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 多孔孔板流量計在雙向流量測量中應(yīng)用
發(fā)布時間:2017-10-09

  流量計量對石油化工企業(yè)起著至關(guān)重要的作用,一個生產(chǎn)裝置的運行效率和經(jīng)濟收益與計量儀表的正確率有直接關(guān)系,根據(jù)不同應(yīng)用場合選擇合適的流量儀表才能達到效果。流量儀表種類很多,在使用方面各有優(yōu)劣,并不是流量計精度越高越好,而是需要依據(jù)不同工藝要求和計量要求進行合理選型[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,又需要外部管網(wǎng)送入蒸汽作為能源,這就帶來了同一條管道需要傳輸不同方向介質(zhì)的問題。如果假定介質(zhì)流出方向為正向流,那么介質(zhì)流入方向就是反向流。對于這種雙向流的工況,開車或檢修帶來的反向流發(fā)生頻率很低,如果設(shè)置兩套流量檢測系統(tǒng),不僅造成設(shè)備極大閑置,還給安裝和維護帶來不便。如果選擇能夠分別測得正向流量和反向流量的計量儀表,就可以節(jié)約成本。常用于測量雙向流的流量計包括多孔孔板流量計、電磁流量計、質(zhì)量流量計和超聲波流量計,它們有自身最佳的使用場合[2]。多孔孔板流量計的工作原理和儀表特點的基礎(chǔ)上,結(jié)合具體項目介紹它在雙向流工況下的選型和安裝。
1多孔孔板流量計的工作原理與特點
  以孔板為代表的標準節(jié)流裝置,是目前工業(yè)應(yīng)用廣泛的流量儀表,其特點是結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用技術(shù)成熟、產(chǎn)品標準化。GB/T2624.2-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》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,可用于測量反向流。多孔孔板就是一種雙向孔板,可以用來測量雙向流。當對精度和量程沒有過高要求時,多孔孔板配差壓變送器是測量雙向流蒸汽的最佳選擇。
  多孔孔板也是一種差壓式流量儀表,其工作原理同標準孔板一樣,不同之處在于它將多孔整流器和標準孔板集合在一起,實現(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
多孔孔板流量計結(jié)構(gòu)原理圖
  當流體通過多孔孔板時,將被平衡整流,渦街被最小化,形成近似理想流體,通過取壓裝置,可以得到節(jié)流元件前后的壓差值,根據(jù)伯努利方程計算出質(zhì)量流量和體積流量:

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);
1———上游流體密度,kg/m3。
  多孔孔板除了測量原理同標準孔板一致外,還具有自身特點,這也是它與標準孔板相比的優(yōu)勢[3],具體特點如下:
a.測量精度高。由于多孔孔板在結(jié)構(gòu)上是對稱的,能夠?qū)α黧w進行整流,降低了渦流、振動和信號噪聲,使得節(jié)流元件前后流場穩(wěn)定性提高;與標準孔板相比,多孔孔板的線性度提高了5~10倍。
b.安裝直管段短。前后直管段要求長是標準孔板使用受限的重要原因,但多孔孔板前后流
場穩(wěn)定,壓力恢復(fù)快,大幅降低了對直管段的要求,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合使用時可大幅節(jié)約成本。
c.量程比寬。標準孔板的量程比一般為3∶1,直徑比β一般為0.20~0.75,當超過此范圍時,標準孔板的精度明顯下降。但是多孔孔板的量程比可以達到15∶1,選擇合適參數(shù)時甚至能達到30∶1,β的范圍0.25~0.90。
d.永久壓損低。多孔孔板流量計多孔對稱的平衡設(shè)計減少了渦流的形成和紊流摩擦,降低了動能損失;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)省了相當大的運行成本[4]。
2多孔孔板流量計測雙向流的選型實例
  在一個年產(chǎn)120萬噸精細化學(xué)品項目中,配套建設(shè)了由4臺480t/h循環(huán)流化床鍋爐和一臺20MW蒸汽發(fā)電機組成的熱電裝置。在全廠開車和檢修時,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)裝置正常運行時,包括煤氣化裝置、凈化裝置和油品加工合成裝置會副產(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行送出和返回。為節(jié)約成本,在每條管道上設(shè)置一個流量儀表來測量正向流量和反向流量。選取其中一個流量計FE-02202為例,先將工藝條件列出,再進行具體的流量儀表選型,參數(shù)詳見表1。

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

  在選好多孔孔板后,再設(shè)計兩個差壓變送器,分別測量正向流量和反向流量時的壓差值,轉(zhuǎn)換成4~20mA信號后送到DCS顯示。另外,為了正確測量蒸汽的質(zhì)量流量,在多孔孔板附近設(shè)置了一個鉑熱電阻壓力變送器,將溫度值和壓力值送到DCS進行溫壓補償,得到正確的質(zhì)量流量。
3多孔孔板流量計的安裝
  在進行多孔孔板流量計安裝時,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入導(dǎo)壓管。在安裝導(dǎo)壓管時,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,若項目位于北方地區(qū),導(dǎo)壓管使用時需要進行蒸汽伴熱。兩個差壓變送器在安裝時必須保證正壓側(cè)和負壓側(cè)的正確。簡單來講,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,負壓側(cè)位于多孔孔板的下方。
多孔孔板流量計安裝效果圖
  與標準孔板流量計相比,多孔孔板流量計的安裝更簡便:首先,它在結(jié)構(gòu)上是對稱的,安裝時不需要考慮流量計方向;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。
4結(jié)束語
  在化工裝置中,選擇合適的流量儀表進行雙向流量的測量,可以節(jié)約成本,為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。而多孔孔板流量計就是一個不錯的選擇,是一個非常合適并具有推廣價值的節(jié)能儀表,具有更廣泛的發(fā)展空間。

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