摘要：結(jié)合作者多年從事石化行業(yè)流量儀表應(yīng)用的實踐，闡述了流量計選型的基本原則與方法,并對諸如地下大口徑流量測量、小流量低壓瓦斯流量測量以及液化石油氣的流量測量等難以解決的問題,提出了較為實用的選型技術(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、氮氣、二氧化碳氣體、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，同時流量范圍波動較大。沒有哪--種流量計能夠全部覆蓋上述各種情況。根據(jù)經(jīng)驗,要實現(xiàn)流量的準確和可靠的測量,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、精心維護的問題，但選型正確與否是至關(guān)重要的。
下面針對上述石化行業(yè)流量測量的實際情況,并結(jié)合自己十幾年來在流量儀表選型應(yīng)用中的經(jīng)驗和教訓(xùn),談?wù)剛�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)場要求,不僅要考慮流量計本身的防爆性能，還要從整個測量系統(tǒng)進行考慮。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(針對有些容易氣化的液體);腐蝕性;含雜質(zhì)情況;工藝對測量不確定度的要求。
③流量儀表的技術(shù)選型。根據(jù)上述兩點并結(jié)合以往使用中的經(jīng)驗選擇技術(shù)指標(biāo)滿足工藝要求的流量計。
④性能、價格比�，F(xiàn)在是市場經(jīng)濟,企業(yè)投資要考慮成本。因此,對流量計選型中不僅要考慮技術(shù)上的適用性,同時要考慮投資的經(jīng)濟性。在滿足技術(shù)要求的前提下,首先不要盲目提高測量精度,精度的提高需要靠投資的增加來滿足;第二是國產(chǎn)流量計和進口流量計的比較,要經(jīng)過質(zhì)量、壽命、維護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)實例
2.1水的大流量測量
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,對于老廠來講,舊管線多。針對這種情況,我們解決的辦法是采用外卡式超聲流量計進行測量。它的優(yōu)點是:
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)流量計無法相比的。.
③維護量小。根據(jù)我們的經(jīng)驗,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,耦合劑是否充滿等)即可滿足測量要求。
④從經(jīng)濟性上講,它更適用于大口徑管線的流量測量，因為超聲流量計的價格基本與口徑無關(guān)。從投資的角度與其它流量計相比,大口徑就更為經(jīng)濟。但它也有不足之處,就是測量精度不是很高,一般為+1.0%~+2.0%,就新水和循環(huán)水的測量來講,也足以滿足。再有從一次性投資上,它與電磁流量計等相比，測量口徑應(yīng)該在DN200以上才能體現(xiàn)出經(jīng)濟性來。當(dāng)然口徑大于DN500,那它的經(jīng)濟性就更明顯了。我公司目前在新水和循環(huán)水流量測量中,口徑在DN200以上的管線,基本上使用的都是超聲流量計,大.約有30幾套。我們使用超聲流量計是從1989年開始的。從十多年的使用經(jīng)驗上看，效果還是很好的,特別是隨著單片機技術(shù)在超聲流量計變送器中的應(yīng)用,現(xiàn)在可以采用直接測量時差結(jié)果來測量,大大提高了測量精度和測量的穩(wěn)定性。
⑤對于結(jié)垢嚴重或管線外皮腐蝕嚴重的水管線，采用超聲流量計測量時,信號穩(wěn)定性不好,建議采用插人式電磁流量計。
2.2小流量瓦斯測t
石化行業(yè)中瓦斯氣體流量測量也是較難解決的問題,特別是低壓、低流速瓦斯流量的測量,原來我們采用孔板流量計或渦輪流量計進行測量,因流速低,影響測量精度,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進行測量,并配壓力補償,經(jīng)過近3年的實.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,低流速對它的使用壽命影響不大。對于管徑大于DN150的低流速瓦斯流量測量,采用熱式氣體質(zhì)量流量計,應(yīng)用效果也較好。
2.3液化油及輕烴流測量t
