石油化工流量儀表的選型及研究

員三妮

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075）

引言

隨著國家對能源開采利用的不斷重視，我國石化行業迅速發展。如何利用相關技術更好地提高企業生產質量與生產效率，已經成為了企業亟待解決的問題。經過科研人員大量研究發現，在石油化工行業，流量儀表應用非常廣泛，科學合理地選用流量儀表可以提升工作效率，降低生產成本。在實際的選擇中，存在諸多客觀因素，例如面對不同的流體、不同的外界環境和不同的成本預算等，技術人員必須根據生產實際選擇最適合的流量儀表，因此，本文將針對當前石化生產企業中影響流量儀表的選用因素來進行探討分析，為石化生產提供技術支持。

1 流量儀表的使用及影響因素分析

流量儀表的合理選用對能否精準測量起著至關重要的作用。在實際的選用中，要考慮監測對象的特點、外界環境以及產品質量的掌控等諸多因素。流量儀表種類繁多且都有各自的監測特點，通過前期對流量儀表的實踐性調研分析，在化工生產中，流量儀表在使用中應考慮以下六個方面：

1）被測物質的主要特性。在測試之前必須對被測物體的特性有足夠的了解，包括檢測對象的密度、濕度、溫度和腐蝕性等特點，還需要考慮檢測液體在流動的過程中是否出現滿管的情況。

2）滿足工藝對壓力損失的要求。在高壓情況下，工藝介質、密度以及粘度都會發生很大的改變，對儀表管路的安裝和尺寸也會產生一定的變化，這些變化都會導致流量儀表的性能受到一定程度的影響。在選型之前要核算經過流量儀表后的永久壓力損失是否影響工藝流程。

3）儀表的自身技術因素。在儀表的選用中還需要考慮儀表的自身技術性因素，例如儀表的精度是否達標、儀表誤差是否達到生產要求、儀表在使用中與其他生產設備是否配套等。

4）生產過程的環境因素。石油化工生產過程中，外界環境非常復雜。高溫、潮濕、電磁干擾、腐蝕性介質等諸多因素都會影響儀表的正常使用和安全性能。儀表選用之前應考慮外界因素。

5）儀表能否滿足現場的安裝要求。在安裝儀表前必須考慮是否滿足規定的前后直通道長度，同時需要考慮耐溫、耐壓、抗震以及安全保護等問題。

6）儀表選擇的使用成本。在保證其他因素均能實現的情況下，考慮成本因素時應該以確保安全生產為前提。

2 流量儀表主要類型及選用原則

流量儀表分為兩大類，即就地流量計和流量變送器。其中就地流量計包括葉輪式流量計、浮子流量計以及容積式流量計，這幾種流量計能夠在沒有電能供應的情況下正常工作。流量變送器的種類相對來說比較豐富，按照其使用原理可以分為體積流量計和質量流量計兩種，目前在化工行業中比較常見的有節流壓差式流量計、渦街流量計、超聲波流量計以及電磁流量計等等，均為體積流量計。使用體積流量計，測量的數值為體積流量，要想將數值轉換為質量流量，需要在系統中加入密度系數換算。此外在化工生產過程中，還有一些流量計，如熱式質量流量計，可以實現直接測量質量流量。

在選擇測量儀表之前，需要明確以下幾點：是否用于測瞬時流量累積值；是測流量絕對值還是測量流量變化值；是用于過程控制還是計量計算；是測量質量流量還是體積流量；流量儀表必須滿足測量目的要求。

2.1 轉子流量計

轉子流量計是根據節流原理測量流體流量的，它是通過改變流體的流通面積來保持轉子上下的差壓恒定，故又稱為變流通面積恒差壓流量計，也稱為浮子流量計。目前是應用最廣泛的一類，僅次于差壓式流量計，可用于復雜環境和各種介質條件的工藝流程。

2.2 容積式流量計

容積式流量計是利用機械測量元件把流體連續不斷地分隔成為單個已知的體積部分，根據各個測量室逐次重復排出已知體積的次數來測量流體體積累積值。計量精度高、量程比較大、安裝管道條件對計量精度沒有影響。但被測介質種類、口徑局限性較大，安裝體積較大，不適用高、低溫場合。

2.3 差壓式流量計

差壓式流量計是根據差壓原理測量流量的，主要通過在節流裝置前后產生差壓變化，完成流量計量工作。隨著儀表技術的快速發展，這類儀表應用場合正在減少。

2.4 電磁流量計

電磁流量計是利用電磁技術運行的流量儀表。測量液體效果較好，但是在測量中因其對外界干擾較為敏感，且測量流體較為單一，因而使用量也非常少。

2.5 超聲波流量計

超聲波流量計是利用檢測流體流動對超聲束的作用來測量的流量計。在石化工業生產中，特別是在大口徑水管線流量測試中應用廣泛。多通道超聲波流量計測量技術非常成熟，歐美等國家已經將氣體超聲波流量計作為法定計量器具。

