淺析孔板流量計(jì)在煉油廠中的應(yīng)用及日常維護(hù)

上海上自儀公司主要介紹標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)在煉油廠中的應(yīng)用情況，以及孔板流量計(jì)的測(cè)量原理及安裝要求，探討孔板流量計(jì)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施，淺談孔板流量計(jì)日常維護(hù)及注意事項(xiàng)，提高孔板測(cè)量的準(zhǔn)確性，降低流量計(jì)故障率，給生產(chǎn)操作和工藝控制提供可靠依據(jù)。

孔板流量計(jì)因其穩(wěn)定的性能、制造成本低、結(jié)構(gòu)易懂、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)量少等特點(diǎn)，在煉油廠、化工廠中得到廣泛的應(yīng)用。相對(duì)于其他流量計(jì)，雖然孔板流量計(jì)壓損比較大，精度偏低，但是其測(cè)量范圍廣、故障率低，智能型變送器更是能完善其診斷、補(bǔ)償?shù)裙δ埽沟每装辶髁坑?jì)能夠?qū)Ω鳠捰脱b置的介質(zhì)進(jìn)行有效測(cè)量。

1 孔板流量計(jì)在惠州石化的應(yīng)用情況

1.1 惠州石化煉油裝置特點(diǎn)

惠州石化煉油一期 1200 萬噸以加工高酸重質(zhì)原油為主，煉油二期 1000 萬噸主要加工高硫中質(zhì)原油，煉油裝置反應(yīng)器反應(yīng)后基本上都會(huì)產(chǎn)生少量的硫化氫、氨氮、氯化氫、酸性水等腐蝕性氣、液混合物；或?yàn)檫_(dá)到某些生產(chǎn)目的，加注緩蝕劑、磷酸三鈉等三劑，對(duì)管線或儀表設(shè)備存在一定的腐蝕；而加氫裝置進(jìn)料普遍帶水，介質(zhì)凝點(diǎn)低，為滿足儀表測(cè)量要求，儀表維護(hù)人員針對(duì)性提出一些解決措施。

1.2 孔板流量計(jì)在各煉油裝置的應(yīng)用情況

孔板流量計(jì)是各煉油裝置中使用非常多的一種流量計(jì)，約占全部流量計(jì)的 50 %，個(gè)別裝置能達(dá)到 70 %以上。主要用于石腦油、汽油、液化氣、燃料氣、高壓蒸汽等介質(zhì)的測(cè)量。例如：煉油二期連續(xù)重整裝置孔板流量計(jì)有 126 臺(tái)，其中內(nèi)藏式孔板13 臺(tái)，其他類型流量計(jì) 38 臺(tái)，孔板流量計(jì)應(yīng)用率達(dá)到 76 %。孔板取壓方式均為角接取壓。各煉油裝置孔板應(yīng)用情況主要有以下幾種：

(1)灌注隔離液。某加氫裝置進(jìn)料帶水較多，導(dǎo)致孔板引壓管積液，造成流量計(jì)經(jīng)常波動(dòng)，儀表專業(yè)反復(fù)排液校準(zhǔn)，通過在高低壓側(cè)引壓管平衡灌注隔離液的方式，降低測(cè)量誤差，保證儀表測(cè)量穩(wěn)定。

(2)加冷凝裝置。中、高壓蒸汽等溫度較高介質(zhì)的測(cè)量，通過冷凝罐分別與介質(zhì)、差壓變送器相接，利用冷凝罐中的冷卻水隔開高溫介質(zhì)和傳感器，從而避免高溫?fù)p壞變送器(電容式差壓傳感器允許溫度范圍為-40~104 ℃)。

(3)使用智能型儀表。標(biāo)準(zhǔn)孔板與智能型差壓變送器配套使用，可以克服因介質(zhì)參數(shù)變化引起孔板流量計(jì)測(cè)量出現(xiàn)偏差，智能型變送器可以在線監(jiān)測(cè)介質(zhì)的壓力、溫度等變化并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，變送器顯示器可以滾動(dòng)顯示差壓、溫度、體積流量、瞬時(shí)流量等，測(cè)量精度提高，還可在線診斷。

(4)投用伴熱及保溫。某加氫裝置的產(chǎn)品介質(zhì)為蠟油，蠟油凝點(diǎn)較低，南方冬季足以使該介質(zhì)冷凝從而堵塞引壓管，在引壓管上增設(shè)伴熱和保溫措施，再輔助抗乳化的 60 N 基礎(chǔ)油作為隔離液，避免因引壓管堵塞導(dǎo)致儀表測(cè)量不準(zhǔn)。

