2010第四届焦化年会论文集 (59)

2010年第四届全国焦化技术及生产年会 2010年 6月 8日 11日 272 焦化企业流量测量仪表选型 曹庆辰 陈 怡 （ 中化镇江焦化有限公司 ） 【摘 要 】 焦化生产工艺流程以及节能、环保对流量测量和控制的精确度、可靠性要求已越来越高，本文主要从本企业生产工艺和仪表配置来介绍了电磁式、涡街式、节流式等几种流量计的选型设计以及它们各自的特点。 【关键词 】 流量测量 选型 能源计量 流量计仪表行业共认的少数几种使用比制造难度更大的一类类仪表，测量仪表本身受到众多因素，如：管道、口径大小、形状（圆形、矩形）、边界条件、介质的物性（温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等）、流体的流 动状态（紊流状态、速度分布等）以及安装条件与水平的影响，流体粘性摩擦作用还会产生不稳定的旋涡和二次流等复杂流动现象。面对国内外十几类、上百个品种的流量仪表（先后发展起来的容积式、差压式、涡轮式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型），如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型，是应用好流量仪表的前提和基础。除了仪表自身质量要得到保证，工艺数据的提供和仪表的安装、使用、维护是否合理也相当重要。我企业正在实施老企业搬迁，即将在高资开发区新建 70万吨碳材新项目，本文介绍电磁式、涡街式、节流 式等几种流量计的选型设计。 在我厂流量计主要使用于煤气流量、空气流量、蒸汽流量、循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、污水流量、稀释废水流量、苯流量、贫富油流量、在老厂系统中，空气、蒸汽、水（包括氨水、生化稀释废水以孔板为主，空气、煤气流量出现的主要问题是取压管易结水，需定期排污，煤气孔板取压法兰易堵塞，需定期拆开清洗；氨水、废水内常带入焦油，沾污孔板，堵塞引压管而影响流量测量；还有天气寒冷因素，造成引压管冻结而不能正常工作等。总体上来说，由于以前认知上的不足，再加上全厂系统是在上世纪 70 年代初发 展起来，并在此基础上逐步改造而形成的，系统的全面完善受到一定的局限，流量仪表使用情况不是很理想，增加了很大的维护量，对生产的影响也越来越明显。我企业正在实施老企业搬迁，在高资开发区新建 70 万吨碳材新项目，生产工艺和生产控制要求都有了较大水平的提高，因此我们要尽可能地在新项目中解决流量计应用中存在的问题，提高流量计的运行能力和测量精度水平，大幅度地降低仪表的维护量，减少对生产的影响。 节流式流量计是早期大量使用的一种测量流量的计量装置，有孔板、喷嘴、均速管等，测量对象可以是液 体、气体、蒸汽，其历史最长，用量最多。现在常见的为圆孔板型和锥形入口板型，其工作原理是在流体管道中加入一节流件，通过导压管引入压差变送器测出节流件上、下游的压差，根据所测的压差经过计算即得出流量的瞬时值。节流式流量计以孔板为主。孔板测流量时有压力损失大、维护量大等缺点，但也有加工简单经济实惠的优点。由于导压管内水的不流动性，在较寒冷地区，冬天室外安装的孔板取压管容易 冻裂（冻住），使差压仪器无法正常工作。测量较脏的污水时，孔板需经常清洗。如清洗不及时，测量精度降低，取压管经常被污物堵死，仪表无法使用。 根据 我厂工艺要求以及孔板流量计经济性特点，我们将孔板流量计主要运用于煤气流量、贫油流量、富油流量。针对孔板需定期清洗维护，我们对水平安装的孔板采用园缺孔板能大大延长维护周期；对孔板取压装置、引压管易堵塞的情况，可以改变取压方式， 例如用径距取压法，就可以减少孔板污物的影响。在精度和稳定性要求高的场合，我们采用 电磁流量计自 20 世纪 50年代末国内首次工业应用以来，七八十年代在流量测量中运用和发展很快。