2.6 渦輪流量計

渦輪流量計是葉輪式流量計的主要品種，傳感器采用多葉片的轉子通過流體的平均流速而得到流量。由于不能夠長期保持其校驗特性，需要定期進行校驗。對介質的清潔度要求較高，發展迅速，已經成為通用的一類流量計。

3 流量儀表選用原則探析

流量儀表采用單個5 V 電源供電。經過模數轉換后的輸出電壓針對5 mV/℃校準。采用5 V 單電源時，輸出在大約75 mV～4.75 V 之間保持線性，對應于15～950 ℃的溫度范圍。針對以上流量表的特點，我們在選擇儀表時應注意以下原則：

1）確保精度。在測量過程中首先要滿足技術要求，達到生產要求。

2）重復利用。確保合理的預算，降低生產成本，需要選擇可重復使用的測量儀表。

3）具備自動調整功能。具備自動調整功能的儀表在安裝之后，可提高儀表使用壽命，減少日常維護工作量。

4）實現測量中的范圍要求。選擇儀表時要滿足測量上限和下限要求，保證測量的準確度。

5）具有低功耗優勢。生產過程中，設備多且測量壓力大，管道運行與管體的功耗就會非常高，所以在儀表選擇時，我們需要選用永久損失壓力較小的儀表，減少生產中的耗能，降低生產成本。

6）具有較長的使用檢修期與使用壽命，這樣可以減少儀表問題對正常生產的影響。

7）考慮工藝介質是否有腐蝕性，選擇具有良好的耐腐蝕性。由于大部分生產產品與原料都具有較大的腐蝕性，所以要選用耐腐蝕性較好的儀表。

4 流量儀表的應用

流量儀表不僅是計量科學重要組成，而且在社會經濟、國防建設、科學研究等各種領域占據著非常重要的角色。在石油化工生產過程中，流量計是保證油田生產順利進行的重要設備。不論石油的運輸、開采還是冶煉都需要流量計。技術人員可以使用流量計計量蒸汽、液體及氣體，不僅能準確掌握流體的流量，而且為安全生產打下了良好的基礎。

4.1 在海洋鉆井平臺上的應用

根據其用途不同，可以將海洋鉆井平臺劃分為公用系統、輔助系統和工藝生產系統等三個板塊，每個版塊可以根據工作的實際需求，選擇相應的流量儀表。例如：在海洋中流體媒介為凝析油，其黏度為0.89 mPa·s（0.89 cP），工作壓力在6 690～7 411 kPa 之間，溫度在42～65 ℃范圍內，常規流量為0.521 m3/h。根據以上參數來確定儀表的合理選型：首先，排除電磁流量計，因為石油不導電。其次，從管道介質為凝析油考慮，由于凝析油最終進入終端，則可以排除渦輪式、超聲波式和質量式流量計。由于在海洋中鉆井，平臺空間有限，因而排除壓差式流量計。最后，從成本考慮，排除容積式流量計。為了滿足流速低，管徑小等特點只能選用轉子式流量計。

4.2 在陸地油田的應用

當前在國內陸地油田深井和超深井中都存在超密加重材料浪費嚴重的問題，如果要實現加重材料的高效再回收利用，需要根據油田中鉆井液的密度差異性、粘度和離心機等參數變化來考慮，技術人員可通過計算流量儀表傳感器獲取的信息數據來確定工作轉速和處理量。利用計算機做精準控制，達到回收利用的目的。

在整個過程中，流量儀表的選型至關重要，應從以下幾個方面來進行考慮：首先，陸地油田的外在環境非常惡劣，必須選用抗腐蝕性強的儀表，所以質量流量計不能選用。其次，從即時控制和測量精度等方面考慮，排除壓差式、轉子式、超聲波式與渦銜式流量計。從流體粘度要求來考慮，可以排除渦輪式流量計。最終，選用能夠測量腐蝕性、導電性液體的電磁流量計。電磁流量計安裝在現場并進行測試，滿足其要求。

5 結語

在石油化工行業，流量儀表的選型和應用，對于化工生產非常重要。許多科研人員將時間和精力都投入到化工儀表的開發研究上，促進了我國化工行業流量儀表的不斷發展。在進行流量儀表的選擇過程中，一定要嚴格按照經濟性、智能化以及工藝指標進行合理的選擇，確保儀表的選擇能夠符合化工生產的實際要求，才能充分發揮作用，達到標準計量的目的，確保化工行業安全生產并持續發展。