿 牛 巴测量杆横断面形状如图 2 所 示。经过不断改进设 计，T 型阿牛巴彻底解决了不同雷诺数阿牛巴流量计 的流量系数 K 不稳定的问题，提高了所有流量测量点 的精度 ( 读数精度 可 以 达 到 0. 9% ) 和 重 复 性 ( 达 到 0. 1% ) 。创新开槽和 T 型设计，产生的是独有的 流束分布 形 状， 又通过增加信号强度并降低信号噪 声，保证了低压信号的稳定，从而产生的差压高于同 类产品，不再 是 只 有 1kPa 左右的微差压值，大 大 提 高了量程比; 同时配备可靠性较高的差压变送器，真 正做到确保 计 量 的 精 度，实现严格的过程控 制 管 理。 同样如果选用插入式涡街流量计，由于测量集中于管 道中心的一点，往往不能达到理想的测量精度和重复 性，此时插入式涡街流量计远远不能满足大管径蒸汽 流量的测量要求。3095MV 处理后的质量流量则采用的是全动态补偿的 公式来计算的，经过测量的三个变量差压、压力、温 度与配套的 EA 工程辅助软件及 100 多种流体物理特 性数据库相结合，进行实时流量计算，并可直接输出 质量流量 信 号， 直观而又准确地达到质量测量的目 的。其计算公式演示如图 3 所示。图 3 3095MV 质量计算模块图对于蒸汽 流 量 的 测 量，3095MV 在 整 个 操 作 范 围内动态地计算过热蒸汽、饱和蒸汽的密度，蒸汽密度 的计算符合 ASME ( 美国机械工程师协会) 的蒸汽数 据表，从而保证了计量过程的准确性; 对于一般气体 密度、气体膨胀系数等参数都会在变送器内实时计 算，并应用于更新流量计计算结果，大大提高了计量 的精度。( 4)采用免维护设计 降低维护成本阿牛巴传感器的测量元件设计巧妙，能够长期保持输出非常稳定的差压信号，保证输出差压信号与管 道流量的映 射 关 系。这是因为在使用过程 中 的 磨 损、腐蚀以及粘附的油污灰尘等因素对阿牛巴流量计系数 影响不大， 但这些因素对孔板的流量系数有很大影 响，往往会增加到 20% 以上，由此产生的误差将也达 到 20% 以上。从中我们可以看出阿牛巴流量计的准确度是长期稳定的。组成的 Pak Lok 485 型阿牛巴的电子元件在工业应用中的表现也非常稳定，标定周期 长达 10 年，这样极大地节约了维护成本。( 5) 节约能源阿牛巴传感器采用非收缩设计，通过使恒定压力 损失降至最低实现节能， 同时也使管线阻塞降至最 低。根据压缩机的气体成本、抽送液体的用电成本以 及产生蒸汽的燃料成本，可将恒定压力损失的降低直Industrial Measurement 2011 Supplementary Issue 2图 2 T 型阿牛巴测量杆断面图( 3)采用高精度多参数变送器，实现全动态补偿在阿牛巴 Pak Lok 485 T 形传感器中包括密封的压力保护热电偶套管，这样在所有尺寸的管线上只 需要一个管道贯穿孔就可实现实时质量流量测量。而 后测量值经过 3095MV 多参数质量流量变送器，对压 力和温度的波动进行动态实时补偿。我们选择传统的( DP)的 测 量， 再 用 一 个 简流量计往往是 通 过 差 压化的质量流量公式在 DCS 或流量显示仪中计算的，在此简化的公式中用一个常量代替流量计算中的许多参 数，当然会造成计算的不准确。而经过 osemount 的138计量装置及应用MEASUEMENT EQUIPMENT AND APPLICATION力变送器的组合测量蒸汽有很多优势，笔者已在上文中进行了阐述，但是如果不能按照说明书进行正确的 安装，则高精度的测量优势将不复存在，同时还有可 能出现蒸汽泄漏等事故。所以认真阅读说明书进行正 确安装是非常必要的。拿到说明书后快速浏览装配示 意图，并在包装箱中找到相应的配件，确认节流装置 的各组 成部分与安装结 构。 然后开始按以下步骤 安装。( 1) 安装位置和方向 对于阿牛巴等差压式流量计来说正确的安装方向和直管段是 必 不 可 少 的 条 件。上游直管段一般为 8D到 30D，当然直管段越长越好，下游直管段为不小于4D，对于气体测量来说直管段的要求更高，一般要达 到 12D 以上，当然如果安装了整流器可以适当减少直 管段的要求。除了直管段外，485 阿牛巴的安装在 X、 Y、Z 各方向 上 的 偏 心 角 度 为 3，此要求对于安装 和调试人员来说是比较高的，但由于 T 型阿牛巴流量 装置的正面取压槽口跨越整个管道 ( 一般按照标准管 道或客户提供的管道内径定 制 的 ) ，安装时可以较容 易地判断出偏差。安装位置 还要涉及到仪表朝向， 水 平 方 向 的 管 道上，为了确 保 排 气 和 排 液， 对于气体和空气的测 量，传感器应 该安装在管道的上半部分; 对 于 液 体 和蒸汽的测量，传感器应该安装在管道的下半部分。 垂直方向的管道上，如果能保证正确地排气和排液， 传感器可以在沿着管道圆周方向的 任 意 位 置 安 装。 对于液体或 蒸 汽， 当 流 体的方向是向上的时候可以 获得最 佳 位 置 安 装。对于空气或气体， 最 佳 的 流 体 方向是向下，但是向上也是可以接受的。下面对蒸汽 和液体安装中，水平和垂直两种管道情况进行图示说 明，见图 4。接换算成节能效果。孔板的压力损失大约为差压的 34% 90% ，阿牛 巴的压力损失小，约为差压的 2% 15% 。