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準(zhǔn)確性有直接關(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最好的效果。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(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，是目前工業(yè)應(yīng)用最廣泛的流量儀表，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用技術(shù)成熟、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(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 當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)孔板一致外，還具有自身特點，這也是它與標(biāo)準(zhǔn)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(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)超過此范圍時，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(dāng)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(xì)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)置了一個鉑熱電阻和壓力變送器，將溫度值和壓力值送到DCS進行溫壓補償，得到準(zhǔn)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(fù)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(fù)壓側(cè)位于多孔孔板的下方。 與標(biāo)準(zhǔn)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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