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      合成氨工艺中蒸汽流量计的选型与安装

      来源: 作者: 发布日期:2021-12-15

       摘 要:蒸汽流量计的稳定运行对全厂能耗计算、能源管控有着不可替代的作用?悸腔て笠翟诓煌た鱿露哉羝男枨蟛煌,尤其是温度、压力、流量呈现大幅度变化时,为了保证流量计测量的准确性,从选型、安装、调试3个方面进行讨论,并强调流量计选型、安装的重要性。

       
      蒸汽作为化工企业常用的热源气体,其计量是企业能耗评定以及降低消耗的关键指标。从企业效益出发,要降低生产成本,就要降低蒸汽的消耗量[1]。在贸易结算中,蒸汽流量计扮演着重要角色。
       
      由于蒸汽介质的特殊性以及计量系统的复杂性,很多工程技术人员面对蒸汽生产和蒸汽利用问题时难以把控,甚至出现错误[2]。由于化工企业工况复杂,测量仪表都有一定的测量范围和量程比,而需要测量的蒸汽流量量程比较大,采用一种类型的测量仪表很难满足现场的实际需求。因此,在流量计的选型过程中要充分考虑不同类型流量计的优缺点、合适的温压补偿措施等,甚至在部分工况下,为了保证测量的准确性,需要变更工艺管道设计,保证流量计的精度。在蒸汽流量计的安装过程中,前后直管段的长度、管道因温度变化造成的膨胀、冷凝罐的安装高度等对流量计的精度、稳定运行等都有较大的影响。本研究主要对化工企业使用的蒸汽流量计的选型、安装以及运行中出现的问题进行重点讨论。
       
      1 蒸汽流量计的选型
      化工企业所用蒸汽流量计的选择需综合考虑蒸汽温度、压力、流量、黏度、管道直径、精度、安装形式、后期维护情况以及价格等,结合多年的化工经验以及目前新建项目中流量计的应用情况,多采用孔板、长颈喷嘴、巴类、涡街4种蒸汽流量计,根据目前已经建设完成60万t合成氨、40万t二甲醚项目的仪表选型,并结合参考文献[3-7]和供应商选型样本,对以上4种流量计的适用范围进行总结,结果如表1所示。
      流量计适用范围
      1.1 涡街流量计
      不同类型的流量计能承受的压力和温度不同。目前,非常高承受压力为1 500 LB。当管道口径大于DN200且满管时,会出现涡街频率与流速波动频率相近甚至相同的情况[8],该现象随着口径增大、流速减缓而增大。因此,涡街流量计的口径选择在DN300以下。在测量蒸汽时,由于温度、压力、口径、价格等限制,应用于压力≤300 LB、口径≤DN300蒸汽流量的测量,一般情况下采用温压补偿一体化涡街流量计,具有维护方便、压力损失小等优点,但是对测量介质下线的雷诺系统要求较高,且现场不能有较大振动。
       
      1.2 巴类流量计
      巴类流量计具有压差小、运行稳定、不受介电常数影响[9]等优点,测量通径宽非常大可以达到3 000 mm。同时考虑巴类流量计的特点以及价格等因素,在本次项目建设蒸汽流量的测量中,在管道口径超过DN400、压力不大于600 LB的情况下采用巴类流量计,由于巴类流量计在流速较慢时前后压差较小,需要选择合适的差压变送器进行测量,尤其是在贸易结算中,采用多参量变送器的测量精度会更高。该流量计具有压损小、安装费用低、受油污影响小等优点,由于测量杆开孔较小,在开车期间容易堵塞。
       
      1.3 孔板流量计
      目前,市面上的孔板流量计有标准孔板、平衡孔板、多孔孔板等类型,标准孔板流量计在设计以及安装过程中都有严格的要求,尤其是在测量蒸汽时需要稳压补偿,前后直管段要求严格,需要增加伴热,由于为标准件,精度较高,制造相对简单,价格便宜,重复性、稳定性好,在量程比不大于5∶1、蒸汽压力不高的情况下选择孔板流量计。
       
      1.4 长颈喷嘴流量计
      长颈喷嘴流量计具有结构简单、耐高温高压、耐冲击、使用寿命长、测量范围宽、压力损失小等特点[10],在差压类
      流量计中,已有代替孔板流量计的趋势。另外,标准喷嘴有可靠的实验数据和完善的国际、国家标准,计量数据真实可靠,在蒸汽的贸易结算中具有不可代替的优势。在已经建设完成的项目中,大口径、高温、高压的蒸汽流量测量以及贸易结算均采用长颈喷嘴流量计。
       