2 孔板流量計(jì)的原理及安裝要求

2.1 孔板流量計(jì)基本原理

充滿管道的介質(zhì)，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流孔板時(shí)，流速將在孔板處形成局部收縮，使得流速增加，靜壓力降低，孔板前后產(chǎn)生壓差，結(jié)構(gòu)原理如圖 1 所示。介質(zhì)流量越大，孔板前后的壓差就越大，通過測(cè)量壓差來計(jì)算流量的大小。

根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式可推導(dǎo)標(biāo) 準(zhǔn)孔板的流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。

2.2 孔板流量計(jì)的組成及適用范圍

孔板流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)孔板、引壓管、三閥組、差壓變送器、控制器等組成，如圖 3 所示，附加裝置有隔離器、冷凝罐等?？装甯叩蛪簜?cè)引壓管測(cè)定的差壓值經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換為4~20 mA 標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)傳送到機(jī)柜間和中控室；按取壓方式標(biāo)準(zhǔn)孔板有角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓三種方式，按孔板類型有標(biāo)準(zhǔn)孔板、內(nèi)藏孔板、限流孔板、環(huán)形孔板等。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)適用范圍有公稱直徑：15 mm≤DN≤1200 mm；公稱壓力：PN≤40MPa；工作溫度：-50 ℃≤DN≤550 ℃；適用量程比：4︰1~3︰1；測(cè)量精度：0.5 級(jí)、1.0 級(jí)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的安裝要求

(1)取壓孔角度。測(cè)量介質(zhì)為氣體時(shí)，取壓孔設(shè)在管道上半部，與管道垂直中心線成 0°~45°夾角，可以避免引壓管積液；測(cè)量介質(zhì)為液體時(shí)，開孔在管道下半部，與水平中心線成 0°~45°夾角；測(cè)量介質(zhì)為蒸汽時(shí)，開孔在管道上半部，與管道水平中心線成0°~45°夾角。

(2)引壓管敷設(shè)。根據(jù)物料的特性及測(cè)量要求，坡度應(yīng)不小于1︰12，材質(zhì)需要耐腐蝕，測(cè)量粘度高的介質(zhì)時(shí)需增大引壓管的傾斜度，其傾斜角度應(yīng)能保證能排凈管內(nèi)氣體或積液。引壓管長(zhǎng)度盡可能短，高低壓引壓管高度要一樣，容易冷凝、結(jié)晶的介質(zhì)還需要增加伴熱和保溫措施。

(3)取壓孔要求。取壓孔中心線與孔板上下游端面的距離為25.4±0.8 mm；取壓孔的中心線和孔板上下游 2D 內(nèi)圓柱的中心線垂直，孔板兩端面和取壓孔軸線向外傾斜夾角應(yīng)小于 3 度。取壓孔直徑應(yīng)小于 0.08D。

(4)孔板方向。根據(jù)介質(zhì)流動(dòng)方向，孔板有正反面安裝要求，孔板裝反儀表輸出會(huì)偏??；而且被測(cè)介質(zhì)應(yīng)充滿全部管道并且連續(xù)流動(dòng)，且在通過孔板時(shí)時(shí)應(yīng)不發(fā)生相變；節(jié)流孔板安裝前，要用蒸汽對(duì)介質(zhì)管道進(jìn)行吹掃，避免焊渣、鐵屑等高速流動(dòng)撞擊損傷節(jié)流孔板。

(5)直管段要求。任何局部阻力均會(huì)引起流速在截面上重新分布,使得流量系數(shù)變化，所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的直管段，一般要求前 10D，后 5D，如條件不滿足，需安裝整流器；在孔板前后距離為兩倍于管徑的管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平，如介質(zhì)溫度計(jì)非常好安裝在孔板后面，否則會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。

