摘要:楔式流量計(jì)在使用中相對(duì)于孔板流量計(jì)來(lái)說(shuō),對(duì)于同一種介質(zhì)的靜壓損失要減小較多,楔式流量計(jì)+雙法蘭變送器的檢測(cè)方式,省掉了引壓管的鋪設(shè),從而節(jié)省了伴熱源的鋪設(shè)和伴熱蒸汽的消耗,對(duì)于裝置整體能耗的降低有一定的提高。但在實(shí)際運(yùn)用中,若生搬硬套安裝規(guī)范，則有可能因取壓方式選取不適合工況而導(dǎo)致儀表示值不準(zhǔn)，如介質(zhì)是液態(tài)時(shí),按照規(guī)范取壓口安裝在管線低部或水平45°以下,楔塊與取壓口一般保持同側(cè),也在管線的水平45°以下部位,這樣當(dāng)介質(zhì)通過(guò)時(shí)其內(nèi)部包含的雜質(zhì)顆粒便會(huì)因?yàn)樾▔K的阻抑,逐漸在楔式流量計(jì)底部?jī)?nèi)腔中沉淀,容易堵塞取壓口,導(dǎo)致測(cè)量失真,因此現(xiàn)場(chǎng)安裝一定要結(jié)合實(shí)際工況優(yōu)化調(diào)整。
0引言.
楔式流量計(jì)非常適合測(cè)量黏稠、含顆粒物的介.質(zhì),某煤化工企業(yè)油品加工裝置的重柴油和含蠟介質(zhì)管線計(jì)量均采用楔式流量計(jì)來(lái)測(cè)流量,但在開(kāi)車過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生計(jì)量不準(zhǔn)問(wèn)題,嚴(yán)重時(shí)甚至DCS無(wú)指示，導(dǎo)致工藝人員無(wú)法監(jiān)控,很大程度影響對(duì)油品質(zhì)量的控制和產(chǎn)量調(diào)整。作者通過(guò)對(duì)楔式流量計(jì)測(cè)量原理和所測(cè)介質(zhì)特性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)取壓口的選擇對(duì)楔式流量計(jì)測(cè)量正確率影響較大,并隨之進(jìn)行了優(yōu)化。
1楔式流量計(jì)
楔式流量計(jì)是20世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用的一種新型節(jié)流裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、操作簡(jiǎn)便、適用性強(qiáng)等特點(diǎn),而且具有高的精度和可靠性,特別適用于高黏度、低雷諾數(shù)流體;對(duì)于介質(zhì)清潔、或者黏度高、腐蝕性的介質(zhì),以及蒸氣、料漿、氣體/空氣等介質(zhì)均能保持流量與差壓的平方根成正比的關(guān)系。介質(zhì)黏度達(dá)到3000厘泊也不會(huì)影響楔式流量計(jì)的測(cè)量精度。以往使用的節(jié)流裝置如孔板、噴嘴和文丘里管等,當(dāng)雷諾數(shù)小于10000以下時(shí),流量與差壓平方根就無(wú)法保持線性,而且隨著雷諾數(shù)降低,正比關(guān)系的偏差會(huì)越來(lái)越大,致使測(cè)量精度受到嚴(yán)重的影響,而楔式流量計(jì)雷諾數(shù)最低可達(dá)300厘泊,在這樣極寬的范圍內(nèi)流量和差壓始終成正比關(guān)系,流量系數(shù)呈線性狀態(tài)。因此楔式流量計(jì)與傳統(tǒng)流量計(jì)相比更適合測(cè)量一些黏稠和含雜質(zhì)較多的介質(zhì)流量,如油品裝置的蠟.石腦油、油漿、原油，煤化工裝置的氣化黑水、灰水碳黑溶液以及兩相流體等。
1.1楔式流量計(jì)測(cè)量原理
