多孔孔板流量計(jì)在測(cè)量雙向流流量中的應(yīng)用①

郭建光

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司)

多孔孔板流量計(jì)在測(cè)量雙向流流量中的應(yīng)用①

郭建光

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司)

闡述多孔孔板流量計(jì)的工作原理和儀表特點(diǎn)，結(jié)合具體項(xiàng)目，介紹了在雙向流工況下多孔孔板流量計(jì)的選型和安裝。

多孔孔板流量計(jì) 雙向流 選型 安裝

流量計(jì)量對(duì)石油化工企業(yè)起著至關(guān)重要的作用，一個(gè)生產(chǎn)裝置的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)收益與計(jì)量?jī)x表的準(zhǔn)確性有直接關(guān)系，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的流量?jī)x表才能達(dá)到最好的效果。流量?jī)x表種類很多，在使用方面各有優(yōu)劣，并不是流量計(jì)精度越高越好，而是需要依據(jù)不同工藝要求和計(jì)量要求進(jìn)行合理選型[1]。

在化工裝置區(qū)，有許多裝置自產(chǎn)蒸汽，這些蒸汽除滿足自用外，還要送往系統(tǒng)管網(wǎng)，但是在裝置開車或檢修時(shí)，又需要外部管網(wǎng)送入蒸汽作為能源，這就帶來(lái)了同一條管道需要傳輸不同方向介質(zhì)的問(wèn)題。如果假定介質(zhì)流出方向?yàn)檎蛄?，那么介質(zhì)流入方向就是反向流。對(duì)于這種雙向流的工況，開車或檢修帶來(lái)的反向流發(fā)生頻率很低，如果設(shè)置兩套流量檢測(cè)系統(tǒng)，不僅造成設(shè)備極大閑置，還給安裝和維護(hù)帶來(lái)不便。如果選擇能夠分別測(cè)得正向流量和反向流量的計(jì)量?jī)x表，就可以節(jié)約成本。常用于測(cè)量雙向流的流量計(jì)包括多孔孔板流量計(jì)、電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和超聲波流量計(jì)，它們有自身最佳的使用場(chǎng)合[2]。筆者在介紹多孔孔板流量計(jì)的工作原理和儀表特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體項(xiàng)目介紹它在雙向流工況下的選型和安裝。

1 多孔孔板流量計(jì)的工作原理與特點(diǎn)

以孔板為代表的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，是目前工業(yè)應(yīng)用最廣泛的流量?jī)x表，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用技術(shù)成熟、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。GB/T 2624.2-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量》第2部分(孔板)的5.1.9條“雙向孔板”指出：不切斜角，孔板端面、厚度和邊緣符合相應(yīng)規(guī)定，可用于測(cè)量反向流。多孔孔板就是一種雙向孔板，可以用來(lái)測(cè)量雙向流。當(dāng)對(duì)精度和量程沒(méi)有過(guò)高要求時(shí)，多孔孔板配差壓變送器是測(cè)量雙向流蒸汽的最佳選擇。

多孔孔板也是一種差壓式流量?jī)x表，其工作原理同標(biāo)準(zhǔn)孔板一樣，不同之處在于它將多孔整流器和標(biāo)準(zhǔn)孔板集合在一起，實(shí)現(xiàn)了整流和節(jié)流的一體化，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多孔孔板結(jié)構(gòu)工作原理示意圖

當(dāng)流體通過(guò)多孔孔板時(shí)，將被平衡整流，渦街被最小化，形成近似理想流體，通過(guò)取壓裝置，可以得到節(jié)流元件前后的壓差值，根據(jù)伯努利方程計(jì)算出質(zhì)量流量和體積流量：

β=d/D

式中C——流出系數(shù)；

d——節(jié)流元件開孔直徑，m；

D——管道內(nèi)徑，m；

qm——質(zhì)量流量，kg/s；

qV——體積流量，m3/s；

β——直徑比；

Δp——壓差，Pa；

ε——可膨脹性系數(shù)；

ρ1——上游流體密度，kg/m3。

多孔孔板除了測(cè)量原理同標(biāo)準(zhǔn)孔板一致外，還具有自身特點(diǎn)，這也是它與標(biāo)準(zhǔn)孔板相比的優(yōu)勢(shì)[3]，具體特點(diǎn)如下：

a. 測(cè)量精度高。由于多孔孔板在結(jié)構(gòu)上是對(duì)稱的，能夠?qū)α黧w進(jìn)行整流，降低了渦流、振動(dòng)和信號(hào)噪聲，使得節(jié)流元件前后流場(chǎng)穩(wěn)定性極大提高；與標(biāo)準(zhǔn)孔板相比，多孔孔板的線性度提高了5～10倍。

b. 安裝直管段短。前后直管段要求長(zhǎng)是標(biāo)準(zhǔn)孔板使用受限的重要原因，但多孔孔板前后流場(chǎng)穩(wěn)定，壓力恢復(fù)快，大幅降低了對(duì)直管段的要求，一般情況下直管段要求為前2D后2D，在大管徑或昂貴管材場(chǎng)合使用時(shí)可大幅節(jié)約成本。

c. 量程比寬。標(biāo)準(zhǔn)孔板的量程比一般為3∶1，直徑比β一般為0.20～0.75，當(dāng)超過(guò)此范圍時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)孔板的精度明顯下降。但是多孔孔板的量程比可以達(dá)到15∶1，選擇合適參數(shù)時(shí)甚至能達(dá)到30∶1，β的范圍0.25～0.90。

d. 永久壓損低。多孔孔板流量計(jì)多孔對(duì)稱的平衡設(shè)計(jì)減少了渦流的形成和紊流摩擦，降低了動(dòng)能損失；在產(chǎn)生同樣壓差的情況下，永久壓力損失約為傳統(tǒng)節(jié)流裝置的1/3，節(jié)省了相當(dāng)大的運(yùn)行成本[4]。