电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律，即被测介质垂 直于磁力线方向流动，因而在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一感应电动势 X 与被测介质流量（流速）成正比，电磁流量计不受温度、压力、粘度、重度等外界因素的影响，测量管内部无收缩或凸出部分的压力损失，另外，2010年 6月 8日 11日 2010年第四届全国焦化技术及生产年会 273 流量元件检测出的最初信号，是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压，它与流体的其他性质无关，具有很大的优越性。 根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性，测量污水的流量，电磁流量计是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小，安装、操作、维护方便，如测量系统 采用智能化设计，整体密封加强，能在较恶劣的环境下正常工作。以前我厂的循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、稀释废水流量均采用孔板，由于我厂生产焦种和生产工艺的影响，管道里很脏，取压管常需清洗疏通，遇到寒冷天气还会冻结，甚至冻裂。 因此，在新项目中，循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、污水流量、稀释废水流量我们均首选电磁流量计。选型中应注意流体介质特点来选择电极材质和衬里材料。污水可选用氯丁橡胶衬里，含钼不锈钢（ 极的电磁流量计，对富氨水、脱硫液、预冷循环液可采用聚四氟乙烯 衬里即可满足流量测量的要求。 另外，电磁流量计选型不能忽视测量介质的温度，应当仔细了解介质可能会出现的温度上限，根据选型样本，选取适当温度范围的衬里材料，防止在运行中，由于工艺原因，介质超温，导致衬里材料失效而造成损失。 涡街流量计作为一种新型流量计， 80 年代中期以来发展较快，它在流量测量方面有着诸多的优点和长处，在现代流量测量中应用越来越广泛。在国内使用涡街流量计进行流量测量也愈来愈得到重视，目前我国已有性能优良并有自主知识产权的产品系列。涡街流量计是基于流体振动发展起来的 ，根据旋涡的不同，检测方式从热丝式、热敏式逐渐发展了应力式、磁敏式及差动开关电容式、超声波式等。涡街流量计几乎可用于一切可形成旋涡列的场合，不仅可用于封闭的管道，还可用于开放的沟槽。与涡轮流量计相比，涡街流量计没有可动的机械部件，维护工作量小，仪表常数稳定；与孔板式流量计相比，涡街流量 计测量范围大，压力损失小，准确度高，安装与维护简单。但涡街流量计的环境相关参数较多，容易在使用现场被忽略而影响流量计性能的正确发挥。 涡街流量计的原理是在流量计管道中，设置一滞流件，当流体流经滞流件时，由于滞流件表面 的滞流作用等原因，在其下游会产生两列不对称的旋涡，这些旋涡在滞流件的侧后方分开，形成所谓的卡门 （ 涡列，两列旋涡的旋转方向是相反的，卡门从理论上证明了当 h/L=h 为两旋涡列之间的宽度， ，旋涡列是稳定的雷诺数 物理意义是流体流动的惯性力与粘滞力的比值 。因此，流体的流动状态对涡街流量计的使用也有一定的影响。如果环境参数对流体流动状态有影响也会影响到涡街流量计的使用性能。 经过实践，如下几个方面对涡街流量计的使用都有影响，应对这些问题进行分析。 街流量计的测量范围较大，一般 10： 1，但测量下限受许多因素限制： 10 000是涡街流量计工作的最基本条件，除此以外，它还受旋涡能量的限制，介质流速较低，则旋涡的强度、旋转速度也低，难以引起传感元件产生响应信号，旋涡频率 会使信号处理发生困难。测量上限则受传感器的频率响应（如磁敏式一般不超过 400电路的频率限制，因此设计时一定要对流速范围进行计算、核算，根据流体的流速进行选择。使用现场环境条件复杂，选型时 除注意环境温度、湿度、气氛等条件外，还要考虑电磁干扰。