3 孔板流量計(jì)測(cè)量誤差的影響因素

3.1 儀表選型或使用條件的影響

在儀表選型設(shè)計(jì)階段，沒有充分考慮到工藝日常操作中各種工況的影響，導(dǎo)致孔板流量計(jì)在使用過程中，工藝操作的非常低流量在孔板設(shè)計(jì)量程的 30 %及以下或者工藝操作的非常高流量大于孔板的設(shè)計(jì)流量，從而使流量顯示出現(xiàn)極大偏差，影響到工藝人員的生產(chǎn)操作。以 1.0 級(jí)精度的孔板流量計(jì)來為例，在流量為量程的 10 %時(shí)，差壓值只為差壓量程的 1 %，根據(jù)GB/T2624-93 中不確定度估算方法，差壓測(cè)量的不確定度由變送器的精度等級(jí)決定，該測(cè)量點(diǎn)差壓測(cè)量的不確定度為：δp/ΔP=1/3*ξ*ΔPmax/Δ =1/3×1.0 %×100 %/1 %=33.3 %式中，δp-不確定度；ΔP-實(shí)測(cè)差壓值；ξ-精度等級(jí)；ΔPmax-差壓非常大值 [1] 。

根據(jù)上述公式還可推算出當(dāng)測(cè)量流量為設(shè)計(jì)量程的 30 %時(shí)，不確定度為 3.7 %。可以發(fā)現(xiàn)，在 30 %量程以下，孔板的測(cè)量有很大誤差，甚至在 10 %量程以下時(shí)，會(huì)對(duì)變送器進(jìn)行小流量切除，避免造成流量測(cè)量不準(zhǔn)，給工藝操作員造成參考偏差，一般孔板流量計(jì)使用條件會(huì)在量程的 30 %~90 %之間比較好。

3.2 孔板前后直管段或孔板本身腐蝕影響

孔板流量計(jì)在長(zhǎng)期受到高溫、高壓氣體或液體的持續(xù)沖刷，特別是帶腐蝕性廢氣或油品的侵蝕后，會(huì)導(dǎo)致孔板的直管段內(nèi)壁或孔板直角邊緣腐蝕，入口邊緣尖銳度變鈍、直角垂直度、直管段管壁粗糙度變差。而流量系數(shù)與孔板入口邊緣銳度、管壁粗糙度等因素有關(guān)，在相等流量的介質(zhì)通過該孔板時(shí)產(chǎn)生的前后壓差變小，儀表輸出偏小 [2] ?？装迦肟谶吘壞p越嚴(yán)重，測(cè)量誤差就越大。因此，需要對(duì)孔板進(jìn)行修正(不劃算)，或更換相同型號(hào)的孔板。

3.3 孔板安裝不規(guī)范的影響

孔板施工安裝不規(guī)范，如孔板裝反導(dǎo)致流量測(cè)量偏小，孔板露出的部分標(biāo)記“+”號(hào)的為介質(zhì)入口方向；孔板安裝時(shí)孔板的中心線要和前后直管段中心線重合，避免孔板偏心，孔板偏心引起的測(cè)量誤差大約在 2 %以左右。還有引壓管的插入位置、敷設(shè)坡度過大都對(duì)測(cè)量產(chǎn)生很大影響。而節(jié)流裝置(孔板)密封墊片沒有按照環(huán)室尺寸加工，使得墊片伸入到管內(nèi)，干擾流體穩(wěn)定流動(dòng)；或直管段前后過短等更是會(huì)造成流量測(cè)量不準(zhǔn)，流量測(cè)量線性度也達(dá)不到相關(guān)要求。

3.4 差壓變送器零點(diǎn)漂移的影響

受環(huán)境溫度、濕度及介質(zhì)溫度等的影響，可能會(huì)引起差壓變送器中某些參數(shù)發(fā)生細(xì)微改變，從而影響儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度。比如，差壓變送器在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，零點(diǎn)會(huì)一定程度上發(fā)生漂移，正漂移引起差壓偏大，儀表輸出偏大，反之則偏小。零點(diǎn)校零時(shí)，要確認(rèn)三閥組正負(fù)壓側(cè)手閥完全關(guān)閉，平衡打開，正負(fù)壓側(cè)排空絲堵打開，連通大氣后再校零。

3.5 操作失誤的影響

操作員不按操作規(guī)程啟用或投用三閥組，易造成差壓變送器單向受壓，有時(shí)會(huì)讓儀表測(cè)量產(chǎn)生附加誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)讓差壓變送器損壞。測(cè)量蒸汽的孔板流量計(jì)沒有等冷凝罐冷凝后就投用或冷凝罐液位高低不等；測(cè)量液體的流量計(jì)沒有完全排盡系統(tǒng)內(nèi)殘氣就開始投用或者沒有正確校零，原始參數(shù)輸入不準(zhǔn)確，均會(huì)導(dǎo)致流量測(cè)量不準(zhǔn)。

