合成氨工藝中蒸汽流量計(jì)的選型與安裝

李 芳，張 超，劉 杰

（河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)，河南 新鄉(xiāng) 453700）

蒸汽作為化工企業(yè)常用的熱源氣體，其計(jì)量是企業(yè)能耗評(píng)定以及降低消耗的關(guān)鍵指標(biāo)。從企業(yè)效益出發(fā)，要降低生產(chǎn)成本，就要降低蒸汽的消耗量[1]。在貿(mào)易結(jié)算中，蒸汽流量計(jì)扮演著重要角色。

由于蒸汽介質(zhì)的特殊性以及計(jì)量系統(tǒng)的復(fù)雜性，很多工程技術(shù)人員面對(duì)蒸汽生產(chǎn)和蒸汽利用問題時(shí)難以把控，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤[2]。由于化工企業(yè)工況復(fù)雜，測量儀表都有一定的測量范圍和量程比，而需要測量的蒸汽流量量程比較大，采用一種類型的測量儀表很難滿足現(xiàn)場的實(shí)際需求。因此，在流量計(jì)的選型過程中要充分考慮不同類型流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)、合適的溫壓補(bǔ)償措施等，甚至在部分工況下，為了保證測量的準(zhǔn)確性，需要變更工藝管道設(shè)計(jì)，保證流量計(jì)的精度。在蒸汽流量計(jì)的安裝過程中，前后直管段的長度、管道因溫度變化造成的膨脹、冷凝罐的安裝高度等對(duì)流量計(jì)的精度、穩(wěn)定運(yùn)行等都有較大的影響。本研究主要對(duì)化工企業(yè)使用的蒸汽流量計(jì)的選型、安裝以及運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行重點(diǎn)討論。

1 蒸汽流量計(jì)的選型

化工企業(yè)所用蒸汽流量計(jì)的選擇需綜合考慮蒸汽溫度、壓力、流量、黏度、管道直徑、精度、安裝形式、后期維護(hù)情況以及價(jià)格等，結(jié)合多年的化工經(jīng)驗(yàn)以及目前新建項(xiàng)目中流量計(jì)的應(yīng)用情況，多采用孔板、長頸噴嘴、巴類、渦街4種蒸汽流量計(jì)，根據(jù)目前已經(jīng)建設(shè)完成60萬t合成氨、40萬t二甲醚項(xiàng)目的儀表選型，并結(jié)合參考文獻(xiàn)[3-7]和供應(yīng)商選型樣本，對(duì)以上4種流量計(jì)的適用范圍進(jìn)行總結(jié)，結(jié)果如表1所示。

表1 流量計(jì)適用范圍

1.1 渦街流量計(jì)

不同類型的流量計(jì)能承受的壓力和溫度不同。目前，最高承受壓力為1 500 LB。當(dāng)管道口徑大于DN200且滿管時(shí)，會(huì)出現(xiàn)渦街頻率與流速波動(dòng)頻率相近甚至相同的情況[8]，該現(xiàn)象隨著口徑增大、流速減緩而增大。因此，渦街流量計(jì)的口徑選擇在DN300以下。在測量蒸汽時(shí)，由于溫度、壓力、口徑、價(jià)格等限制，應(yīng)用于壓力≤300 LB、口徑≤DN300蒸汽流量的測量，一般情況下采用溫壓補(bǔ)償一體化渦街流量計(jì)，具有維護(hù)方便、壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)測量介質(zhì)下線的雷諾系統(tǒng)要求較高，且現(xiàn)場不能有較大振動(dòng)。

1.2 巴類流量計(jì)

巴類流量計(jì)具有壓差小、運(yùn)行穩(wěn)定、不受介電常數(shù)影響[9]等優(yōu)點(diǎn)，測量通徑寬最大可以達(dá)到3 000 mm。同時(shí)考慮巴類流量計(jì)的特點(diǎn)以及價(jià)格等因素，在本次項(xiàng)目建設(shè)蒸汽流量的測量中，在管道口徑超過DN400、壓力不大于 600 LB的情況下采用巴類流量計(jì)，由于巴類流量計(jì)在流速較慢時(shí)前后壓差較小，需要選擇合適的差壓變送器進(jìn)行測量，尤其是在貿(mào)易結(jié)算中，采用多參量變送器的測量精度會(huì)更高。該流量計(jì)具有壓損小、安裝費(fèi)用低、受油污影響小等優(yōu)點(diǎn)，由于測量桿開孔較小，在開車期間容易堵塞。

1.3 孔板流量計(jì)

目前，市面上的孔板流量計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)孔板、平衡孔板、多孔孔板等類型，標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)在設(shè)計(jì)以及安裝過程中都有嚴(yán)格的要求，尤其是在測量蒸汽時(shí)需要穩(wěn)壓補(bǔ)償，前后直管段要求嚴(yán)格，需要增加伴熱，由于為標(biāo)準(zhǔn)件，精度較高，制造相對(duì)簡單，價(jià)格便宜，重復(fù)性、穩(wěn)定性好，在量程比不大于5∶1、蒸汽壓力不高的情況下選擇孔板流量計(jì)。

1.4 長頸噴嘴流量計(jì)

長頸噴嘴流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫高壓、耐沖擊、使用壽命長、測量范圍寬、壓力損失小等特點(diǎn)[10]，在差壓類流量計(jì)中，已有代替孔板流量計(jì)的趨勢。另外，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和完善的國際、國家標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，在蒸汽的貿(mào)易結(jié)算中具有不可代替的優(yōu)勢。在已經(jīng)建設(shè)完成的項(xiàng)目中，大口徑、高溫、高壓的蒸汽流量測量以及貿(mào)易結(jié)算均采用長頸噴嘴流量計(jì)。