液化油和輕烴(主要有丙烯、丁烯、丁二烯、戊烷)的流量測量，要想做到高精度(體積+0.5%)也是比較難的�？装鍦y量肯定達不到的。這里關(guān)鍵難以解決的問題有兩點,首先是這類流體的氣化問題,它造成流體氣、液兩相,就是用價格比較貴的進口質(zhì)量流量計也難以解決此問題,特別是對于間斷輸送的情況，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測量該流體,軸與軸承之間的磨損非常嚴重,造成儀表壽命短,故障率高,維護難。在儀表選型上,80年代質(zhì)量流量計在國內(nèi)不普及時,我們試用過齒輪流量計、羅茨流量計、國產(chǎn)石墨軸承的渦輪流量計,使用效果非常不好,平均故障時間為2個月,平均壽命(主要是轉(zhuǎn)子和軸承部分)為半年。從實踐經(jīng)驗上看,采用渦輪流量計不失為測量液化油和輕烴類流體一種比較經(jīng)濟實用的方案,并且它測量這類介質(zhì)的壓損約是質(zhì)量流量計的十分之一,節(jié)能效果明顯。但選型時必須注意所選渦輪流量計軸和軸承的材質(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)濟條件允許,目前采用質(zhì)量流量計還是優(yōu)于渦輪流量計。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料,多年來該表測量的累計量總是比大分餾進料量大4%~6%。1999年,我們對二催化出裝置流量計處的液體壓力和溫度進行實地測量,然后再計算該流體的飽合蒸汽壓,發(fā)現(xiàn)實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,造成測量值比實際值偏高。檢查工藝流程,發(fā)現(xiàn)液化油回流罐液位串級調(diào)節(jié)回路中內(nèi)環(huán)流量調(diào)節(jié)閥在該流量計前,為了使回流罐液位相對穩(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，流量計測量正確,基本上與大分餾進料量相一致。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后加自力式調(diào)節(jié)閥,以保證流量計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,它的計量正確與否直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益。原來采用的是腰輪和齒輪流量計，測量精度低(一般為+0.5%),故障率較高,而且遠傳發(fā)信不可靠,近3年來,逐步進行了改造,DN100以下管線多采用質(zhì)量流量計,與前者相比具有不用測溫、測密度進行換算,直接得到質(zhì)量、流量，而且質(zhì)量測量精度為0.2%,DN150以上管線采用金屬刮板流量計,與腰輪和齒輪流量計相比，雖然同為容積式儀表,但其體積小、重量輕、測量精度高(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蒸汽流量測量
目前我們應(yīng)用較多的還是標(biāo)準孔板測量元件,它的優(yōu)點是穩(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荷變化較大,因此改量程很不方便,前幾年試用過幾臺渦街流量計,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,最長的使用時間約為1年,同時它的抗震性不好,輸出脈沖時常亂跳,造成虛假測量值。2000年我們試用2臺內(nèi)藏文丘利節(jié)流元件，效果較好,它的一-次測量元件的范圍度可以達到1:8,再配合流量變送器的量程比,基本可以滿足冬季、夏季蒸汽負荷變化的要求。
我們流量儀表的實際選型應(yīng)用情況列于表1。
注:流量計總臺數(shù)為567臺。其中孔板、羅茨、齒輪等流量計應(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)計量管理的要求。
3對流量計二次儀表發(fā)展方向的一些看法
目前單片機技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于二次顯示累計儀表,這為二次儀表功能的擴展提供了一個開放性開發(fā)平臺,硬件已趨成熟,關(guān)鍵在于軟件的開發(fā)。
過去常規(guī)的二次顯示累計儀表,只能顯示瞬時流量和累計流量,運算也只能是簡單的加臧、乘、除,開方運算。而單片機的應(yīng)用,使二次儀表變成了1臺計算機,可以進行比較復(fù)雜的運算。同時,它的存儲量越來越大,便于將-些補償運算的表格放于其中。所以筆者認為,應(yīng)該針對比較典型的流體,例如蒸汽、各種油品、各種氣體,根據(jù)國家或行業(yè)標(biāo)準給出溫度、壓力、密度補償公式或表格,開發(fā)出通用的軟件,并便其模塊化，裝人二次儀表軟件中，同時將流量計的標(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,提高流量計的測量精度。
4結(jié)束語
綜上所述,不難看出，流量計選型是一項技術(shù)性、實用性、責(zé)任性強的工作,要做好這項工作,主要把握住兩點,第一是對被測量對象的工況條件.物理化學(xué)性質(zhì)、測盤能力要了解清楚,這樣才能做到對癥下藥，有的放矢,少繳“學(xué)費”;第二就是對各種流量計的測量原理有透徹了解,同時還要掌握各廠家的產(chǎn)品質(zhì)量的最新動態(tài),主要是可靠性和穩(wěn)定性。企業(yè)應(yīng)用更講究流量計的實用性。
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