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大口徑寬量程低壓蒸汽流量計選型
發布時間:2019-09-23

摘要:根據洛陽石化動力部外送低壓蒸汽的工藝條件及設施情況,分析了大口徑寬流量條件下低壓蒸汽流量計中畢托巴流量計、渦街流量計和一體化節流式流量計各自的原理和特點,通過比較,確定畢托巴流量計更加適合該項目的蒸汽計量,同時針對生產實際和現場情況,對畢托巴流量計的使用提出相應的建議。
0概況
  石化動力部外送低壓蒸汽是我廠蒸汽管網的重要產出方,其計量精準與否直接影響到各裝置達標和經濟核算,尤其SMES3.0能源計量模塊上線運行后,對計量器具的計量準確性提出了新的要求。動力部外送低壓蒸汽管線為DN700的大管徑,外送蒸汽量因生產調整會造成流量從10~150t/h之間的波動,原有的流量計已不能滿足企業經濟核算的要求,準備利用2015年大檢修之機進行更新,以提高計量準確度,因此,選擇一臺能保證大口徑寬流量工藝條件的流量計成為當務之急。
1選型條件
1.1蒸汽計量的特點
  蒸汽作為重要的載能工質,在石油、化工、冶金以及城鎮供熱行業中廣泛應用。由于蒸汽物性的特殊性,長期以來一直是能源計量工作中的重中之重,蒸汽計量有以下特點:①蒸汽干度的修正及其可能出現的汽水兩相流測量問題,對于相流經常變化的蒸汽,使用目前流量儀表測量流量,不易做到準確計量。②因生產調整和工藝條件變化,蒸汽量波動幅度較大,計量儀表的性能難以適應。③隨著溫度和壓力的變化,蒸汽物理性質變化較大,給準確計量帶來困難。④蒸汽在工業生產所用能源中屬較貴的能源,對單位經濟核算影響較大。
1.2動力部外送蒸汽的工藝參數
動力部外送蒸汽工藝參數見表1。

