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一体化双向孔板流量计在重催装置蒸汽计量中应用
发布时间：2019-10-29

摘要：在炼油化工生产中经常出现一条蒸汽管道双向输送蒸汽的情况，本文就实现重油催化裂化装置在进、出装置两个方向蒸汽质量流量的实时、准确测量问题，提出了一种应用多参量双向流一体化节流式流量计的计量解决方案，并具体就一体化双向孔板流量计的工作原理、计量系统组成、功能特点、双向流测量的实现过程以及实际应用效果进行了介绍。
0引言
　　许多炼化生产装置，如催化裂化装置、焦化装置、连续重整装置等，常利用装置余热产出蒸汽，这些装置在正常生产期间的自产蒸汽大多被装置内部使用，多余部分再外排输出至系统管网，在装置开停工或加工负荷小，自产蒸汽不足的情况下，又需要引入系统管网蒸汽作为动力或热源。因此，装置蒸汽母管与系统管网之间呈互供状态，这就带来了如何在同一管道中实现双向流蒸汽流量实时测量的问题。蒸汽单管双向互供，客观上造成了计量的困难，也对生产装置的能耗统计核算影响很大。常规解决办法是在同一条管线上安装正反两套标准孔板进行测量，但是往往出现直管段难于保证，压力损失也成倍增加，造成装置能耗额外增加，同时因工艺流程和装置负荷变化，管道中蒸汽流向发生改变时，难以实现对任何一个方向蒸汽流量的实时、准确测量和监测，不利于生产运行控制和节能降耗。随着流量计量新技术的发展，流量二次表功能逐渐完善，使得双向孔板流量计在测量蒸汽双向流量方面得到了推广和应用。
1双向孔板流量计工作原理
　　传统的标准孔板入口为直角，出口为45°倒角，不能测量反向流量，如图1所示。双向孔板的入口和出口结构相同，均为直角，可分别测量双方向流量，其结构如图2所示。双向孔板流量计就是依据在GB/T2624.2设计与加工的不切斜角、两个端面、厚度和节流孔的两个边缘符合规定要求的孔板。在GB/T2624.2—2006/ISO5167—2:2003《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第二部分:孔板》中，对双向孔板做了详细的规定，只要按照标准设计制造和安装，就能获得标准所规定的准确度。
单向孔板流量计示意图
双向孔板流量计示意图
　　双向孔板测量蒸汽双向流，与标准孔板流量计的工作原理是一致的，主要区别是节流件形式和二次表功能不同，此外还需要增加一台差压变送器。测量流量的基本原理，就是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。当充满管道的流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了静压力差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小�？装辶髁考撇饬苛髁康幕竟饺缦�:

　　式中:qm为质量流量kg/s;C为流出系数，无量纲;ε为可膨胀性系数;d为节流件开孔直径，m;β为直径比，(β=d/D);ρ1为被测流体密度，kg/m3;Δp为差压，Pa。
2一体化双向孔板流量计的结构和功能特点
2.1一体化双向孔板结构
　　一体化双向孔板流量计，采用双向孔板，装有双差压变送器，并配套温度、压力变送器进行温度、压力补偿。YJLB系列一体化双向孔板流量计，是将传统节流装置和两台智能差压变送器优化组装成一体，采用专用转换单元，使其具备温度、压力、流量数据高精度宽量程补偿的功能，从而构成一种多参量双向流一体化节流式新型流量计量系统。一体化双向孔板流量计结构如图3所示。
2.2一体化双向孔板主要功能和特点
1)可实现双向流量测量
　　一体化双向孔板流量计可根据现场管道中蒸汽流量的实际状况，如流入端与流出端压力的变化，可正向、反向双向测量蒸汽流量，使双流向蒸汽流量的计量更便捷、更准确，解决了之前传统标准孔板流量计只能单向测量蒸汽流量的问题。
2)测量准确度有依据
　　一体化双向孔板流量计由于采用标准节流件，测量准确度有依据;可采用符合GB/T2624—2006国家标准的流量测量节流装置专家系统软件，设计出双向孔板的最佳开孔径，以及双向差压变送器的差压量程。
3)流量测量范围得到扩展
一体化双向孔板流量计图示
　　一体化双向孔板流量计采用两台智能型差压变送器，通过配置流量计算转换单元或流量计算机可根据两个差压信号自动判别其流向，并且实时完成节流件的流出系数C、流束可膨胀系数ε计算，在满足测量准确度的同时，使两个方向流量测量范围度可达6∶1或更宽。
4)安装简便且有防冻功能
　　该一体化双向孔板流量计采用防冻隔离技术，冬季运行无需保温和伴热，并且由于没有了冷凝罐，不存在冷凝水，彻底消除了传统蒸汽节流装置由于正负侧冷凝水的液位差所导致的不可预知的测量误差。采取一体化设计安装，缩短了一次表与二次表的引压管线长度，差压变送器导压管短，使仪表的动态性能得到提高。仪表整体组装，安装简便，消除了仪表现场安装带来的测量误差，去掉了仪表箱及伴热管线。同时用同一台流量计计量两个方向的流量，不仅可以简化系统、节省空间，还节省仪表购置、安装、维护费用。
3一体化双向孔板流量计在重催装置的应用
3.1装置蒸汽工艺流程
　　120万吨/年重催装置界区，各有一条中压蒸汽母管和低压蒸汽母管，装置生产所需的中、低压蒸汽经由这两条母管从系统管网引入。装置内部有一台锅炉产中压蒸汽，气压机使用中压蒸汽作功后，排出低压蒸汽，同时减温减压器将中压蒸汽减温减压为1.0MPa低压蒸汽供装置内部使用。装置正常生产期间富余部分中压蒸汽、低压蒸汽也通过这两条母管外排并入蒸汽系统管网。在装置开停工期间及加工负荷较小锅炉产汽量较小情况下，需从系统管网引入蒸汽作为动力能源。装置蒸汽流程图如图4所示。

