焦化企业流量仪表选型 流量仪表技术指标

引言

流量计是仪表行业使用比制造难度更大的一类仪表，测量仪表本身受到管道、口径大小、形状（圆形、矩形）、边界条件、介质的物性（温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等）、流体的流动状态（紊流状态、速度分布等）以及安装条件与水平等因素的影响，流体粘性摩擦作用还会产生不稳定的旋涡和二次流等复杂流动现象。面对国内外十几类、上百个品种的流量仪表（先后发展起来的容积式、差压式、涡轮式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型），如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型，是用好流量仪表的前提和基础。除了仪表自身质量要得到保证，工艺数据的提供和仪表的安装、使用、维护是否合理也相当重要。

1 焦化企业流量计的选型

中化镇江焦化有限公司（以下简称“镇江焦化”）流量计主要用于煤气流量、空气流量、蒸汽流量、循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、污水流量、稀释废水流量、苯流量、贫富油流量等的测量，在原来城区老厂系统中，空气、煤气、蒸汽、水（包括氨水、生化稀释废水）以孔板为主，空气、煤气流量出现的主要问题是取压管易结水，需定期排污，煤气孔板取压管易被萘及焦油堵塞，需定期拆开清洗；氨水、废水内常带入焦油，沾污孔板，堵塞引压管而影响流量测量，以及因天气寒冷造成引压管冻结而不能正常工作等。而镇江焦化高资新厂新建的70万t碳材项目，生产工艺和生产控制要求都有了较大水平的提高，因此要尽可能在新项目中解决流量计应用中存在的问题，提高流量计的运行能力和测量精度水平，大幅度降低仪表的维护量，减少对生产的影响。

1.1 节流式流量计选型

节流式流量计是早期大量使用的一种测量流量的计量装置，有孔板、喷嘴、均速管等，测量对象可以是液体、气体或蒸汽。现在常见的为圆孔板型和锥形入口板型，其工作原理是在流体管道中加入一节流件，通过导压管引入压差变送器测出节流件上、下游的压差，根据所测的压差经过计算即得出流量的瞬时值。节流式流量计以孔板为主，孔板测流量加工简单、经济，但压力损失大、维护量大。由于导压管内水的不流动性，在较寒冷地区，冬天室外安装的孔板取压管容易冻裂（冻住），使差压仪器无法正常工作。测量较脏的污水时，孔板需经常清洗，否则会造成测量精度降低、取压管被污物堵死，仪表无法使用的情况发生。

根据镇江焦化工艺要求以及孔板流量计经济性特点，主要将孔板流量计运用于煤气流量、贫油流量、富油流量。并采取相应的措施保证孔板流量计的工作状态：（1）定期清洗维护孔板；（2）针对水平安装的孔板，采用园缺孔板的方式来延长维护周期；（3）针对孔板取压装置引压管易堵塞的情况，通过改变取压方式（如径距取压法）来减少孔板污物的影响；（4）在精度和稳定性要求高的场合，采用V形锥孔板。

1.2 电磁流量计选型

电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律，即被测介质垂直于磁力线方向流动，因而在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一感应电动势EX，感应电动势EX与被测介质流量（流速）成正比，电磁流量计不受温度、压力、粘度、重度等外界因素的影响，测量管内部无收缩或凸出部分的压力损失。另外，流量元件检测出的最初信号是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压，它与流体的其他性质无关，具有很大的优越性。

根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性，利用电磁流量计测量污水的流量是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小，安装、操作、维护方便。如测量系统采用智能化设计，整体密封加强，能在较恶劣的环境下正常工作。以前镇江焦化的循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、稀释废水流量等均采用孔板流量计测量，但受生产焦种和生产工艺的影响，取压管需经常清洗疏通，若遇到寒冷天气还会冻结，甚至冻裂。因此，在镇江焦化高资新厂建设中，对于循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、污水流量、稀释废水流量邓的测量电磁流量计，而在选型中应根据流体介质特点来选择电极材质和衬里材料。对污水可选用氯丁橡胶衬里，含钼不锈钢（OCr18Ni12Mo2Ti）电极的电磁流量计，对富氨水、脱硫液、预冷循环液来说可采用聚四氟乙烯衬里，即可满足流量测量的要求。当然，在选择电极材质和衬里材料时仍需考虑工艺状况，液体温度。否则衬里材料会过早老化，影响流量计的正常使用。