楔式流量計(jì)是利用帕努利原理,將截面成V形的楔塊放入工藝管道中而構(gòu)成的一種新型節(jié)流裝置,通過(guò)楔塊產(chǎn)生差壓，當(dāng)流體通過(guò)楔式流量計(jì)時(shí)，由于楔塊的節(jié)流作用,在楔塊前、后側(cè)會(huì)產(chǎn)生了一個(gè)與體積流量值成平方關(guān)系的差壓，該差壓正比于質(zhì)量或體積流量。此差壓信號(hào)通過(guò)膜盒傳送到差壓變送器,差壓變送器通過(guò)計(jì)算就會(huì)得出與差壓成平方關(guān)系的4~20mA信號(hào),經(jīng)顯示屏或DCS即可顯示出流量值。楔塊--般安裝在管道的上部,它的圓滑頂角朝下,這樣有利于含懸浮顆粒的液體或黏稠液體及臟污介質(zhì)順利通過(guò),不會(huì)在節(jié)流件上游側(cè)產(chǎn)生滯流。對(duì)同一管徑,不同的楔比H/D(楔塊.開(kāi)口高度H和管道直徑D之比)可得到不同的典型流量范圍。楔式流量計(jì)工作原理如圖1所示。
1.2楔式流量計(jì)特點(diǎn)
楔式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、無(wú)可移動(dòng)部件與易損部件,耐磨性好,長(zhǎng)期運(yùn)行精度高。經(jīng)標(biāo)定的楔式流量計(jì)流量系數(shù)基本誤差在±0.05%以內(nèi),重復(fù)性好、穩(wěn)定性好、可靠性高、壽命長(zhǎng)、成本低及安裝維護(hù)方便;結(jié)構(gòu)獨(dú)特,無(wú)沉積、不堵塞,適用范圍廣,除應(yīng)用于常規(guī)的氣體液體、蒸汽外,特別適用于黏度高、混合液易結(jié)晶、高含塵氣體及含固體顆粒液體、漿狀液體,如水煤漿蠟、渣油油漿、黑水、廢水等的流體測(cè)量,具有自清潔能力,無(wú)滯流區(qū)。
另外楔式流量計(jì)+雙法蘭變送器的檢測(cè)方式，省掉了引壓管的鋪設(shè),從而節(jié)省了伴熱源的鋪設(shè)和伴熱蒸汽的消耗,楔式流量計(jì)的取壓接口可與表體和工藝管線進(jìn)行整體保溫,通過(guò)流體本身的熱源保證楔式流量計(jì)冬季的防凍措施,節(jié)省了裝置的蒸汽能源消耗和冷凝水排放,對(duì)于裝置整體能耗的降低有一定的提高。
2油品加工介質(zhì)
油品加工裝置是以費(fèi)托合成裝置穩(wěn)定重質(zhì)油和合格蠟低溫油洗單元的油洗石腦油為原料,在高溫高壓、氫氣以及催化劑的作用下進(jìn)行烯烴飽和以及含氧化物的脫出反應(yīng),生產(chǎn)柴油組分、重柴油、粗石腦油、尾油等產(chǎn)品。其中重質(zhì)油的凝點(diǎn)30℃左右、壓力2.7MPa、密度682kg/m3、溫度125℃,重質(zhì)油中有少量催化劑粉末;合格蠟的介質(zhì)溫度180℃、壓力0.6MPa、密度870~900kg/m3、凝點(diǎn)在57~63C;油洗石腦油的介質(zhì)密度780~970kg/m3、壓力0.64MPa、溫度52℃、沸點(diǎn)20~160℃;尾油的介質(zhì)密度729kg/m3、溫度.210℃、壓力0.5MPa;重柴油的介質(zhì)密度636kg/m3、溫度266℃、壓力0.5MPa;柴油組分的介質(zhì)密度720kg/m3、壓力0.5MPa;粗石腦油的介質(zhì)壓力1MPa、溫度30℃。
3原因分析
根據(jù)對(duì)油品加工裝置介質(zhì)和工況的綜合分析，流量計(jì)不準(zhǔn)的可能因素有4點(diǎn):
