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大口徑寬流量條件下低壓蒸汽計(jì)量中流量計(jì)選用

摘要:根據(jù)洛陽(yáng)石化動(dòng)力部外送低壓蒸汽的工藝條件及設(shè)施情況,分析了大口徑寬流量條件下低壓蒸汽計(jì)量中畢托巴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和一體化節(jié)流式流量計(jì)各自的原理和特點(diǎn),通過(guò)比較,確定畢托巴流量計(jì)更加適合該項(xiàng)目的蒸汽計(jì)量,同時(shí)針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際和現(xiàn)場(chǎng)情況,對(duì)畢托巴流量計(jì)的使用提出相應(yīng)的建議。
洛陽(yáng)石化動(dòng)力部外送低壓蒸汽是我廠蒸汽管網(wǎng)的重要產(chǎn)出方,其計(jì)量精準(zhǔn)與否直接影響到各裝置達(dá)標(biāo)和經(jīng)濟(jì)核算,尤其SMES3.0能源計(jì)量模塊上線運(yùn)行后,對(duì)計(jì)量器具的計(jì)量準(zhǔn)確性提出了新的要求。動(dòng)力部外送低壓蒸汽管線為DN700的大管徑,外送蒸汽量因生產(chǎn)調(diào)整會(huì)造成流量從lO~150t/h之間的波動(dòng),原有的流量計(jì)已不能滿足企業(yè)經(jīng)濟(jì)核算的要求,準(zhǔn)備利用2015年大檢修之機(jī)進(jìn)行更新,以提高計(jì)量準(zhǔn)確度,因此,選擇一臺(tái)能保證大口徑寬流量工藝條件的流量計(jì)成為當(dāng)務(wù)之急。
1、選型條件
1.1 蒸汽計(jì)量的特點(diǎn)
蒸汽作為重要的載能工質(zhì),在石油、化工、冶金以及城鎮(zhèn)供熱行業(yè)中廣泛應(yīng)用。由于蒸汽物性的特殊性,長(zhǎng)期以來(lái)一直是能源計(jì)量工作中的重中之重,蒸汽計(jì)量有以下特點(diǎn):
①蒸汽干度的修正及其可能出現(xiàn)的汽水兩相流測(cè)量問(wèn)題,對(duì)于相流經(jīng)常變化的蒸汽,使用目前流量?jī)x表測(cè)量流量,不易做到準(zhǔn)確計(jì)量。
②因生產(chǎn)調(diào)整和工藝條件變化,蒸汽量波動(dòng)幅度較大,計(jì)量?jī)x表的性能難以適應(yīng)。
③隨著溫度和壓力的變化,蒸汽物理性質(zhì)變化較大,給準(zhǔn)確計(jì)量帶來(lái)困難。
④蒸汽在工業(yè)生產(chǎn)所用能源中屬較貴的能源,對(duì)單位經(jīng)濟(jì)核算影響較大。
1.2 動(dòng)力部外送蒸汽的工藝參數(shù)
動(dòng)力部外送蒸汽工藝參數(shù)見(jiàn)表1。
2、流量計(jì)選型與分析
根據(jù)項(xiàng)目輸送蒸汽的性質(zhì)和工藝操作參數(shù),以及蒸汽計(jì)量廣泛選擇的流量計(jì)型號(hào),初步確定可以選擇的流量計(jì)有畢托巴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和一體化節(jié)流式流量計(jì),以下對(duì)三種流量計(jì)的原理及特點(diǎn)做以分析比較。
2.1 畢托巴流量計(jì)
畢托巴流量計(jì)是采用皮托管原理提取管道中心流體流速(全壓-靜壓=動(dòng)壓)再換算成流體體積流量與質(zhì)量流量的差壓式流量計(jì)。皮托管原理早就廣泛應(yīng)用在航天航空業(yè)中,如:飛機(jī)風(fēng)洞的測(cè)試和檢測(cè)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣體動(dòng)力測(cè)試、飛機(jī)飛行速度的測(cè)速桿等,技術(shù)成熟。
2.1.1 組成和工作原理
畢托巴流量計(jì)將探針插入管道中心,總壓孔對(duì)正流體的來(lái)流方向,靜壓孔對(duì)正流體的去流方向,總壓與靜壓之差即為管道中心的實(shí)測(cè)差壓,再由該探針的風(fēng)洞標(biāo)定曲線擬合出該點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差壓,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差壓來(lái)計(jì)算流體的流量。同時(shí)還需用壓力變送器測(cè)出流體壓力,用熱電阻溫度計(jì)測(cè)出流體溫度,把標(biāo)準(zhǔn)差壓信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)同時(shí)引入單片機(jī)構(gòu)成的流量積算儀或直接接入DCS系統(tǒng),一方面對(duì)探針的流量方程進(jìn)行解算,再一方面對(duì)蒸汽進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償,以保證測(cè)量精度,并用數(shù)字顯示出差壓、壓力、溫度、瞬時(shí)流量、累積流量、熱量、速度等參數(shù)。