1.3 涡街流量计选型

涡街流量计作为一种新型流量计，20世纪80年代中期以来发展较快，它在流量测量方面有着诸多的优点，在现代流量测量中应用越来越广，目前中国已有性能优良并有自主知识产权的产品系列。涡街流量计是基于流体振动发展起来的，根据旋涡的不同，检测方式从热丝式、热敏式逐渐发展了应力式、磁敏式及差动开关电容式、超声波式等。涡街流量计几乎可用于一切可形成旋涡列的场合，不仅可用于封闭的管道，还可用于开放的沟槽。与涡轮流量计相比，涡街流量计没有可动的机械部件，维护工作量小，仪表常数稳定；与孔板式流量计相比，涡街流量计测量范围大，压力损失小，准确度高，安装与维护用现场被忽略而影响流量计性能的正确发挥。

涡街流量计的原理是在流量计管道中设置一滞流件，当流体流经滞流件时，由于滞流件表面的滞流作用等原因，在其下游会产生两列不对称的旋涡，这些旋涡在滞流件的侧后方分开，形成所谓的卡门（Karman）旋涡列，两列旋涡的旋转方向是相反的，卡门从理论上证明了当h/L=0.281（h为两旋涡列之间的宽度，L为两个相邻旋涡间的距离）时，旋涡列是稳定的雷诺数Re是表征粘性流体流动特性的一个无量纲数，其物理意义是流体流动的惯性力与粘滞力的比值。因此，流体的流动状态对涡街流量计的使用也有一定的影响。如果环境参数对流体流动状态有影响也会影响到涡街流量计的使用性能。

经过实践，涡街流量计使用的影响因素有以下几个方面：

（1）涡街流量计的测量范围较大，一般为10∶1，但测量下限受许多因素限制，Re>10000是涡街流量计工作的最基本条件。此外，它还受旋涡能量的限制，介质流速较低，则旋涡的强度、旋转速度也低，难以引起传感元件产生响应信号，旋涡频率f也小，还会使信号处理发生困难。测量上限则受传感器的频率响应（如磁敏式一般不超过400Hz）和电路的频率限制，因此设计时一定要对流速范围进行计算、核算，根据流体的流速进行选择。使用现场环境条件复杂，选型时除注意环境温度、湿度、气氛等条件外，还要考虑电磁干扰。在强干扰如高压输电电站、大型整流所等场合，磁敏式、压电应力式等仪表不能正常工作或不能准确测量。

（2）振动对涡街流量计使用性能有很大的影响。因此在使用时注意避免机械振动，尤其是管道的横向振动（垂直于管道轴线又垂直旋涡发生体轴线的振动），这种影响在流量计结构设计上是无法抑制和消除的。由于涡街信号对流场影响同样敏感，故直管段长度不能保证稳定涡街所必要的流动条件时是不宜选用的。即使是抗振性较强的电容式、超声波式，保证流体为充分发展的单向流，也是不可忽略的。

（3）介质温度对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。如压力应力式涡街流量计不能长期使用在300°C状态下，因其绝缘阻抗会由常温下的10～100MΩ急降至1～10kΩ，输出信号也变小，导致测量特性恶化，对此宜选用磁敏式或电容式结构。在测量系统中，传感器与转换器宜采用分离安装方式，以免长期高温影响仪表可靠性和使用寿命。

镇江焦化高资新厂新项目中涡街流量计选型主量测量和脱盐水流量的测量。在选型中应充分考虑仪表安装的位置，前后直管段长度，周围的电器设备分布情况，对有可能产生管道振动的场合应增加安装支架，以加强仪表所安装的管道的固定，最大限度地减少振动。另外，对气体、蒸汽流量计的选型应充分考虑到压力变化对流量精度的影响，尤其是蒸汽流量测量值为体积流量，而工艺要求的流量值为质量流量，温度、压力变化对蒸汽密度影响较大，需对流量值进行压力补偿，来消除压力变化引起密度的变化带来流量显示值的误差。新项目中所有流量信号都送入DCS系统，公司可以利用DCS系统的灵活性，在工程组态软件中将压力和密度的对应关系与流量显示值结合起来，这样可以很方便地解决蒸汽流量的温度、压力补偿问题。

2 结束语

综上所述，电磁流量计性能较好，但要求流体必须有一定的导电性；节流流量计应用范围广、价格便宜，但对流量计的维护工作量较大；而涡街流量计比较新型，但对仪表安装使用环境要求相对较高，企业应根据流量计各自的性能，并结合焦化生产工艺选择流量计，使得企业各工艺流程的介质流量的测量和控制达到精确度和可靠性要求。

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