      2 蒸汽流量计的安装与使用
      由于蒸汽的特殊性,在选择测量元件时,要尽可能地减少能量损失。在化工企业中,蒸汽流量计的选型经过设计院、厂家、技术人员的重重把关,很少会出现问题。在实际的安装过程中,技术人员不仅要考虑规范性,还要考虑蒸汽压力、温度对管道的影响,部分情况下管道振动和位移会造成焊缝裂开,尤其是在高温、高压、过热的蒸汽条件下。贸易结算流量计关乎双方利益,在选型和安装过程中应加倍关注。
       
      2.1 蒸汽流量计的安装
      蒸汽流量计的安装与流量计的特性有直接关系,本研究虽然介绍了4种常用的蒸汽流量计,但是安装分类将其分为两类:(1)差压流量计,包括孔板、长颈喷嘴、巴类流量计;(2)涡街流量计。根据测量原理,下面介绍两类流量计的安装。
       
      2.1.1 差压流量计
      由于孔板、长颈喷嘴、巴类流量计均属于差压流量计,在安装过程中存在很多共性要求,结合现场安装情况总结如下:(1)取压在管道水平位置中心上下45°范围内,前后直管段(孔板≥前10 D后5 D;长颈喷嘴≥前5 D后3 D;巴类≥ 前8 D后3 D;涡街≥前15 D后4 D)特殊情况参见厂家要求,例如前后有阀门、缩颈等,但是要保证流量计前直管段的距离要求。
      (2)除采用一体化蒸汽流量计,为了保证测量准确性,冷凝罐安装位置的高度要一致,冷凝罐前的冷凝液要能顺利流回母管,保证不形成液封。(3)高温高压蒸汽流量计的安装要考虑主蒸汽管道的振动或者位移,在安装冷凝罐时要保证一定的活动量(即在冷凝罐下方增加托架)消除管道的影响,防止焊口被撕裂或振裂。(4)在北方或者有可能结冰的情况下,要考虑伴热,伴热管与引压管尽可能一起敷设。(5)引压管的长度配置要合理,避免过短造成冷凝罐内冷凝液高度不一致或不冷凝。
       
      2.1.2 涡街流量计
      依据涡街流量计的测量原理、蒸汽介质对涡街流量计的影响(见参考文献[11]),结合现场的实际安装情况,涡街流量计在安装时主要考虑以下3个问题:(1)不能安装在管道非常低点或者有可能积液的地方,前后直管段尽可能长,保证前15 D后5 D,具体要求参见厂家安装要求。(2)避免安装在管道振动、电磁干扰较大的地方。(3)涡街流量计的安装要在管道吹扫结束后实施,法兰连接处过渡要平滑、无毛刺,位置要方便检修。
       
      2.2 流量计的使用
      蒸汽流量计的选型以及安装对后期的计量极其重要,尤其是在牵涉贸易结算的情况下。在本项目的建设中,由于空分采用供气模式,在贸易结算中牵涉多种气体以及液体的结算,而蒸汽贸易结算的流量计多达4台,流量计选型及使用情
      况如表2所示。
      流量计实际应用及选型
      由于这4台流量计均参与贸易结算,长颈喷嘴和巴类流量计要求采用罗斯蒙特多参量变送器,自带压力测量,并将温度信号直接接入变送器进行补偿,输出流量信号,经过一分二安全栅输出两路信号,送入双方分数控制系统进行监控。涡街流量计采用贸易积算仪,经过温度补偿后直接输出两路流量信号,送入双方分数控制系统,所有参与贸易结算的流量计均要第三方进行鉴定,并出具鉴定报告,目前流量计运行稳定,精度在控制范围之内。
       
      3 结语
      作为化工企业重要的热源或动力源,蒸汽流量计的选择对贸易结算、内部消耗计量以及后期的能源统计分析都有极其重要的作用。通过分析不同流量计的适用范围、优缺点、安装注意事项、贸易计算中变送器的选择以及应用,为蒸汽流量计的选择提供一定的帮助。但是在实际应用中,要结合应用场景以及厂家提供的计算书,综合考虑工艺、成本、环境等因素的影响,合理地选择流量的类型,保证测量的精确性。

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