1)重質(zhì)油/蠟中攜帶的少量催化劑固體顆粒，裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行一段時(shí)間后,催化劑顆粒會(huì)逐漸沉積到流量計(jì)的取壓口,從而堵塞取壓口，造成無(wú)法正常檢測(cè)壓力,致使流量計(jì)測(cè)量失真;同時(shí)還會(huì)沖刷磨損楔塊,改變前后壓差,造成測(cè)量不準(zhǔn)[4]。
2)由于重質(zhì)油/蠟的凝點(diǎn)較高,每次檢修后再次投運(yùn)時(shí)因管道中的重質(zhì)油流速較慢,伴熱管線溫度較低等因素,重質(zhì)油經(jīng)常有部分凝固的情況發(fā)生，凝固塊經(jīng)過(guò)取壓口時(shí)就會(huì)堵塞取壓口或者將楔塊包裹,導(dǎo)致流量計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。
3)由于介質(zhì)中含有氫元素(氫離子),流量計(jì)的膜盒材質(zhì)是不銹鋼,膜盒長(zhǎng)時(shí)間與帶氫介質(zhì)接觸,帶氫介質(zhì)會(huì)不斷稀釋出氫離子，氫離子會(huì)逐漸滲透到膜片背面,并在背后慢慢聚集成氫氣,這些氫氣反向滲透速度慢于整箱速度,最終會(huì)把膜片鼓起導(dǎo)致遠(yuǎn)傳密封件的報(bào)廢。
4)差壓取樣位置有問(wèn)題，也是最關(guān)鍵問(wèn)題,原始安裝時(shí)按照《自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》等通用性儀表安裝規(guī)范進(jìn)行安裝,即測(cè)量氣體介質(zhì)的取壓口在管道的水平45°以上，測(cè)量液體介質(zhì)的取壓口在管道的水平45°以下,測(cè)量臟污介質(zhì)的取壓口在管道的中部位置。油品加工裝置的產(chǎn)品基本都是液體,因此楔式流量計(jì)取壓口都在水平45°以下部位安裝，但是因楔式流量計(jì)的楔塊在表體內(nèi)腔分布不是均勻的,取壓口一般都是按設(shè)計(jì)固定在楔塊焊接處的前后上方,測(cè)量液體時(shí),如果取壓口在管道的水平45°以下，那么楔塊也在管線的水平45°以下,這樣會(huì)造成流體要從楔塊的上方流過(guò)。這種測(cè)量方式下流體內(nèi)介質(zhì)雜質(zhì)顆粒會(huì)因楔塊的阻抑而逐漸在楔式流量計(jì)的下部表體內(nèi)腔沉積，時(shí)間久了就有堵塞楔塊前方取壓口的可能性,易造成流量計(jì)測(cè)量失真。另外,部分油品中本身就含有催化劑顆粒,因此容易堵塞,造成測(cè)量失真;部分油品雖然是液態(tài),但.是輕質(zhì)組分(如氫氣)很容易稀釋出氣體,會(huì)在取壓口聚集從而隔絕測(cè)量膜盒,同樣會(huì)造成測(cè)量失真。
4優(yōu)化方案
1)因重質(zhì)油和蠟中含有催化劑顆粒,且此催化劑顆粒無(wú)法根本消除,長(zhǎng)期隨著介質(zhì)流動(dòng)對(duì)楔塊有一-定的磨損，因此對(duì)楔塊進(jìn)行硬化處理，表面噴涂0.1~0.3mm厚的碳化鎢材料,將硬度提高至HC55以上。
2)針對(duì)變送器膜盒氫滲問(wèn)題,將所有含氫介質(zhì)的變送器膜盒接液材質(zhì)全部更換為黃金膜片或金剛膜片,防止氫離子滲透進(jìn)膜盒里面,避免膜盒鼓包,消除變送器零漂或者假值問(wèn)題;同時(shí)將硅油更換為耐高溫(-30~315℃)硅油,防止硅油受熱膨脹或蒸發(fā)。
3)儀表伴熱與工藝伴熱分開(kāi),以便伴熱總站單獨(dú)設(shè)立,懸掛禁動(dòng)牌,防止工藝人員誤關(guān)伴熱,確保.伴熱質(zhì)量,并在根部閥處增加帶溫控器的電伴熱,確保裝置異常情況時(shí)伴熱不間斷,防止蠟介質(zhì)凝固。