2.1.2 畢托巴流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
①準(zhǔn)確度高。蒸汽測(cè)量*高可達(dá)0.5級(jí);
②可靠性高。因探針的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,導(dǎo)壓管內(nèi)介質(zhì)不流動(dòng),雜物不容易進(jìn)去,所以能長(zhǎng)時(shí)間保持測(cè)量精度;
③測(cè)量范圍廣。流量在0.2~50000t/h都可以精確測(cè)量。對(duì)低流速、小流量、大管徑測(cè)量效果尤佳;
④安裝簡(jiǎn)便。只需在管道合適的位置上打一個(gè)相當(dāng)?shù)目?,把一次元件探針插入管道中心,即可方便地進(jìn)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(zhì)管道中幾乎是無(wú)壓力損失,與孔板等節(jié)流裝置相比較具有明顯的節(jié)能效果;
⑥現(xiàn)場(chǎng)安裝不要求商管段。
2.1.3 畢托巴流量計(jì)的缺點(diǎn)
①價(jià)格高,性價(jià)比低;
②引壓管沒(méi)有不積冷凝水沒(méi)置和防凍設(shè)置。
2.2 渦街流量計(jì)
2.2.1 組成和工作原理
渦街流量計(jì)屬于體積流量計(jì)。渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來(lái)測(cè)量流量的,流體在管道中經(jīng)過(guò)旋渦發(fā)生體后會(huì)產(chǎn)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(guān)系,可用下式表示:
V=f/k
式中:f為旋渦的個(gè)數(shù);k為儀表系數(shù);V為流過(guò)流體的體積。
2.2.2 渦街流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的主要優(yōu)點(diǎn)
①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固無(wú)可動(dòng)部件,可靠性高,長(zhǎng)期運(yùn)行十分可靠;
②安裝簡(jiǎn)單,維修十分方便;
③輸出是與流量成正比的脈沖信號(hào),無(wú)零點(diǎn)漂移,精度高;
④壓力損失較小,運(yùn)行費(fèi)用低,節(jié)能;
⑤測(cè)量范圍寬,量程比可達(dá)1:10;
⑥應(yīng)用范圍廣,蒸汽、氣體、液體的流量均可測(cè)量。
2.2.3 渦街流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的缺點(diǎn)
①要求被測(cè)量介質(zhì)的流動(dòng)雷諾數(shù)下限較高,氣體流速一般應(yīng)大于4m/s,流速過(guò)低時(shí)會(huì)造成測(cè)量精度降低甚至小流量不計(jì)量;
②對(duì)振動(dòng)較敏感,在強(qiáng)烈振動(dòng)的環(huán)境下工作,會(huì)影響測(cè)量精度;
③對(duì)被測(cè)量介質(zhì)的潔凈度要求較高,不適宜測(cè)量對(duì)頻率信號(hào)檢測(cè)器造成嚴(yán)重污染的臟污流體。
2.3 一體化節(jié)流式流量計(jì)
2.3.1 一體化節(jié)流式流量計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理
一體化節(jié)流式流量計(jì)結(jié)構(gòu),如圖1所示 。
一體化節(jié)流式流量計(jì)是將節(jié)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(hào),可測(cè)量多種介質(zhì)(液體、氣體、蒸汽),設(shè)計(jì)了防凍式隔離器,簡(jiǎn)化了流量計(jì)結(jié)構(gòu),便于安裝。一體化節(jié)流式流量計(jì)可采用多種節(jié)流件,常用ISA1932標(biāo)準(zhǔn)噴嘴及標(biāo)準(zhǔn)孔板。配置智能化差壓變送器和帶通訊功能的流量顯示設(shè)備的一體化節(jié)流式流量計(jì),可通過(guò)HART協(xié)議實(shí)現(xiàn)寬量程比檢測(cè),流量測(cè)量范圍度可達(dá)到6:l~10:1或更寬。充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置,流束將在節(jié)流件處形成局部收縮,從而使流速增加,靜壓力降低,在節(jié)流件前后產(chǎn)生了靜壓力差(或差壓)。流體的流速愈大,在節(jié)流件前后產(chǎn)生的差壓也愈大。因此通過(guò)測(cè)量差壓的方法可測(cè)量流量。