2流量計選型與分析
  根據項目輸送蒸汽的性質和工藝操作參數,以及蒸汽計量廣泛選擇的流量計型號,初步確定可以選擇的流量計有畢托巴流量計、渦街流量計和一體化節流式流量計,以下對三種流量計的原理及特點做以分析比較。
2.1畢托巴流量計
  畢托巴流量計是采用皮托管原理提取管道中心流體流速(全壓-靜壓=動壓)再換算成流體體積流量與質量流量的差壓式流量計。皮托管原理早就廣泛應用在航天航空業中,如:飛機風洞的測試和檢測、飛機發動機氣體動力測試、飛機飛行速度的測速桿等,技術成熟。
2.1.1組成和工作原理
  畢托巴流量計將探針插入管道中心,總壓孔對正流體的來流方向,靜壓孔對正流體的去流方向,總壓與靜壓之差即為管道中心的實測差壓,再由該探針的風洞標定曲線擬合出該點的標準差壓,根據標準差壓來計算流體的流量。同時還需用壓力變送器測出流體壓力,用熱電阻溫度計測出流體溫度,把標準差壓信號、壓力信號、溫度信號同時引入單片機構成的流量積算儀或直接接入DCS系統,一方面對探針的流量方程進行解算,再一方面對蒸汽進行壓力、溫度補償,以保證測量精度,并用數字顯示出差壓、壓力、溫度、瞬時流量、累積流量、熱量、速度等參數。
2.1.2畢托巴流量計的優點
①準確度高。蒸汽測量最高可達0.5級;②可靠性高。因探針的構造非常簡單,結構設計合理,導壓管內介質不流動,雜物不容易進去,所以能長時間保持測量精度;③測量范圍廣。流量在0.2~50000t/h都可以精確測量。對低流速、小流量、大管徑測量效果尤佳;④安裝簡便。只需在管道合適的位置上打一個相當的孔,把一次元件探針插入管道中心,即可方便地進行安裝;⑤壓力損失小,一次元件傳感器是Φ20mm~Φ55mm不銹鋼制成,其截面積很小,在介質管道中幾乎是無壓力損失,與孔板等節流裝置相比較具有明顯的節能效果;⑥現場安裝不要求直管段。
2.1.3畢托巴流量計的缺點
①價格高,性價比低;②引壓管沒有不積冷凝水設置和防凍設置。
2.2渦街流量計
2.2.1組成和工作原理
  渦街流量計屬于體積流量計。渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的,流體在管道中經過旋渦發生體后會產生正比于流速的旋渦,由此可算出流體的流量。流量與旋渦頻率的關系,可用下式表示[1]:
V=f/k
式中:f為旋渦的個數;k為儀表系數;V為流過流體的體積。
2.2.2渦街流量計用于蒸汽計量的主要優點
①結構簡單而牢固無可動部件,可靠性高,長期運行十分可靠;②安裝簡單,維修十分方便;③輸出是與流量成正比的脈沖信號,無零點漂移,精度高;④壓力損失較小,運行費用低,節能;⑤測量范圍寬,量程比可達1∶10;⑥應用范圍廣,蒸汽、氣體、液體的流量均可測量。
2.2.3渦街流量計用于蒸汽計量的缺點
①要求被測量介質的流動雷諾數下限較高,氣體流速一般應大于4m/s,流速過低時會造成測量精度降低甚至小流量不計量;②對振動較敏感,在強烈振動的環境下工作,會影響測量精度;③對被測量介質的潔凈度要求較高,不適宜測量對頻率信號檢測器造成嚴重污染的臟污流體。
2.3一體化節流式流量計
2.3.1一體化節流式流量計結構和工作原理
一體化節流式流量計結構,如圖1所示。
一體化節流式流量計結構圖
  一體化節流式流量計是將節流裝置和差壓變送器做成一體,由差壓變送器輸出4~20mA差壓信號,可測量多種介質(液體、氣體、蒸汽),設計了防凍式隔離器,簡化了流量計結構,便于安裝。一體化節流式流量計可采用多種節流件,常用ISA1932標準噴嘴及標準孔板。
  配置智能化差壓變送器和帶通訊功能的流量顯示設備的一體化節流式流量計,可通過HART協議實現寬量程比檢測,流量測量范圍度可達到6∶1~10∶1或更寬。
  充滿管道的流體流經管道內的節流裝置,流束將在節流件處形成局部收縮,從而使流速增加,靜壓力降低,在節流件前后產生了靜壓力差(或差壓)。流體的流速愈大,在節流件前后產生的差壓也愈大。因此通過測量差壓的方法可測量流量[2]。
2.3.2一體化節流式流量計用于蒸汽計量的優點
①測量范圍寬約為10∶1;②優先選定值ISO1932噴嘴,壓損小(同流量,同β值情況下,為孔板的60%),檢定周期長(是孔板的4倍);③引壓管不積存冷凝水;④采用專利技術———防凍隔離器,不需伴熱、保溫和隔離器,節約能源;⑤介質適用性強(特別適用于蒸汽流量測量),動態性能好,結構簡單,故障率低,安裝維護簡便。
2.3.3一體化節流式流量計用于蒸汽計量的缺點
①上下游直管段應是圓形,內壁光滑,其內徑與流量計標稱內徑相同;②一體化節流式流量計必須垂直安裝在與其公稱通徑相應的水平管道上,一體化節流式流量計在測量管線上游側和下游側應配置一定長度的直管段。
2.4流量計的選型分析
  根據三種流量計的特點,從測量精確度、測量范圍、壓力損失、抗干擾能力及運行維護等方面進行比較,如表2所示。

  由于被測介質管徑較大(DN700),工作流量范圍寬(10~150t/h),渦街流量計和一體化節流式流量計在低流量時保證測量的準確性方面差一些,會造成一定的測量誤差,而畢托巴流量計測量范圍較寬,既能夠保證小流量時準確測量,又能滿足大流量的準確測量,同時在大管徑上的安裝也較易實現。
  參照其他企業畢托巴流量計測量低壓蒸汽的成功經驗,如表3所示,確定該低壓蒸汽計量采用的流量計為遼寧畢托巴科技有限公司生產的畢托巴蒸汽流量計。
  在運行過程中也要關注:①管線吹掃或打靶時應關閉引壓閥閥門,以保護流量計,保證在正常生產過程中的準確測量;②由于該流量計沒有引壓管防止冷凝水設置,現場應加伴熱。
3工業使用情況
  2015年11月上旬,利用公司停工檢修的機會,我們安裝了遼寧畢托巴科技有限公司生產的畢托巴蒸汽流量計,經過調試、組態等相關工作以后,至3月開始,蒸汽系統低壓蒸汽外供量以該計量表(FT414)數據為準,表4為我公司2016年1-6月份蒸汽準確率情況。


  從表4可以看出,該蒸汽計量表(FT414)投用后,隨著蒸汽計量準確度的提高,石化公司低壓蒸汽管網差率有效下降,目前該表運行良好。
4結束語
  通過該工程蒸汽使用流量計的選型與分析,可確定畢托巴流量計在大口徑寬流量蒸汽的計量中有明顯的優勢,為蒸汽交接計量提供較好的計量方案,但在具體的計量中,需要注意該流量計沒有引壓管防止冷凝水設置的情況,做好設備伴熱和季節變換時的巡查工作,從而確保蒸汽計量的準確可靠。

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