在强干扰如高压输电电站、大型整流所等场合，磁敏式、压电应力式等仪表不能正常工作或不能准确测量。 动也是该类仪表的一大劲敌。因此在使用时注意避免机械振动，尤其是管道的横向振动（垂直于管道轴线又垂直旋涡发生体轴线的振动），这种影响在流量计结构设计上是无法抑制和消除的。由于涡街信号对流场影响同样敏感，故直管段长度不能保证稳定 涡街所必要的流动条件时，是不宜选用的。即使是抗振性较强的电容式、超声波式，保证流体为充分发展的单向流，也是不可忽略的。 质温度对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。如压力应力式涡街流量计不能长期使用在 300状态下，因其绝缘阻抗会由常温下的 10 100 10 出信号也变小，导致测量特性恶化，对此宜选用磁敏式或电容式结构。在测量系统中，传感器与转换器宜采用分离安装方式，以2010年第四届全国焦化技术及生产年会 2010年 6月 8日 11日 274 免长期高温影响仪表可靠性和使用寿命。 我企业新项目中涡街流量计选型主要集中在蒸汽流量测量、压缩空气流量测量、氮气流量测量和脱盐水流量的测量。在选型中应充分考虑仪表安装的位置，前后直管段长度，周围的电器设备分布情况，对有可能 产生管道振动的场合应增加安装支架，以加强仪表所安装的管道的固定，最大限度地减少振动。另外，对气体、蒸汽流量计的选型应充分考虑到压力变化对流量精度的影响，尤其是蒸汽流量测量值为体积流量，而工艺要求的流量值为质量流量，温度、压力变化对蒸汽密度影响较大，需对流量值进行压力补偿，来消除压力变化引起密度的变化带来流量显示值的误差。我企业新项目中所有流量信号都送入 们可以利用 工程组态软件中将压力和密度的对应关系与流量显示值结合起来，这样可以很方便地解决蒸汽流量的温度、压力补偿问题。 涡街流量计是一种比较新型的流量计，处于发展阶段，还不很成熟，如果选择不当，性能也不能很好发挥。只有经过合理选型、正确安装后，还需要在使用过程中认真定期维护，不断积累经验，提高对系统故障的预见性以及判断、处理问题的能力，从而达到令人满意的效果。 由于我国正处在工业化和城镇化加快发展阶段，高投入、高消耗、高污染的粗放型经济增长方式，加剧了能源供求矛盾和环境污染状况。 国家近年来，对于高能耗、落后工艺、落后产能企业整合、淘汰的步伐越来越快，焦化行业各企业面临着 严峻的挑战。焦化企业能源计量是企业做好节能降耗工作的重要保证，企业流量测量仪表选型，要充分考虑到企业能源计量管理的需要，满足企业节能工作对计量管理的要求。 用能单位应当按照 7167 2006用能单位能源计量器具配备和管理通则能源计量器具配备及准确度的要求选择和配备能源计量器具。 用于贸易结算的流量计量器具准确度应当符合国家标准要求。 为了便于能源计量数据的统计，根据企业能源管理实际情况， 确定流量测量仪表数据处理方式，通过直接输出信号或通过通讯协议，将测量信号送出到企业管理网络进行处理和保存。 为了满足企业节能管理、节能目标考核的需要，在工程设计中，应当从节能管理出发，考虑到能源按部门、车间及工段的考核，进行计量器具的配置，使得生产运行中的能源消耗，能被计量管理体系覆盖，从而使得企业对各能源消耗进行准确的统计和科学的分析，并能根据实际情况，制定有效的节能方案，采取必要的节能措施，坚持开发与节约并举、节约优先的方针，大力推进节能降耗，提高能源利用效率。 表 1 用能单位能源计量器具准确度要求 计量器具类别 计量目的 准确度等级要求 油流量装置 进出用能单位液体能源计量 成品油 油、渣 油 体流量 表（ 装置） 进出用能单位气体能源计量 煤气 然气 汽 流量 表（ 装置） 进出用能单位水量计量 管径不大于 250径大于 250 随着社会的发展和进步，人们越来越感觉到保护环境和节约资源的重要，国家近年来，对于高能耗、落后工艺、落后产能企业整合、淘汰的步伐越来越快，焦化行业各企业面临着严峻的挑战。这对焦化企业仪表自动化专业也有了更高的要求，低能耗、精细化管理要求流量测量仪表必须做到更加准确可靠、2010年 6月 8日 11日 2010年第四