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 多孔孔板流量计在双向流量测量中应用
发布时间:2017-10-09

  流量计量对石油化工企业起着至关重要的作用,一个生产装置的运行效率和经济收益与计量仪表的准确性有直接关系,根据不同应用场合选择合适的流量仪表才能达到最好的效果。流量仪表种类很多,在使用方面各有优劣,并不是流量计精度越高越好,而是需要依据不同工艺要求和计量要求进行合理选型[1]。
  在化工装置区,有许多装置自产蒸汽,这些蒸汽除满足自用外,还要送往系统管网,但是在装置开车或检修时,又需要外部管网送入蒸汽作为能源,这就带来了同一条管道需要传输不同方向介质的问题。如果假定介质流出方向为正向流,那么介质流入方向就是反向流。对于这种双向流的工况,开车或检修带来的反向流发生频率很低,如果设置两套流量检测系统,不仅造成设备极大闲置,还给安装和维护带来不便。如果选择能够分别测得正向流量和反向流量的计量仪表,就可以节约成本。常用于测量双向流的流量计包括多孔孔板流量计、电磁流量计、质量流量计和超声波流量计,它们有自身最佳的使用场合[2]。多孔孔板流量计的工作原理和仪表特点的基础上,结合具体项目介绍它在双向流工况下的选型和安装。
1多孔孔板流量计的工作原理与特点
  以孔板为代表的标准节流装置,是目前工业应用最广泛的流量仪表,其特点是结构简单、应用技术成熟、产品标准化。GB/T2624.2-2006《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量》第2部分(孔板)的5.1.9条“双向孔板”指出:不切斜角,孔板端面、厚度和边缘符合相应规定,可用于测量反向流。多孔孔板就是一种双向孔板,可以用来测量双向流。当对精度和量程没有过高要求时,多孔孔板配差压变送器是测量双向流蒸汽的最佳选择。
  多孔孔板也是一种差压式流量仪表,其工作原理同标准孔板一样,不同之处在于它将多孔整流器和标准孔板集合在一起,实现了整流和节流的一体化,基本结构如图1所示。图1
多孔孔板流量计结构原理图
  当流体通过多孔孔板时,将被平衡整流,涡街被最小化,形成近似理想流体,通过取压装置,可以得到节流元件前后的压差值,根据伯努利方程计算出质量流量和体积流量:

式中
C———流出系数;
d———节流元件开孔直径,m;
D———管道内径,m;
qm———质量流量,kg/s;
qV———体积流量,m3/s;
β———直径比;
Δp———压差,Pa;
ε———可膨胀性系数;
1———上游流体密度,kg/m3。
  多孔孔板除了测量原理同标准孔板一致外,还具有自身特点,这也是它与标准孔板相比的优势[3],具体特点如下:
a.测量精度高。由于多孔孔板在结构上是对称的,能够对流体进行整流,降低了涡流、振动和信号噪声,使得节流元件前后流场稳定性极大提高;与标准孔板相比,多孔孔板的线性度提高了5~10倍。
b.安装直管段短。前后直管段要求长是标准孔板使用受限的重要原因,但多孔孔板前后流
场稳定,压力恢复快,大幅降低了对直管段的要求,一般情况下直管段要求为前2D后2D,在大管径或昂贵管材场合使用时可大幅节约成本。
c.量程比宽。标准孔板的量程比一般为3∶1,直径比β一般为0.20~0.75,当超过此范围时,标准孔板的精度明显下降。但是多孔孔板的量程比可以达到15∶1,选择合适参数时甚至能达到30∶1,β的范围0.25~0.90。
d.永久压损低。多孔孔板流量计多孔对称的平衡设计减少了涡流的形成和紊流摩擦,降低了动能损失;在产生同样压差的情况下,永久压力损失约为传统节流装置的1/3,节省了相当大的运行成本[4]。
2多孔孔板流量计测双向流的选型实例
  在一个年产120万吨精细化学品项目中,配套建设了由4台480t/h循环流化床锅炉和一台20MW蒸汽发电机组成的热电装置。在全厂开车和检修时,需要用到大量的中压饱和蒸汽和低低压蒸汽,这些蒸汽是由热电装置送出的。在全厂生产装置正常运行时,包括煤气化装置、净化装置和油品加工合成装置会副产大量中压饱和蒸汽和低低压蒸汽,这些蒸汽又送回到热电装置利用。上述两种规格的蒸汽在两条管道中进行送出和返回。为节约成本,在每条管道上设置一个流量仪表来测量正向流量和反向流量。选取其中一个流量计FE-02202为例,先将工艺条件列出,再进行具体的流量仪表选型,参数详见表1。

  能够测量双向流的仪表有电磁流量计、质量流量计、超声波流量计和多孔孔板流量计。由于电磁流量计不能测量蒸汽介质,因而首先被排除;质量流量计的口径过大,且其测量介质温度一般不能超过180℃,因而也被排除;超声波蒸汽流量计虽然能够满足测量要求,但价格较贵。最后,基于具体的工艺参数,选用多孔孔板流量计测量双向流蒸汽,选型参数详见表2。

  在选好多孔孔板后,再设计两个差压变送器,分别测量正向流量和反向流量时的压差值,转换成4~20mA信号后送到DCS显示。另外,为了正确测量蒸汽的质量流量,在多孔孔板附近设置了一个铂热电阻压力变送器,将温度值和压力值送到DCS进行温压补偿,得到准确的质量流量。
3多孔孔板流量计的安装
  在进行多孔孔板流量计安装时,首先保证取压孔位于管道上半部与管道垂直中心线成0~45°夹角(图2),以防止不凝气或脏污物进入导压管。在安装导压管时,其水平段应有一定的坡度,一般情况下导压管的坡度不小于1∶100,若项目位于北方地区,导压管使用时需要进行蒸汽伴热。两个差压变送器在安装时必须保证正压侧和负压侧的正确。简单来讲,顺着流体方向,差压变送器的正压侧位于多孔孔板的上方,负压侧位于多孔孔板的下方。
多孔孔板流量计安装效果图
  与标准孔板流量计相比,多孔孔板流量计的安装更简便:首先,它在结构上是对称的,安装时不需要考虑流量计方向;其次,它需要的前后直管段更少,只需保证前后直管段分别不小于2D即可。
4结束语
  在化工装置中,选择合适的流量仪表进行双向流量的测量,可以节约成本,为企业带来巨大的经济效益。而多孔孔板流量计就是一个不错的选择,是一个非常合适并具有推广价值的节能仪表,具有更广泛的发展空间。

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