浅谈石油、化工企业蒸汽计量仪表的技术创造

摘 要：在石油、化工企业中蒸汽被普遍使用，包括饱和蒸汽和过热蒸汽。而在生产实践中，对于蒸汽这两种存在状态的计量问题都有一定的难度，其中饱和蒸汽的测量难点在于：一是蒸汽中会出现的汽、水两相流测量问题，对其干度的修正很难得到正确的数值；二是蒸汽使用的最终用户多为中、小型装置，存在着用汽量经常波动较大幅度的因素，因适应范围要求大计量仪表的难以适应。对于过热蒸汽计量的麻烦要小于饱和蒸汽。除以上原因外，再加上仪表自身性能的缺陷，也会造成计量误差过大。本文就几种常用蒸汽计量仪表的优劣势进行分析，以达到在实际工作中权衡利弊，选用适宜的计量仪表。
　　关键词：石油、化工企业；蒸汽计量；仪表选用
　　能源是国民经济的基础，而在石油、化工行业对于能耗的准确计量关系到生产的成本，其中蒸汽消耗在企业能耗的权重相对较大，这样如何在蒸汽计量工作中，选用适宜的计量仪表一直是能源计量人员面临的重要课题。
　　1 现有蒸汽计量状况分析
　　从目前石油、化工企业蒸汽计量运行现状来看，孔板流量计因适应性较强被大量使用，其中直径在DN200mm以上的场合尤为如此。 孔板流量计的利弊如下：
　　1.1 优点
　　①标准节流件得到了国际标准组织的认可，全世界通用。在流量计中是唯一的，无需实流校准。②结构简单、牢固、易于复制，性能稳定可靠。③ 适应范围广，包括全部单相流体和部分混相流。④检测件、差压显示仪表等关键部件可由不同制造商生产，便于专业化、规模生产。
　　1.2缺点
　　（1）计量的精确度属于中等水平，由于影响因素较多，精确度难于提高。（2）适应范围度窄，一般范围度仅3∶1 ～ 4∶1。（3）孔板流量计安装在管路直管段的长度要求高并且规范，受管道上安装的弯头、阀门、扩径、缩径、分管及会管等因素影响，这样在实际安装位置因直管段长度不符合标准要求或因孔板安装不规范而造成的附加测量误差，总是存在的。（4）由于采用孔板限流就会产生压力损失，为维持一台孔板流量计正常运行需要附加额外的动力来克服孔板的压力损失。该附加耗能耗可直接通过压力损失及流量计算确定，孔板节流产生的附加运行费用是极高的，一年约多耗能折合电能可达数万度，经济损失可达万元。而采用弯管流量计该运行费用为零。（5）由于采用法兰连接，易产生跑、冒、滴、漏问题，增加了维护工作量。（6）孔板流量计是通过内孔锐角线来保证精度的。因此对腐蚀、结垢、磨损、脏污等因素都敏感，需每年拆下检查一次。（7）现在已经有可在线更换式孔板，在一定程度上可以通过更换的方式控制来减小因“挂污”、“磨损”等造成的测量偏差，但不能彻底消除这种测量偏差（总不能频繁地进行更换或清洗），而孔板的其它弊病也是依然存在。而且可更换孔板的安装附加误差也很难把握，密封问题，特别是高差压下的内漏问题，更是不能令使用者放心。
　　1.3 结论
　　通过综上分析，使用孔板流量计（含在线活动孔板）的实际测量偏差值要比孔板通过标定（无论是干标，还是湿标）得到的误差值偏大。多数情况下是卖方吃亏。
　　2 其他几种蒸汽计量方式探讨
　　鉴于孔板流量计的自身存在一定的弊端，伴随着对流量测量技术不断深入研究，测量技术得到了加速发展。若干新型、改进型流量测量仪表已陆续广泛投入使用。即使它们在某些计量场合也取得了较好的计量效果，但孔板一直占据计量仪表主导位势。下面就几种可能取代孔板用于蒸汽计量的测量手段予以简要分析。
　　2.1 内文丘里管流量计
　　内文丘里管流量计是在集传统文丘里管、耐磨型孔板、环形孔板等优点的计量方式，是新一代差压式流量仪表。技术优点是：（1）对被测介质适应能力强。适用于各种液体、气体及蒸汽的计量。（2）测量精度高，稳定性好。不存在孔板锐边磨蚀和积污问题，在测量过程中流出系数能保持恒定。（3）测量范围度较宽，量程比可大于10∶1，甚至能达16∶1，26∶1，其流出系数线性度仍低于0.5%。（4）压力损失小，约为孔板的1/3-1/5。（5）由于改善了内部结构形式对于直管段安装长度相比没有那么高是要求，最短直管段长度只需孔板的12%左右，即达到管径的1—3倍就可满足需要。但同时内文丘里管欲获得高的测量精度必须配置性能优良的差压变送器，这样就又增加了计量设备费用。
　　2.2 涡街流量计
　　涡街流量计具有相对结构简单、安装及维护管理方便的优势，对于蒸汽测量精度为1～1.5%（不包含对于温度及压力进行的修正），量程比较宽一般为20∶1。近年来涡街在DN200mm以下，用于测量蒸汽，发展较快。在实际使用中涡街流量计也存在局限性，主要以下几点：（1）受采用的检测原理限制，在测量管径的选取方面应在DN300mm以下；由于信号检测设备受耐温能力限制要求，需将所测介质温度应在350℃以下。（2）受检测原理限制，要求测量的流动雷诺数下限较高。在强烈振动场的环境下工作不可靠。（3）对入口管路直管段长度的要求高（稍高于孔板的要求），否则会产生较大的附加测量误差。
　　2.3 弯头流量计
　　弯头流量计又被称为弯管流量计，其原理是利用流体通过弯头弧形通道时，在弯头内侧半径与外侧半径之间形成的静压力差与平均流速之间的形成定量关系通过建立数学模型计算，从而得到流体流量的，同属于差压式流量计。其多用于气体流量方面的测量。其优点是结构相对简单、性能稳定、重复性好及性价比高等优势。主要缺点是计量精度偏低，流量系数不确定度一般为6%左右，且不适于对低压、低流速流体进行计量，其测量精度低是由于采用的测量模型决定的。并且当流体在流经弯头各断面时的流场速度分布及其复杂，且长时间使用会出现挂垢、冲刷及化学腐蚀等现象，流动雷诺数及管壁粗糙度的变化，对于流量系数变化影响非常敏感。流体流入弯头之前的非轴对称速度分布对于流量系数的影响，也远大于流体经过标准孔板。需采用计算机软件修正技术对流量系数进行实流标定，这样可以改善弯头流量计的精度，但是除了雷诺数数值可进行动态修正以外，其它变量因素很难通过使用采用软件的方法进行修正，并予以解决。在理论上，如在实测工况范围内，通过采用实测介质方式进行实流标定进行实际测量时，再按依据标定结果通过回归出的数据，建立数学模型进行来实时修正。就能够获得相对满意的计量精度指标。但是，就一般的在实际生产中的计量而言是难以办到的。弯头流量计选取原则只适合用于工况变化幅度小；对于测量精度要求低；且能有较好计量重复性即可的工况。
　　3 建议
　　为改善石油、化工企业现有蒸汽计量现状，应当从多角度进行综合分析，并根据实际的测量条件和改善计量效果的需要，通过对于不同工况及对于计量精度的要求，正确客观地分析比较后做出选型。