煤化工領域的流量測量新選擇

文/張寶

煤化工領域的流量測量新選擇

文/張寶

高溫外夾超聲波流量計在煤制油裝置重液化油測量中的應用——在工業生產工程中，要保證每個生產單元的安全穩定運行，必須準確獲取物位、壓力、溫度流量及其他相關工藝參數。其中流量參數是測量難度最大、測量點狀況差異最大和最重要的被檢測參數。

傳統的流量計多采用差壓原理的儀表，如孔板流量計、V錐流量計和楔式流量計等等。差壓式流量計是基于流體流動的節流原理，利用流體流經節流裝置時產生的靜壓差來實現流量測量，由節流裝置、導壓管和差壓計或差壓變送器及顯示儀表組成。其特點是經濟性好、耐受性佳且方便操作。這些流量計在工業生產裝置的流量計總量中，通常占據60%以上的比例。

面對激烈的市場競爭環境，以及應對全球節能減排的訴求，企業更加關注工廠的運行效率，盡可能降低能耗，以提高競爭力。因此，大量的投資被用于提升工廠的自動化水平和現場數據的采集和實時監控，以提升工廠的過程控制效率。諸如，在石油天然氣和能源行業，密閉傳輸設施中需要性能可靠的流體測量設備，化工和制藥行業中需要高精準的流量計等，種種趨勢必將帶動傳感器和現場設備（包括流量計）的發展。流量計的設計中正在更多地引入更為先進的電子技術，如數字信號處理（DSP）和微處理器，這使得流量計具備了自診斷功能，并且能夠更好地與生產控制層面進行通信。性能的提高更好地滿足了行業用戶的需求，為流量計創造了更多的市場應用空間。

伴隨著測量技術和信息技術的快速發展，以及企業降低生產成本的訴求，新型流量儀表因時而生并且大有后來者居上之勢。本文結合煤化工裝置油煤漿流量測量中遇到的技術問題進行深入分析，提出探索性解決方案，并付諸實施，以供商榷。

煤化工裝置重液化油流量測量疑難問題分析

測量方案分析

煤化工裝置104單元油重液化油進料流量是工藝控制中非常重要的檢測參數，具體如下：

●介質名稱：重液化油流量測量（含5～10%煤粉顆粒）；

●設備位號：104-FE-0301；

●操作溫度：274 ℃，設計溫度380 ℃；

●壓力：操作14.383 MPa，設計壓力17 MPa；

●密度：819 kg/m3，動力粘度0.31 mPa.s；

●管道：外徑325 mm，管壁厚32 mm。

該裝置原始設計為當時技術較為先進的美國原裝進口高壓孔板流量計，選用高溫型雙法蘭差壓變送器進行差壓信號的測量采集和轉換變送。

運行情況分析

高壓孔板流量計投用后初期運行較為正常，但在運行幾個月之后開始出現測量數據不穩定和零點漂移等現象。

檢修期間解體檢查發現，節流部位有磨損，引壓管局部堵塞（見圖1），雙法蘭變送器取壓膜盒表面有結焦現象（見圖2）。經過儀表維修部門進行清洗和二次校正后重新安裝投入運行，可以正常使用。但在投入運行后不久，之前的故障現象再次出現，并有逐漸嚴重的趨勢。雖然采用了沖洗油系統，但對于解決結焦問題沒有明顯效果。

在正常生產周期中，基本沒有機會對該位置的流量儀表進行檢修，所以在大部分的生產運行中，該流量儀表只能“帶病”工作，主要參考其流量趨勢。

在裝置的運行末期，該流量儀表的流量顯示已經遠遠偏離實際數據，給裝置的穩定運行帶來隱患。

圖1

圖2

超聲波流量計的測量原理與技術優勢

超聲波流量計的原理介紹

超聲波流量計大多采用時差式測量原理：一個探頭發射信號穿過管壁、介質和另一側管壁后，被另一個探頭接收到，同時，第二個探頭同樣發射信號被第一個探頭接收到。由于受到介質流速的影響，二者存在時間差Δt，根據推算可以得出流速V和時間差Δt之間的換算關系V=(C2/2L)×Δt，（C= 聲速）進而可以得到流量值Q=V×A（見圖3）。

超聲波流量計的技術優勢

超聲波流量計具有很多優點：精度高；測量范圍大；測量結果不受導電率、壓力、溫度及粘度的影響；與介質不接觸，尤其適用于腐蝕性介質的測量；安裝簡單，費用低；可在現有管道上安裝，無需切斷工藝管道；無擾流件，無需縮徑，無泄漏，低成本。

圖3

高溫重液化油流量測量疑難問題的解決

超聲波流量計的選用

為解決重液化油流量測量問題，相關技術人員立足裝置，深入挖掘問題根源，并進行了大量的市場調研工作。經過反復篩選，初步確定采用外夾式超聲波流量計的技術方案，主要基于以下三方面原因：

●超聲波流量傳感器不與介質接觸，不存在磨損問題；

●超聲波流量傳感器不進入管道，對流體流場狀態無干擾；

●沒有引壓管，所以沒有堵塞的可能性。

高溫外夾超聲波流量計的特點

德國弗萊克森公司開發的專利技術產品FLUXUS系列高溫外夾超聲波流量計可以準確進行-200～600℃的高溫介質流量檢測（同理也可用于低溫介質流量檢測）。該產品利用專利的WaveInjector技術，通過特殊材質的導波板結構，將超聲波脈沖信號完整的導入流體，并將管道外表面的高溫局部降低到超聲波流量傳感器可承受的范圍之內。局部保溫結構可有效防止熱量的散失，不影響生產運行的正常進行（見圖4、5）。該流量計的突出技術優勢包括：

圖4

圖5

●實現高溫流體介質流量的非接觸測量；

●導波板結構的良好導聲與降溫效果；

●金屬高溫耦合片不揮發，可長期使用，免維護；

●采用時差法和噪聲跟蹤法雙測量原理，耐固體雜質能力強。

高溫外夾超聲波流量計的應用效果

最終技術人員確定并采購了一套FLUXUS系列的高溫外夾超聲波流量計用于104單元油重液化油進料流量測量（見圖6和7）。

圖6

圖7

安裝調試過程完全是在裝置的運行期間進行，無需停產或者切開管路，也無需動火作業。只需將管道的局部保溫拆解，并對導波板的安裝位置進行物理打磨清理干凈。整個安裝過程耗時不到2個小時，一次調試成功，獲得了良好的信號（見圖8）。

圖8

該流量計投用至今已有4年之久，表現良好，且沒有增加額外的維護工作。

結語

高溫外夾超聲波流量計利用其獨特的技術特點，解決了生產中的流量測量難題，克服了常規超聲波流量計無法測量高溫流體的限制，在石油化工行業有著廣闊前景。

在應用過程中，我們還體會到，這種非接觸式的流量測量方式沒有壓力損失，對于節能降耗也有著非常好的幫助。對于一些腐蝕性和毒性介質的流量測也很有優勢。對于一些大口徑管道的流量測量，性價比更加良好。

世界上沒有所謂最好的流量儀表，因地制宜選擇最適合的流量儀表才能獲得最好的過程控制效果。

本文作者供職于神華集團鄂爾多斯煤制油分公司。