2.3.2 一體化節(jié)流式流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的優(yōu)點(diǎn)
①測(cè)量范圍寬約為10:1;
②優(yōu)先選定值IS01932噴嘴,壓損小(同流量,同β值情況下,為孔板的60%),檢定周期長(zhǎng)(是孔板的4倍);
③引壓管不積存冷凝水;
④采用**技術(shù)-防凍隔離器,不需伴熱、保溫和隔離器,節(jié)約能源;
⑤介質(zhì)適用性強(qiáng)(特別適用于蒸汽流量測(cè)量),動(dòng)態(tài)性能好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,故障率低,安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。
2.3.3 一體化節(jié)流式流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的缺點(diǎn)
①上下游直管段應(yīng)是圓形,內(nèi)壁光滑,其內(nèi)徑與流量計(jì)標(biāo)稱內(nèi)徑相同;
②一體化節(jié)流式流量計(jì)必須垂直安裝在與其公稱通徑相應(yīng)的水平管道上,一體化節(jié)流式流量計(jì)在測(cè)量管線上游側(cè)和下游側(cè)應(yīng)配置一定長(zhǎng)度的直管段。
2.4 流量計(jì)的選型分析
根據(jù)三種流量計(jì)的特點(diǎn),從測(cè)量精確度、測(cè)量范圍、壓力損失、抗干擾能力及運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行比較,如表2所示。
由于被測(cè)介質(zhì)管徑較大(DN700),工作流量范圍寬(10~150t/h),渦街流量計(jì)和一體化節(jié)流式流量計(jì)在低流量時(shí)保證測(cè)量的準(zhǔn)確性方面差一些,會(huì)造成一定的測(cè)量誤差,而畢托巴流量計(jì)測(cè)量范圍較寬,既能夠保證小流量時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量,又能滿足大流量的準(zhǔn)確測(cè)量,同時(shí)在大管徑上的安裝也較易實(shí)現(xiàn)。
參照其他企業(yè)畢托巴流量計(jì)測(cè)量低壓蒸汽的成功經(jīng)驗(yàn),如表3所示,確定該低壓蒸汽計(jì)量采用的流量計(jì)為遼寧畢托巴科技有限公司生產(chǎn)的畢托巴蒸汽流量計(jì)。
在運(yùn)行過(guò)程中也要關(guān)注:
①管線吹掃或打靶時(shí)應(yīng)關(guān)閉引壓閥閥門,以保護(hù)流量計(jì),保證在正常生產(chǎn)過(guò)程中的準(zhǔn)確測(cè)量;
②由于該流量計(jì)沒(méi)有引壓管防止冷凝水設(shè)置,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加伴熱。
3、工業(yè)使用情況
2015年11月上旬,利用公司停工檢修的機(jī)會(huì),我們安裝了遼寧畢托巴科技有限公司生產(chǎn)的畢托巴蒸汽流量計(jì),經(jīng)過(guò)調(diào)試、組態(tài)等相關(guān)工作以后,至3月開(kāi)始,蒸汽系統(tǒng)低壓蒸汽外供量以該計(jì)量表(FT414)數(shù)據(jù)為準(zhǔn),表4為我公司2016年1-6月份蒸汽準(zhǔn)確率情況。
從表4可以看出,該蒸汽計(jì)量表(FT414)投用后,隨著蒸汽計(jì)量準(zhǔn)確度的提高,洛陽(yáng)石化公司低壓蒸汽管網(wǎng)差率有效下降,目前該表運(yùn)行良好。
4、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)該工程蒸汽使用流量計(jì)的選型與分析,可確定畢托巴流量計(jì)在大口徑寬流量蒸汽的計(jì)量中有明顯的優(yōu)勢(shì),為蒸汽交接計(jì)量提供較好的計(jì)量方案,但在具體的計(jì)量中,需要注意該流量計(jì)沒(méi)有引壓管防止冷凝水設(shè)置的情況,做好設(shè)備伴熱和季節(jié)變換時(shí)的巡查工作,從而確保蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確可靠。

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