煤化工領(lǐng)域的流量測(cè)量新選擇

文/張寶

煤化工領(lǐng)域的流量測(cè)量新選擇

文/張寶

高溫外夾超聲波流量計(jì)在煤制油裝置重液化油測(cè)量中的應(yīng)用——在工業(yè)生產(chǎn)工程中，要保證每個(gè)生產(chǎn)單元的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須準(zhǔn)確獲取物位、壓力、溫度流量及其他相關(guān)工藝參數(shù)。其中流量參數(shù)是測(cè)量難度最大、測(cè)量點(diǎn)狀況差異最大和最重要的被檢測(cè)參數(shù)。

傳統(tǒng)的流量計(jì)多采用差壓原理的儀表，如孔板流量計(jì)、V錐流量計(jì)和楔式流量計(jì)等等。差壓式流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的靜壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量，由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管和差壓計(jì)或差壓變送器及顯示儀表組成。其特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性好、耐受性佳且方便操作。這些流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)裝置的流量計(jì)總量中，通常占據(jù)60%以上的比例。

面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，以及應(yīng)對(duì)全球節(jié)能減排的訴求，企業(yè)更加關(guān)注工廠的運(yùn)行效率，盡可能降低能耗，以提高競(jìng)爭(zhēng)力。因此，大量的投資被用于提升工廠的自動(dòng)化水平和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控，以提升工廠的過(guò)程控制效率。諸如，在石油天然氣和能源行業(yè)，密閉傳輸設(shè)施中需要性能可靠的流體測(cè)量設(shè)備，化工和制藥行業(yè)中需要高精準(zhǔn)的流量計(jì)等，種種趨勢(shì)必將帶動(dòng)傳感器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（包括流量計(jì)）的發(fā)展。流量計(jì)的設(shè)計(jì)中正在更多地引入更為先進(jìn)的電子技術(shù)，如數(shù)字信號(hào)處理（DSP）和微處理器，這使得流量計(jì)具備了自診斷功能，并且能夠更好地與生產(chǎn)控制層面進(jìn)行通信。性能的提高更好地滿(mǎn)足了行業(yè)用戶(hù)的需求，為流量計(jì)創(chuàng)造了更多的市場(chǎng)應(yīng)用空間。

伴隨著測(cè)量技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，以及企業(yè)降低生產(chǎn)成本的訴求，新型流量?jī)x表因時(shí)而生并且大有后來(lái)者居上之勢(shì)。本文結(jié)合煤化工裝置油煤漿流量測(cè)量中遇到的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入分析，提出探索性解決方案，并付諸實(shí)施，以供商榷。

煤化工裝置重液化油流量測(cè)量疑難問(wèn)題分析

測(cè)量方案分析

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

●介質(zhì)名稱(chēng)：重液化油流量測(cè)量（含5～10%煤粉顆粒）；

●設(shè)備位號(hào)：104-FE-0301；

●操作溫度：274 ℃，設(shè)計(jì)溫度380 ℃；

●壓力：操作14.383 MPa，設(shè)計(jì)壓力17 MPa；

●密度：819 kg/m3，動(dòng)力粘度0.31 mPa.s；

●管道：外徑325 mm，管壁厚32 mm。

該裝置原始設(shè)計(jì)為當(dāng)時(shí)技術(shù)較為先進(jìn)的美國(guó)原裝進(jìn)口高壓孔板流量計(jì)，選用高溫型雙法蘭差壓變送器進(jìn)行差壓信號(hào)的測(cè)量采集和轉(zhuǎn)換變送。

運(yùn)行情況分析

高壓孔板流量計(jì)投用后初期運(yùn)行較為正常，但在運(yùn)行幾個(gè)月之后開(kāi)始出現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和零點(diǎn)漂移等現(xiàn)象。

檢修期間解體檢查發(fā)現(xiàn)，節(jié)流部位有磨損，引壓管局部堵塞（見(jiàn)圖1），雙法蘭變送器取壓膜盒表面有結(jié)焦現(xiàn)象（見(jiàn)圖2）。經(jīng)過(guò)儀表維修部門(mén)進(jìn)行清洗和二次校正后重新安裝投入運(yùn)行，可以正常使用。但在投入運(yùn)行后不久，之前的故障現(xiàn)象再次出現(xiàn)，并有逐漸嚴(yán)重的趨勢(shì)。雖然采用了沖洗油系統(tǒng)，但對(duì)于解決結(jié)焦問(wèn)題沒(méi)有明顯效果。

在正常生產(chǎn)周期中，基本沒(méi)有機(jī)會(huì)對(duì)該位置的流量?jī)x表進(jìn)行檢修，所以在大部分的生產(chǎn)運(yùn)行中，該流量?jī)x表只能“帶病”工作，主要參考其流量趨勢(shì)。

在裝置的運(yùn)行末期，該流量?jī)x表的流量顯示已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離實(shí)際數(shù)據(jù)，給裝置的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。

