摘要:楔式流量計在使用中相對于孔板流量計來說,對于同一種介質的靜壓損失要減小較多,楔式流量計+雙法蘭變送器的檢測方式,省掉了引壓管的鋪設,從而節(jié)省了伴熱源的鋪設和伴熱蒸汽的消耗,對于裝置整體能耗的降低有一定的提高。但在實際運用中,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致儀表示值不準，如介質是液態(tài)時,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,也在管線的水平45°以下部位,這樣當介質通過時其內部包含的雜質顆粒便會因為楔塊的阻抑,逐漸在楔式流量計底部內腔中沉淀,容易堵塞取壓口,導致測量失真,因此現(xiàn)場安裝一定要結合實際工況優(yōu)化調整。
0引言.
楔式流量計非常適合測量黏稠、含顆粒物的介.質,某煤化工企業(yè)油品加工裝置的重柴油和含蠟介質管線計量均采用楔式流量計來測流量,但在開車過程中經常發(fā)生計量不準問題,嚴重時甚至DCS無指示，導致工藝人員無法監(jiān)控,很大程度影響對油品質量的控制和產量調整。作者通過對楔式流量計測量原理和所測介質特性進行分析,發(fā)現(xiàn)取壓口的選擇對楔式流量計測量正確率影響較大,并隨之進行了優(yōu)化。
1楔式流量計
楔式流量計是20世紀80年代開始應用的一種新型節(jié)流裝置。它具有結構簡單、堅固耐用、操作簡便、適用性強等特點,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;對于介質清潔、或者黏度高、腐蝕性的介質,以及蒸氣、料漿、氣體/空氣等介質均能保持流量與差壓的平方根成正比的關系。介質黏度達到3000厘泊也不會影響楔式流量計的測量精度。以往使用的節(jié)流裝置如孔板、噴嘴和文丘里管等,當雷諾數(shù)小于10000以下時,流量與差壓平方根就無法保持線性,而且隨著雷諾數(shù)降低,正比關系的偏差會越來越大,致使測量精度受到嚴重的影響,而楔式流量計雷諾數(shù)最低可達300厘泊,在這樣極寬的范圍內流量和差壓始終成正比關系,流量系數(shù)呈線性狀態(tài)。因此楔式流量計與傳統(tǒng)流量計相比更適合測量一些黏稠和含雜質較多的介質流量,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楔式流量計測量原理
楔式流量計是利用帕努利原理,將截面成V形的楔塊放入工藝管道中而構成的一種新型節(jié)流裝置,通過楔塊產生差壓，當流體通過楔式流量計時，由于楔塊的節(jié)流作用,在楔塊前、后側會產生了一個與體積流量值成平方關系的差壓，該差壓正比于質量或體積流量。此差壓信號通過膜盒傳送到差壓變送器,差壓變送器通過計算就會得出與差壓成平方關系的4~20mA信號,經顯示屏或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順利通過,不會在節(jié)流件上游側產生滯流。對同一管徑,不同的楔比H/D(楔塊.開口高度H和管道直徑D之比)可得到不同的典型流量范圍。楔式流量計工作原理如圖1所示。
1.2楔式流量計特點
楔式流量計結構簡單、可靠、無可移動部件與易損部件,耐磨性好,長期運行精度高。經標定的楔式流量計流量系數(shù)基本誤差在±0.05%以內,重復性好、穩(wěn)定性好、可靠性高、壽命長、成本低及安裝維護方便;結構獨特,無沉積、不堵塞,適用范圍廣,除應用于常規(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、廢水等的流體測量,具有自清潔能力,無滯流區(qū)。
另外楔式流量計+雙法蘭變送器的檢測方式，省掉了引壓管的鋪設,從而節(jié)省了伴熱源的鋪設和伴熱蒸汽的消耗,楔式流量計的取壓接口可與表體和工藝管線進行整體保溫,通過流體本身的熱源保證楔式流量計冬季的防凍措施,節(jié)省了裝置的蒸汽能源消耗和冷凝水排放,對于裝置整體能耗的降低有一定的提高。
2油品加工介質
油品加工裝置是以費托合成裝置穩(wěn)定重質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行烯烴飽和以及含氧化物的脫出反應,生產柴油組分、重柴油、粗石腦油、尾油等產品。其中重質油的凝點30℃左右、壓力2.7MPa、密度682kg/m3、溫度125℃,重質油中有少量催化劑粉末;合格蠟的介質溫度180℃、壓力0.6MPa、密度870~900kg/m3、凝點在57~63C;油洗石腦油的介質密度780~970kg/m3、壓力0.64MPa、溫度52℃、沸點20~160℃;尾油的介質密度729kg/m3、溫度.210℃、壓力0.5MPa;重柴油的介質密度636kg/m3、溫度266℃、壓力0.5MPa;柴油組分的介質密度720kg/m3、壓力0.5MPa;粗石腦油的介質壓力1MPa、溫度30℃。
3原因分析
根據(jù)對油品加工裝置介質和工況的綜合分析，流量計不準的可能因素有4點:
1)重質油/蠟中攜帶的少量催化劑固體顆粒，裝置長周期運行一段時間后,催化劑顆粒會逐漸沉積到流量計的取壓口,從而堵塞取壓口，造成無法正常檢測壓力,致使流量計測量失真;同時還會沖刷磨損楔塊,改變前后壓差,造成測量不準[4]。
2)由于重質油/蠟的凝點較高,每次檢修后再次投運時因管道中的重質油流速較慢,伴熱管線溫度較低等因素,重質油經常有部分凝固的情況發(fā)生，凝固塊經過取壓口時就會堵塞取壓口或者將楔塊包裹,導致流量計無法準確測量。
3)由于介質中含有氫元素(氫離子),流量計的膜盒材質是不銹鋼,膜盒長時間與帶氫介質接觸,帶氫介質會不斷稀釋出氫離子，氫離子會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,最終會把膜片鼓起導致遠傳密封件的報廢。
4)差壓取樣位置有問題，也是最關鍵問題,原始安裝時按照《自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范》等通用性儀表安裝規(guī)范進行安裝,即測量氣體介質的取壓口在管道的水平45°以上，測量液體介質的取壓口在管道的水平45°以下,測量臟污介質的取壓口在管道的中部位置。油品加工裝置的產品基本都是液體,因此楔式流量計取壓口都在水平45°以下部位安裝，但是因楔式流量計的楔塊在表體內腔分布不是均勻的,取壓口一般都是按設計固定在楔塊焊接處的前后上方,測量液體時,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,這樣會造成流體要從楔塊的上方流過。這種測量方式下流體內介質雜質顆粒會因楔塊的阻抑而逐漸在楔式流量計的下部表體內腔沉積，時間久了就有堵塞楔塊前方取壓口的可能性,易造成流量計測量失真。另外,部分油品中本身就含有催化劑顆粒,因此容易堵塞,造成測量失真;部分油品雖然是液態(tài),但.是輕質組分(如氫氣)很容易稀釋出氣體,會在取壓口聚集從而隔絕測量膜盒,同樣會造成測量失真。
4優(yōu)化方案
1)因重質油和蠟中含有催化劑顆粒,且此催化劑顆粒無法根本消除,長期隨著介質流動對楔塊有一-定的磨損，因此對楔塊進行硬化處理，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)針對變送器膜盒氫滲問題,將所有含氫介質的變送器膜盒接液材質全部更換為黃金膜片或金剛膜片,防止氫離子滲透進膜盒里面,避免膜盒鼓包,消除變送器零漂或者假值問題;同時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,以便伴熱總站單獨設立,懸掛禁動牌,防止工藝人員誤關伴熱,確保.伴熱質量,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伴熱不間斷,防止蠟介質凝固。
4)根據(jù)實際情況，選擇合適的取壓口，重質油和合格蠟等含有少量催化劑的19臺單對楔式流量計取壓口設計之初為斜向下取壓,運行時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、柴油等介質的24臺雙對楔式流量計設計取壓口朝上,運行時經常集氣,維護時需要經常排氣,排氣存在介質外漏風險，外漏的介質滴到保溫棉易引起火災,最終選為調向為斜下45°取壓,確保介質流過時能與膜盒充分接觸,保證測量的正確率,排污時用桶接液防止介質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)閥還可以在流量計校準過程中保證正負雙法蘭之間的受壓一-致,確保校準可靠,同時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路進料流量在2017年7月某-天24h的測量折線圖如圖2所示。
2)優(yōu)化后加氫減壓塔加熱爐8路進料流量在2017年12月某--天24h的測量折線圖如圖3所示。
3)優(yōu)化前由于43臺楔式流量計測量不穩(wěn)定性,導致油品加工裝置加氫、加氫裂化單元部分二級聯(lián)鎖及自動控制回路無法投用，嚴重影響工藝操作。通過一系列優(yōu)化措施的實施,油品加工裝置的楔式流量計已經測量穩(wěn)定,聯(lián)鎖及自動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)鎖可靠動作。
6結論.
楔式流量計在裝置運行中相對于孔板流量計,.抗臟污、可自清潔、運行精度高、差壓值穩(wěn)定、壓損小.量程比寬、直管段要求小，能夠測量雙向流,性能好維護,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,任何測量儀表都不是萬能的,即使國家規(guī)范也不一定適合所有工況，對于測量過程出現(xiàn)的具體問題要根據(jù)實際情況針對性進行優(yōu)化,因此當在裝置運行過程中發(fā)現(xiàn)測量儀表不準時，不可直接否定某一類測量儀表,應綜合考慮材質、取壓方式、介質成分、溫度和壓力等多方因素,并借鑒類似裝置使用經驗,進行改造優(yōu)化，提高儀表適應.性,確保計量正確率。
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