焦化企業(yè)流量儀表選型

 引言 

  流量計(jì)是儀表行業(yè)使用比制造難度更大的一類儀表，測量儀表本身受到管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質(zhì)的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平等因素的影響，流體粘性摩擦作用還會產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復(fù)雜流動現(xiàn)象。面對國內(nèi)外十幾類、上百個(gè)品種的流量儀表（先后發(fā)展起來的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計(jì)等類型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是用好流量儀表的前提和基礎(chǔ)。除了儀表自身質(zhì)量要得到保證，工藝數(shù)據(jù)的提供和儀表的安裝、使用、維護(hù)是否合理也相當(dāng)重要。 

1 焦化企業(yè)流量計(jì)的選型 

  中化鎮(zhèn)江焦化有限公司（以下簡稱“鎮(zhèn)江焦化”）流量計(jì)主要用于煤氣流量、空氣流量、蒸汽流量、循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、污水流量、稀釋廢水流量、苯流量、貧富油流量等的測量，在原來城區(qū)老廠系統(tǒng)中，空氣、煤氣、蒸汽、水（包括氨水、生化稀釋廢水）以孔板為主，空氣、煤氣流量出現(xiàn)的主要問題是取壓管易結(jié)水，需定期排污，煤氣孔板取壓管易被萘及焦油堵塞，需定期拆開清洗；氨水、廢水內(nèi)常帶入焦油，沾污孔板，堵塞引壓管而影響流量測量，以及因天氣寒冷造成引壓管凍結(jié)而不能正常工作等。而鎮(zhèn)江焦化高資新廠新建的70萬t碳材項(xiàng)目，生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)控制要求都有了較大水平的提高，因此要盡可能在新項(xiàng)目中解決流量計(jì)應(yīng)用中存在的問題，提高流量計(jì)的運(yùn)行能力和測量精度水平，大幅度降低儀表的維護(hù)量，減少對生產(chǎn)的影響。 

1.1 節(jié)流式流量計(jì)選型 

  節(jié)流式流量計(jì)是早期大量使用的一種測量流量的計(jì)量裝置，有孔板、噴嘴、均速管等，測量對象可以是液體、氣體或蒸汽?，F(xiàn)在常見的為圓孔板型和錐形入口板型，其工作原理是在流體管道中加入一節(jié)流件，通過導(dǎo)壓管引入壓差變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差，根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計(jì)算即得出流量的瞬時(shí)值。節(jié)流式流量計(jì)以孔板為主，孔板測流量加工簡單、經(jīng)濟(jì)，但壓力損失大、維護(hù)量大。由于導(dǎo)壓管內(nèi)水的不流動性，在較寒冷地區(qū)，冬天室外安裝的孔板取壓管容易凍裂（凍?。共顗?/span>儀器無法正常工作。測量較臟的污水時(shí)，孔板需經(jīng)常清洗，否則會造成測量精度降低、取壓管被污物堵死，儀表無法使用的情況發(fā)生。 

  根據(jù)鎮(zhèn)江焦化工藝要求以及孔板流量計(jì)經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)，主要將孔板流量計(jì)運(yùn)用于煤氣流量、貧油流量、富油流量。并采取相應(yīng)的措施保證孔板流量計(jì)的工作狀態(tài)：（1）定期清洗維護(hù)孔板；（2）針對水平安裝的孔板，采用園缺孔板的方式來延長維護(hù)周期；（3）針對孔板取壓裝置引壓管易堵塞的情況，通過改變?nèi)悍绞剑ㄈ鐝骄嗳悍ǎ﹣頊p少孔板污物的影響；（4）在精度和穩(wěn)定性要求高的場合，采用V形錐孔板。 

1.2 電磁流量計(jì)選型 

  電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，即被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動，因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢EX，感應(yīng)電動勢EX與被測介質(zhì)流量（流速）成正比，電磁流量計(jì)不受溫度、壓力、粘度、重度等外界因素的影響，測量管內(nèi)部無收縮或凸出部分的壓力損失。另外，流量元件檢測出的最初信號是一個(gè)與流體平均流速成精確線性變化的電壓，它與流體的其他性質(zhì)無關(guān)，具有很大的*性。 

  根據(jù)污水具有流量變化大、含雜質(zhì)、腐蝕性小、有一定的導(dǎo)電能力等特性，利用電磁流量計(jì)測量污水的流量是一個(gè)很好的選擇。它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，安裝、操作、維護(hù)方便。如測量系統(tǒng)采用智能化設(shè)計(jì)，整體密封加強(qiáng)，能在較惡劣的環(huán)境下正常工作。以前鎮(zhèn)江焦化的循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、稀釋廢水流量等均采用孔板流量計(jì)測量，但受生產(chǎn)焦種和生產(chǎn)工藝的影響，取壓管需經(jīng)常清洗疏通，若遇到寒冷天氣還會凍結(jié)，甚至凍裂。因此，在鎮(zhèn)江焦化高資新廠建設(shè)中，對于循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、污水流量、稀釋廢水流量鄧的測量電磁流量計(jì)，而在選型中應(yīng)根據(jù)流體介質(zhì)特點(diǎn)來選擇電極材質(zhì)和襯里材料。對污水可選用氯丁橡膠襯里，含鉬不銹鋼（OCr18Ni12Mo2Ti）電極的電磁流量計(jì)，對富氨水、脫硫液、預(yù)冷循環(huán)液來說可采用聚四氟乙烯襯里，即可滿足流量測量的要求。當(dāng)然，在選擇電極材質(zhì)和襯里材料時(shí)仍需考慮工藝狀況，液體溫度。否則襯里材料會過早老化，影響流量計(jì)的正常使用。 