2 蒸汽流量計(jì)的安裝與使用

由于蒸汽的特殊性，在選擇測量元件時(shí)，要盡可能地減少能量損失。在化工企業(yè)中，蒸汽流量計(jì)的選型經(jīng)過設(shè)計(jì)院、廠家、技術(shù)人員的重重把關(guān)，很少會(huì)出現(xiàn)問題。在實(shí)際的安裝過程中，技術(shù)人員不僅要考慮規(guī)范性，還要考慮蒸汽壓力、溫度對(duì)管道的影響，部分情況下管道振動(dòng)和位移會(huì)造成焊縫裂開，尤其是在高溫、高壓、過熱的蒸汽條件下。貿(mào)易結(jié)算流量計(jì)關(guān)乎雙方利益，在選型和安裝過程中應(yīng)加倍關(guān)注。

2.1 蒸汽流量計(jì)的安裝

蒸汽流量計(jì)的安裝與流量計(jì)的特性有直接關(guān)系，本研究雖然介紹了4種常用的蒸汽流量計(jì)，但是安裝分類將其分為兩類：（1）差壓流量計(jì)，包括孔板、長頸噴嘴、巴類流量計(jì)；（2）渦街流量計(jì)。根據(jù)測量原理，下面介紹兩類流量計(jì)的安裝。

2.1.1 差壓流量計(jì)

由于孔板、長頸噴嘴、巴類流量計(jì)均屬于差壓流量計(jì)，在安裝過程中存在很多共性要求，結(jié)合現(xiàn)場安裝情況總結(jié)如下：（1）取壓在管道水平位置中心上下45°范圍內(nèi)，前后直管段（孔板≥前10 D后5 D；長頸噴嘴≥前5 D后3 D；巴類≥ 前8 D后3 D；渦街≥前15 D后4 D）特殊情況參見廠家要求，例如前后有閥門、縮頸等，但是要保證流量計(jì)前直管段的距離要求。（2）除采用一體化蒸汽流量計(jì)，為了保證測量準(zhǔn)確性，冷凝罐安裝位置的高度要一致，冷凝罐前的冷凝液要能順利流回母管，保證不形成液封。（3）高溫高壓蒸汽流量計(jì)的安裝要考慮主蒸汽管道的振動(dòng)或者位移，在安裝冷凝罐時(shí)要保證一定的活動(dòng)量（即在冷凝罐下方增加托架）消除管道的影響，防止焊口被撕裂或振裂。（4）在北方或者有可能結(jié)冰的情況下，要考慮伴熱，伴熱管與引壓管盡可能一起敷設(shè)。（5）引壓管的長度配置要合理，避免過短造成冷凝罐內(nèi)冷凝液高度不一致或不冷凝。

2.1.2 渦街流量計(jì)

依據(jù)渦街流量計(jì)的測量原理、蒸汽介質(zhì)對(duì)渦街流量計(jì)的影響（見參考文獻(xiàn)[11]），結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際安裝情況，渦街流量計(jì)在安裝時(shí)主要考慮以下3個(gè)問題：（1）不能安裝在管道最低點(diǎn)或者有可能積液的地方，前后直管段盡可能長，保證前15 D后5 D，具體要求參見廠家安裝要求。（2）避免安裝在管道振動(dòng)、電磁干擾較大的地方。（3）渦街流量計(jì)的安裝要在管道吹掃結(jié)束后實(shí)施，法蘭連接處過渡要平滑、無毛刺，位置要方便檢修。

2.2 流量計(jì)的使用

蒸汽流量計(jì)的選型以及安裝對(duì)后期的計(jì)量極其重要，尤其是在牽涉貿(mào)易結(jié)算的情況下。在本項(xiàng)目的建設(shè)中，由于空分采用供氣模式，在貿(mào)易結(jié)算中牽涉多種氣體以及液體的結(jié)算，而蒸汽貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)多達(dá)4臺(tái)，流量計(jì)選型及使用情況如表2所示。

表2 流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用及選型

由于這4臺(tái)流量計(jì)均參與貿(mào)易結(jié)算，長頸噴嘴和巴類流量計(jì)要求采用羅斯蒙特多參量變送器，自帶壓力測量，并將溫度信號(hào)直接接入變送器進(jìn)行補(bǔ)償，輸出流量信號(hào)，經(jīng)過一分二安全柵輸出兩路信號(hào)，送入雙方分?jǐn)?shù)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。渦街流量計(jì)采用貿(mào)易積算儀，經(jīng)過溫度補(bǔ)償后直接輸出兩路流量信號(hào)，送入雙方分?jǐn)?shù)控制系統(tǒng)，所有參與貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)均要第三方進(jìn)行鑒定，并出具鑒定報(bào)告，目前流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，精度在控制范圍之內(nèi)。

3 結(jié)語

作為化工企業(yè)重要的熱源或動(dòng)力源，蒸汽流量計(jì)的選擇對(duì)貿(mào)易結(jié)算、內(nèi)部消耗計(jì)量以及后期的能源統(tǒng)計(jì)分析都有極其重要的作用。通過分析不同流量計(jì)的適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)、安裝注意事項(xiàng)、貿(mào)易計(jì)算中變送器的選擇以及應(yīng)用，為蒸汽流量計(jì)的選擇提供一定的幫助。但是在實(shí)際應(yīng)用中，要結(jié)合應(yīng)用場景以及廠家提供的計(jì)算書，綜合考慮工藝、成本、環(huán)境等因素的影響，合理地選擇流量的類型，保證測量的精確性。