圖1

圖2

超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

超聲波流量計(jì)的原理介紹

超聲波流量計(jì)大多采用時(shí)差式測(cè)量原理：一個(gè)探頭發(fā)射信號(hào)穿過(guò)管壁、介質(zhì)和另一側(cè)管壁后，被另一個(gè)探頭接收到，同時(shí)，第二個(gè)探頭同樣發(fā)射信號(hào)被第一個(gè)探頭接收到。由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時(shí)間差Δt，根據(jù)推算可以得出流速V和時(shí)間差Δt之間的換算關(guān)系V=(C2/2L)×Δt，（C= 聲速）進(jìn)而可以得到流量值Q=V×A（見(jiàn)圖3）。

超聲波流量計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

超聲波流量計(jì)具有很多優(yōu)點(diǎn)：精度高；測(cè)量范圍大；測(cè)量結(jié)果不受導(dǎo)電率、壓力、溫度及粘度的影響；與介質(zhì)不接觸，尤其適用于腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量；安裝簡(jiǎn)單，費(fèi)用低；可在現(xiàn)有管道上安裝，無(wú)需切斷工藝管道；無(wú)擾流件，無(wú)需縮徑，無(wú)泄漏，低成本。

圖3

高溫重液化油流量測(cè)量疑難問(wèn)題的解決

超聲波流量計(jì)的選用

為解決重液化油流量測(cè)量問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員立足裝置，深入挖掘問(wèn)題根源，并進(jìn)行了大量的市場(chǎng)調(diào)研工作。經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選，初步確定采用外夾式超聲波流量計(jì)的技術(shù)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(zhì)接觸，不存在磨損問(wèn)題；

●超聲波流量傳感器不進(jìn)入管道，對(duì)流體流場(chǎng)狀態(tài)無(wú)干擾；

●沒(méi)有引壓管，所以沒(méi)有堵塞的可能性。

高溫外夾超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)

德國(guó)弗萊克森公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)產(chǎn)品FLUXUS系列高溫外夾超聲波流量計(jì)可以準(zhǔn)確進(jìn)行-200～600℃的高溫介質(zhì)流量檢測(cè)（同理也可用于低溫介質(zhì)流量檢測(cè)）。該產(chǎn)品利用專(zhuān)利的WaveInjector技術(shù)，通過(guò)特殊材質(zhì)的導(dǎo)波板結(jié)構(gòu)，將超聲波脈沖信號(hào)完整的導(dǎo)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(nèi)。局部保溫結(jié)構(gòu)可有效防止熱量的散失，不影響生產(chǎn)運(yùn)行的正常進(jìn)行（見(jiàn)圖4、5）。該流量計(jì)的突出技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：

圖4

圖5

●實(shí)現(xiàn)高溫流體介質(zhì)流量的非接觸測(cè)量；

●導(dǎo)波板結(jié)構(gòu)的良好導(dǎo)聲與降溫效果；

●金屬高溫耦合片不揮發(fā)，可長(zhǎng)期使用，免維護(hù)；

●采用時(shí)差法和噪聲跟蹤法雙測(cè)量原理，耐固體雜質(zhì)能力強(qiáng)。

高溫外夾超聲波流量計(jì)的應(yīng)用效果

最終技術(shù)人員確定并采購(gòu)了一套FLUXUS系列的高溫外夾超聲波流量計(jì)用于104單元油重液化油進(jìn)料流量測(cè)量（見(jiàn)圖6和7）。

圖6

圖7

安裝調(diào)試過(guò)程完全是在裝置的運(yùn)行期間進(jìn)行，無(wú)需停產(chǎn)或者切開(kāi)管路，也無(wú)需動(dòng)火作業(yè)。只需將管道的局部保溫拆解，并對(duì)導(dǎo)波板的安裝位置進(jìn)行物理打磨清理干凈。整個(gè)安裝過(guò)程耗時(shí)不到2個(gè)小時(shí)，一次調(diào)試成功，獲得了良好的信號(hào)（見(jiàn)圖8）。

圖8

該流量計(jì)投用至今已有4年之久，表現(xiàn)良好，且沒(méi)有增加額外的維護(hù)工作。

結(jié)語(yǔ)

高溫外夾超聲波流量計(jì)利用其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，解決了生產(chǎn)中的流量測(cè)量難題，克服了常規(guī)超聲波流量計(jì)無(wú)法測(cè)量高溫流體的限制，在石油化工行業(yè)有著廣闊前景。

在應(yīng)用過(guò)程中，我們還體會(huì)到，這種非接觸式的流量測(cè)量方式?jīng)]有壓力損失，對(duì)于節(jié)能降耗也有著非常好的幫助。對(duì)于一些腐蝕性和毒性介質(zhì)的流量測(cè)也很有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一些大口徑管道的流量測(cè)量，性?xún)r(jià)比更加良好。

世界上沒(méi)有所謂最好的流量?jī)x表，因地制宜選擇最適合的流量?jī)x表才能獲得最好的過(guò)程控制效果。

本文作者供職于神華集團(tuán)鄂爾多斯煤制油分公司。