并 且 其 产 生的差压值比孔板产生的差压值要小一个数量级，因 此，阿牛巴 探头的压力损失相对于孔板而言是微小 的。以我公司电站 1# 蒸汽管道计量为例，说明如下:此饱和 蒸 汽 测 量 点， 管 径 309 4. 5mm， 压 力( 绝 对 压 力 ) ， 温 度 180 ， 工 作 密 度1. 003MPa5. 160kg / m3 ，冬季流量 98t / h，使用阿牛巴探头测量，产生的差压计算得 DP = 5. 46kPa。阿牛巴测量系统的 压 力 损 失 ( 按 差 压 的 5% 计 算) 为: p = 0. 05 5. 46 = 0. 273kPa蒸汽的体积流量为:Q = ( 98 1000 )333m / h = 18992m / h = 5. 28m / s5. 160探头损失的功率折算为 ( 假定电动机效率为 0. 8) :W = ( 5. 28 0. 273 0. 8) kW = 1. 80kW假如一年运行 365 天，每天运行 24h，则探头一年 耗电为 H = ( 365 24 1. 80) kWh / 年 = 15768kWh / 年假如电 费 0. 60 元 / kWh， 则探头一年的 电 费 为:Y = ( 15768 0. 6) 元 / 年 = 9460. 8 元 / 年 现将上述测点改用环室取压标准孔板测量，选孔板的直径比 = 0. 7，产生的差压 约 为 p = 47. 6kPa。压力损失 ( 按差压的 50% 计算) p = 23. 8kPa，功 率损失折算为 ( 假定电动机效率为 0. 8)W = 157. 08kW，每年耗电 为 H = 1376020. 8kWh / 年，每 年 运 行 电 费 为Y = 816151. 7 元。上述 计 算 结 果 为: 每 运 行 一 年，阿 牛巴探头比孔板节约 1376020. 8kWh 电 能，折 合 节 约 电费 816151. 7 元。可见阿牛巴流量计 是 一 种 优 良 的 节能型仪表，使用后经济效益非常显著。2安装要点罗斯蒙特阿牛巴型节流装置与 3095MV 多参数压图 4 阿牛巴节流装置在管道上的安装示意图工业计量 2011 年增刊 2139计量装置及应用MEASUEMENT EQUIPMENT AND APPLICATION( 2) 在管道上钻孔按照说明书来确定在管道上钻孔的尺寸。对于在 用管道要进行泄压并排空，而我们选择的是在操作间 对管道短接进行钻孔，装上流量计后再将短接焊接到 主管上。那么我们钻孔位置可以任意选择，但在焊接 主管的过程中，要注意水平管道要按上图要求朝下安 装。钻孔时要用孔锯或钻头钻孔， 不 能 用 烧 切 的 方 法。最后在钻孔的管带内侧要做一个倒角以便支架的 安装和焊接。时间，经过这段时间的使用、数据的比对，可以认为罗斯蒙特公司的阿牛巴 一体化流量计确实是计量可 靠、准确性高，从使用的情况来看，有以下几个方面 要注意:( 1)阿牛巴流量计的机械尺寸是根据要安装的管道尺寸量身订做的，其流量测量范围也是根据客户提供的流量数据计算和标定的。因此提供的流量数据和 管道数据一定要正确无误， 否则会造成大的测量误 差，甚至无法使用。另外介质温度高 于 260 的 应 选 用分体流量计，我公司的蒸汽温度一般在 190 左右， 所以可以选用一体化流量计。( 3)焊接安装支架此焊接是指 Pak Lok 安装支架的焊接，所 以 也是焊接专业人员来完成的，作为仪表工程师，我们只 提出要沿着流体的轴线相平行的方向来焊接，并在安 装前进行适当的冷却。( 4) 安装阿牛巴( 2)应该指出，阿牛巴流量计的重复性和可靠性非常高，计量的准确性则是建立在微差压变送器的正确选用、在线实时补偿、选型和安装的正确性等各个 环节的基础之上的，所以选用阿牛巴流量计一定要对 每个环节予以足够的重视，按要求做好每个环节，这 样仪表一 旦 安 装 到 位、投 入 使 用，则维护量非常低， 而消耗的能源则非常小， 又因为测量系统无可动部 件，是一体化的标准节流装置，所以其校验和标定基 本上可以每年只对差压变送器、压力变送器进行校验 即可，大大降低了维护和检修的工作强度，有效地延 长了在线使用的时间。 将螺 杆 ( 都是厂家配套提供的 )Lok 的部件里。 为了使 流 量 计 接 触到了对面侧管壁， 用 记 号 笔在传感 器的末端做记号。因为我们是在短接上焊 接，可以清楚看到流量计是否接触对面侧管壁，所以 此步省略。 将流量计插入到 Pak Lok 主体中，直到传感器的末端接触到对面管壁，来回旋转流量计。 取出流量计。 通过检 查所做的记号是否部分 消 失 来 断 定 传 感器末端接触到对面侧的管道内壁。 ( 步骤在 短接安装中可省略。) 按照阿 牛巴上流量箭头所指方 向 与 流 量 方 向 对齐。重新将 流 量 计 插 入 Pak Lok 焊 接 支 架 力，在止动环和套管之间安装第一个密封圈。小心不要损坏 了开口的密封圈。 将密封 圈 沿 焊 接 止动换方向推入。用 同 样 的 方法将另外两个密封圈安装到位，相邻密封圈的开口 方向成 180。 将螺母 拧 紧 到 螺 杆 上， 压住密封圈完成阿牛 巴流量装置的安装。拧 入 Pak ( 3)要注意变送器的防冻与保温。北方地区的冬季也常常出现极