1.3 渦街流量計(jì)選型 

  渦街流量計(jì)作為一種新型流量計(jì)，20世紀(jì)80年代中期以來發(fā)展較快，它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代流量測量中應(yīng)用越來越廣，目前中國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。渦街流量計(jì)是基于流體振動發(fā)展起來的，根據(jù)旋渦的不同，檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應(yīng)力式、磁敏式及差動開關(guān)電容式、超聲波式等。渦街流量計(jì)幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)沒有可動的機(jī)械部件，維護(hù)工作量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定；與孔板式流量計(jì)相比，渦街流量計(jì)測量范圍大，壓力損失小，準(zhǔn)確度高，安裝與維護(hù)用現(xiàn)場被忽略而影響流量計(jì)性能的正確發(fā)揮。 

  渦街流量計(jì)的原理是在流量計(jì)管道中設(shè)置一滯流件，當(dāng)流體流經(jīng)滯流件時(shí)，由于滯流件表面的滯流作用等原因，在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦，這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開，形成所謂的卡門（Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，卡門從理論上證明了當(dāng)h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個(gè)相鄰旋渦間的距離）時(shí)，旋渦列是穩(wěn)定的雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個(gè)無量綱數(shù)，其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值。因此，流體的流動狀態(tài)對渦街流量計(jì)的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計(jì)的使用性能。 

經(jīng)過實(shí)踐，渦街流量計(jì)使用的影響因素有以下幾個(gè)方面： 

 （1）渦街流量計(jì)的測量范圍較大，一般為10∶1，但測量下限受許多因素限制，Re>10000是渦街流量計(jì)工作的最基本條件。此外，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低，則旋渦的強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應(yīng)信號，旋渦頻率f也小，還會使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應(yīng)（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制，因此設(shè)計(jì)時(shí)一定要對流速范圍進(jìn)行計(jì)算、核算，根據(jù)流體的流速進(jìn)行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復(fù)雜，選型時(shí)除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強(qiáng)干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合，磁敏式、壓電應(yīng)力式等儀表不能正常工作或不能準(zhǔn)確測量。 

（2）振動對渦街流量計(jì)使用性能有很大的影響。因此在使用時(shí)注意避免機(jī)械振動，尤其是管道的橫向振動（垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動），這種影響在流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感，故直管段長度不能保證穩(wěn)定渦街所必要的流動條件時(shí)是不宜選用的。即使是抗振性較強(qiáng)的電容式、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流，也是不可忽略的。 

（3）介質(zhì)溫度對渦街流量計(jì)的使用性能也有很大的影響。如壓力應(yīng)力式渦街流量計(jì)不能長期使用在300°C狀態(tài)下，因其絕緣阻抗會由常溫下的10～100MΩ急降至1～10kΩ，輸出信號也變小，導(dǎo)致測量特性惡化，對此宜選用磁敏式或電容式結(jié)構(gòu)。在測量系統(tǒng)中，傳感器與轉(zhuǎn)換器宜采用分離安裝方式，以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。 

  鎮(zhèn)江焦化高資新廠新項(xiàng)目中渦街流量計(jì)選型主量測量和脫鹽水流量的測量。在選型中應(yīng)充分考慮儀表安裝的位置，前后直管段長度，周圍的電器設(shè)備分布情況，對有可能產(chǎn)生管道振動的場合應(yīng)增加安裝支架，以加強(qiáng)儀表所安裝的管道的固定，限度地減少振動。另外，對氣體、蒸汽流量計(jì)的選型應(yīng)充分考慮到壓力變化對流量精度的影響，尤其是蒸汽流量測量值為體積流量，而工藝要求的流量值為質(zhì)量流量，溫度、壓力變化對蒸汽密度影響較大，需對流量值進(jìn)行壓力補(bǔ)償，來消除壓力變化引起密度的變化帶來流量顯示值的誤差。新項(xiàng)目中所有流量信號都送入DCS系統(tǒng)，公司可以利用DCS系統(tǒng)的靈活性，在工程組態(tài)軟件中將壓力和密度的對應(yīng)關(guān)系與流量顯示值結(jié)合起來，這樣可以很方便地解決蒸汽流量的溫度、壓力補(bǔ)償問題。 

2 結(jié)束語 

綜上所述，電磁流量計(jì)性能較好，但要求流體必須有一定的導(dǎo)電性；節(jié)流流量計(jì)應(yīng)用范圍廣、價(jià)格便宜，但對流量計(jì)的維護(hù)工作量較大；而渦街流量計(jì)比較新型，但對儀表安裝使用環(huán)境要求相對較高，企業(yè)應(yīng)根據(jù)流量計(jì)各自的性能，并結(jié)合焦化生產(chǎn)工藝選擇流量計(jì)，使得企業(yè)各工藝流程的介質(zhì)流量的測量和控制達(dá)到精確度和可靠性要求。