4)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的取壓口，重質(zhì)油和合格蠟等含有少量催化劑的19臺(tái)單對(duì)楔式流量計(jì)取壓口設(shè)計(jì)之初為斜向下取壓,運(yùn)行時(shí)容易沉淀雜物堵塞取壓口,嘗試向上取壓,但是容易集氣,最終選取為水平取壓;油洗石腦油和尾油、柴油等介質(zhì)的24臺(tái)雙對(duì)楔式流量計(jì)設(shè)計(jì)取壓口朝上,運(yùn)行時(shí)經(jīng)常集氣,維護(hù)時(shí)需要經(jīng)常排氣,排氣存在介質(zhì)外漏風(fēng)險(xiǎn)，外漏的介質(zhì)滴到保溫棉易引起火災(zāi),最終選為調(diào)向?yàn)樾毕?5°取壓,確保介質(zhì)流過(guò)時(shí)能與膜盒充分接觸,保證測(cè)量的正確率,排污時(shí)用桶接液防止介質(zhì)滴到可燃物上引起著火。
5)在取壓閥與雙法蘭連接部件之間設(shè)置排污泄壓(放空)閥,要求儀表人員定期排污或排氣。排污閥出口再加一段帶彎頭排污管(防止噴濺),排污泄壓(放空)閥還可以在流量計(jì)校準(zhǔn)過(guò)程中保證正負(fù)雙法蘭之間的受壓一-致,確保校準(zhǔn)可靠,同時(shí)保證維修人員的安全;另外若雙法蘭變送器損壞需要更換,通過(guò)排污泄壓閥門]能夠判斷取壓一次閥門]是否滲漏。
5優(yōu)化效果
1)優(yōu)化前加氫減壓塔加熱爐8路進(jìn)料流量在2017年7月某-天24h的測(cè)量折線圖如圖2所示。
2)優(yōu)化后加氫減壓塔加熱爐8路進(jìn)料流量在2017年12月某--天24h的測(cè)量折線圖如圖3所示。
3)優(yōu)化前由于43臺(tái)楔式流量計(jì)測(cè)量不穩(wěn)定性,導(dǎo)致油品加工裝置加氫、加氫裂化單元部分二級(jí)聯(lián)鎖及自動(dòng)控制回路無(wú)法投用，嚴(yán)重影響工藝操作。通過(guò)一系列優(yōu)化措施的實(shí)施,油品加工裝置的楔式流量計(jì)已經(jīng)測(cè)量穩(wěn)定,聯(lián)鎖及自動(dòng)控制回路全部具備投用條件,有效保證了工藝操作和緊急狀態(tài)下的聯(lián)鎖可靠動(dòng)作。
6結(jié)論.
楔式流量計(jì)在裝置運(yùn)行中相對(duì)于孔板流量計(jì),.抗臟污、可自清潔、運(yùn)行精度高、差壓值穩(wěn)定、壓損小.量程比寬、直管段要求小，能夠測(cè)量雙向流,性能好維護(hù),維修工作量大大減少,符合目前企業(yè)高效環(huán).保節(jié)能的要求。但是,任何測(cè)量?jī)x表都不是萬(wàn)能的,即使國(guó)家規(guī)范也不一定適合所有工況，對(duì)于測(cè)量過(guò)程出現(xiàn)的具體問(wèn)題要根據(jù)實(shí)際情況針對(duì)性進(jìn)行優(yōu)化,因此當(dāng)在裝置運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)時(shí)，不可直接否定某一類測(cè)量?jī)x表,應(yīng)綜合考慮材質(zhì)、取壓方式、介質(zhì)成分、溫度和壓力等多方因素,并借鑒類似裝置使用經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行改造優(yōu)化，提高儀表適應(yīng).性,確保計(jì)量正確率。
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