2 多孔孔板流量計(jì)測(cè)雙向流的選型實(shí)例

在一個(gè)年產(chǎn)120萬(wàn)噸精細(xì)化學(xué)品項(xiàng)目中，配套建設(shè)了由4臺(tái)480t/h循環(huán)流化床鍋爐和一臺(tái)20MW蒸汽發(fā)電機(jī)組成的熱電裝置。在全廠開車和檢修時(shí)，需要用到大量的中壓飽和蒸汽和低低壓蒸汽，這些蒸汽是由熱電裝置送出的。在全廠生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行時(shí)，包括煤氣化裝置、凈化裝置和油品加工合成裝置會(huì)副產(chǎn)大量中壓飽和蒸汽和低低壓蒸汽，這些蒸汽又送回到熱電裝置利用。上述兩種規(guī)格的蒸汽在兩條管道中進(jìn)行送出和返回。為節(jié)約成本，在每條管道上設(shè)置一個(gè)流量?jī)x表來(lái)測(cè)量正向流量和反向流量。選取其中一個(gè)流量計(jì)FE-02202為例，先將工藝條件列出，再進(jìn)行具體的流量?jī)x表選型，參數(shù)詳見表1。

表1 流量計(jì)工藝參數(shù)

注：a——反向流時(shí)(最大/正常/最小)流量值；b——正向流時(shí)(最大/正常/最小)流量值。

能夠測(cè)量雙向流的儀表有電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和多孔孔板流量計(jì)。由于電磁流量計(jì)不能測(cè)量蒸汽介質(zhì)，因而首先被排除；質(zhì)量流量計(jì)的口徑過(guò)大，且其測(cè)量介質(zhì)溫度一般不能超過(guò)180℃，因而也被排除；超聲波蒸汽流量計(jì)雖然能夠滿足測(cè)量要求，但價(jià)格較貴。最后，基于具體的工藝參數(shù)，選用多孔孔板流量計(jì)測(cè)量雙向流蒸汽，選型參數(shù)詳見表2。

表2 流量計(jì)選型結(jié)果

在選好多孔孔板后，再設(shè)計(jì)兩個(gè)差壓變送器，分別測(cè)量正向流量和反向流量時(shí)的壓差值，轉(zhuǎn)換成4～20mA信號(hào)后送到DCS顯示。另外，為了正確測(cè)量蒸汽的質(zhì)量流量，在多孔孔板附近設(shè)置了一個(gè)鉑熱電阻和壓力變送器，將溫度值和壓力值送到DCS進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，得到準(zhǔn)確的質(zhì)量流量。

3 多孔孔板流量計(jì)的安裝

在進(jìn)行多孔孔板流量計(jì)安裝時(shí)，首先保證取壓孔位于管道上半部與管道垂直中心線成0～45°夾角(圖2)，以防止不凝氣或臟污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。在安裝導(dǎo)壓管時(shí)，其水平段應(yīng)有一定的坡度，一般情況下導(dǎo)壓管的坡度不小于1∶100，若項(xiàng)目位于北方地區(qū)，導(dǎo)壓管使用時(shí)需要進(jìn)行蒸汽伴熱。兩個(gè)差壓變送器在安裝時(shí)必須保證正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)的正確。簡(jiǎn)單來(lái)講，順著流體方向，差壓變送器的正壓側(cè)位于多孔孔板的上方，負(fù)壓側(cè)位于多孔孔板的下方。

與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)相比，多孔孔板流量計(jì)的安裝更簡(jiǎn)便：首先，它在結(jié)構(gòu)上是對(duì)稱的，安裝時(shí)不需要考慮流量計(jì)方向；其次，它需要的前后直管段更少，只需保證前后直管段分別不小于2D即可。

圖2 多孔孔板流量計(jì)安裝效果

4 結(jié)束語(yǔ)

在化工裝置中，選擇合適的流量?jī)x表進(jìn)行雙向流量的測(cè)量，可以節(jié)約成本，為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。而多孔孔板流量計(jì)就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，是一個(gè)非常合適并具有推廣價(jià)值的節(jié)能儀表，具有更廣泛的發(fā)展空間。

[1] 于曉輝.流量計(jì)選型的模糊決策[J].石油化工自動(dòng)化,2016,52(2):21～24.

[2] 王曉玉.雙向流量測(cè)量在石化企業(yè)的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶,2013,(3):43～45.

[3] 李康康，賈玉明，葛素楠.多孔孔板節(jié)流裝置的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2010,46(4):60～63.

[4] 王明濤.多孔平衡流量計(jì)使用中的技術(shù)探討[J].中國(guó)儀器儀表,2010，(z1):162～164.

For full automation of the vertical scraping centrifuge’s control system, the sensing technologies for the revolving speed, oscillation, filling and temperature measuring and the position detection were adopted; and the working principle, applications and effects of these technologies were introduced. Successful application of these sensing technologies greatly improves the level of centrifuge automation and its working efficiency and the safety of operators and security of operation environment, including the equipment and products can be ensured.

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TH814

B

1000-3932(2017)08-0789-03

2017-01-12，

2017-04-24)

郭建光(1984-)，工程師，從事化工儀表的設(shè)計(jì)工作，guojianguang@cwcec.com。

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