3.2装置双向流蒸汽计量方案
　　该装置中低压蒸汽母管中的蒸汽流向属于典型的双向流，因此，安装于装置两条蒸汽母管线上的流量计应能实现双向流量测量。应用一体化双向孔板流量计实现重催装置进出装置两个方向的计量方案及系统组成如图5所示。
　　在该蒸汽计量方案中，计量系统主要由YJLB系列多参量双向流一体化节流式流量计(配备有两台EJA110A-E型差压变送器)、FC2000-IAE(G)流量计算转换单元(一台测量出装置蒸汽流量，另一台测量进装置蒸汽流量)，以及双支铂电阻测温元件组成。
　　在装置现场，将多参量双向流一体化节流式流量计焊接在蒸汽管道上，同时安装双支铂电阻。在控制室，FC2000-IAE(G)流量计算转换单元采用DIN35标准导轨安装方式，可方便地实现在DCS、PLC系统中植入高精度流量计算环节。流量计算转换单元安装在控制室内机柜上，可循环显示当前瞬时流量、累积流量、介质温度、介质压力等参数量，并传输补偿计算后的流量信号至DCS系统进行瞬时流量、累积流量及历史趋势显示，以便更好地查证双向计量系统状态，并可通过网络终端计算机上传实时蒸汽计量数据。
3.3双向蒸汽流量测量的实现过程

　　应用该计量方案实现进、出装置双向蒸汽流量计量的基本过程为:一体化双向孔板流量计为双差变结构，两台HAＲT差压变送器，分别测量正、反向蒸汽差压信号，压力补偿信号通过HAＲT协议从差压变送器正压室读取，正反两个方向两个差变的信号和双支铂电阻信号分别接入到两台流量计算转换单元。安装在控制室机柜内的流量计算转换单元完成对现场差压、温度、压力数据的采集，实时进行蒸汽流量的温压补偿运算，循环显示当前蒸汽的瞬时流量、累积流量、温度、压力、热量等参数，并将补偿运算后的质量流量信号和采集到的温度、压力信号，通过4～20mA信号或者通讯接口传给DCS，进行瞬时流量、累积流量及历史趋势显示，用于查证双向计量系统状态并上传实时蒸汽计量数据。
4应用效果
　　本文对该装置在2017年6月15日至8月2日从开车状态过渡到正常生产期间的蒸汽流量数据进行了跟踪观察和统计分析。首先，以24小时日累计流量数据为基础，统计并绘制了进、出装置两个方向1.0MPa蒸汽和3.5MPa蒸汽的日累计流量折线图如图6和图7所示。

　　图6曲线清晰显示了在7月8日，实现了装置低压蒸汽流量由进装置输入方式彻底转变为出装置输出方式的“零”间隔切换;图7曲线清晰显示了装置由开工初期，完全引入系统中压蒸汽，转变为装置开工锅炉产汽后出现富余部分中压蒸汽外排系统管网的情况。

　　同时，我们以七天为一个计量周期，统计并绘制了装置在不同时间段的消耗(进装置)、外排(出装置)蒸汽量的柱状图。如图8和图9所示。

　　从图8和图9柱状图我们可以清楚的看出，在装置开工初期，从6月15日至7月5日期间，装置大量引入系统低压蒸汽和中压蒸汽，此时装置蒸汽流向全部为进装置方向。从7月6日开始，装置开车趋于正常，锅炉开始产汽，从系统管网引入的中压蒸汽量明显减少，并且有富余中压蒸汽外排，装置已停止从系统管网引入低压蒸汽，转为外排低压蒸汽。
5结束语
　　采用多参量双向流一体化节流式流量计与流量计算转换单元构成的蒸汽计量系统，比较好地解决了长期困扰我公司催化裂化装置蒸汽双向计量难题，在我公司生产装置双向流蒸汽计量检测中达到了较好的实际应用效果。实现了对进出装置两个方向蒸汽流量的实时、准确计量，避免了以前历次装置在开停工期间需要人工切换蒸汽计量流程的困难，也避免了开停工期间进出装置蒸汽无计量、测量数据混乱或数据不真实所造成的蒸汽平衡、能耗核算无依据的突出问题，彻底解决了以前装置引入系统管网蒸汽消耗量、自产蒸汽并网量无法同步实时准确计量的难题。从我公司近两年多来的流量计运行、计量检测数据情况来看，目前这种双向流蒸汽流量的计量解决方案可行，计量系统运行可靠，计量数据准确，达到了对装置自产、自用蒸汽分类分项实时准确测量的目的，使得公司炼化生产蒸汽系统计量数据检测率得到了进一步提高。

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