3.6 工藝介質(zhì)變化的影響

孔板測(cè)量數(shù)值不只是與差壓有關(guān)，還與介質(zhì)的密度、壓力、溫度等參數(shù)有關(guān)，因?yàn)槔字Z數(shù)受流體的速度、流束定型尺寸、粘度等影響，而流量系數(shù)又與雷諾數(shù)有很大的關(guān)系。流量系數(shù) α 與節(jié)流孔板的幾何形狀、安裝方式、流體條件、管道條件等多種因素有關(guān)，當(dāng)雷諾數(shù)低于界限雷諾數(shù)時(shí)，α 將隨著流量的減小而增大，如果忽略其他參數(shù)的影響，流量輸出將偏小 [3] 。大量實(shí)驗(yàn)表明，只有流體接近充分湍流時(shí) α 才是與流動(dòng)狀態(tài)無關(guān)的常數(shù)，流量系數(shù) α 只有在雷諾數(shù)大于某一界限值時(shí)才保持常數(shù) [4] 。因此，孔板測(cè)量條件非常好在高雷諾數(shù)環(huán)境下測(cè)量。而使用智能型差壓變送器，里面的壓力傳感器、溫度傳感器等單元會(huì)及時(shí)完成各種參數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償，降低測(cè)量誤差。

4 孔板流量計(jì)的日常維護(hù)及注意事項(xiàng)

(1)儀表檢修后投用，對(duì)于測(cè)量氣體的孔板流量計(jì)，要排掉引壓管、差壓變送器內(nèi)積液；對(duì)于測(cè)量油品的，要排掉測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的水、氣體，并使得介質(zhì)充滿管道；同時(shí)檢查各附屬接頭、閥門、卡套有無泄露，零點(diǎn)是否漂移。

(2)孔板差壓變送器、現(xiàn)場(chǎng)接線箱等部位定期做防水檢查，特別是南方雨季、臺(tái)風(fēng)來臨前，防止接線端子、電路板進(jìn)水引起儀表故障或出現(xiàn)波動(dòng)，還有對(duì)差壓變送器定期檢查零點(diǎn)是否漂移。

(3)重要孔板流量計(jì)，配合工藝做好排液、排氣等工作，如分餾塔回流帶水，儀表專業(yè)要在工藝操作穩(wěn)定后及時(shí)排液、排氣，校驗(yàn)流量是否符合當(dāng)前物料平衡要求。

(4)針對(duì)引壓管經(jīng)常帶水或測(cè)量介質(zhì)帶腐蝕性的情況，儀表專業(yè)可通過打壓泵給高低壓引壓管平衡灌隔離液(選擇合適比重的隔離液)的方式，避免因引壓管帶水導(dǎo)致流量計(jì)測(cè)量或介質(zhì)腐蝕變送器。對(duì)需要灌隔離液的流量計(jì)，要控制好打壓壓力，并注意排除氣泡，調(diào)校好儀表零位，并按規(guī)范步驟投用儀表。

(5)加強(qiáng)儀表維護(hù)人員技能培訓(xùn)，在投用過程中要避免變送器單向受壓、或變送器泄漏，不能讓導(dǎo)壓管內(nèi)凝結(jié)水或隔離液流失；不可使變送器單受熱，對(duì)于蒸汽，待導(dǎo)壓管充滿凝結(jié)水后方可啟動(dòng)變送器。

(6)在冬季，特別是在北方，對(duì)于凝點(diǎn)比較低的介質(zhì)，儀表專業(yè)與工藝專業(yè)要配合做好引壓管線保溫、伴熱工作，避免因天氣溫度過低導(dǎo)致介質(zhì)在引壓管處冷凝，引起儀表測(cè)量不準(zhǔn)。

(7)停工檢修時(shí)，蒸汽吹掃要提前隔離變送器避免高溫?fù)p壞，對(duì)長(zhǎng)期使用或經(jīng)常波動(dòng)偏差的孔板進(jìn)行下線檢查，檢查直管段堵塞情況、孔板直角入口邊緣光潔度和銳利度、孔板表面垂直度、平行度等是否符合要求，如有超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要及時(shí)對(duì)孔板進(jìn)行修正或更換。

(8)定期檢查孔板設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際參數(shù)是否一致，使得孔板流量計(jì)的測(cè)量范圍滿足精度要求，如因生產(chǎn)條件變化導(dǎo)致孔板測(cè)量不準(zhǔn)，儀表維護(hù)人員不可隨意更改變送器參數(shù)。

結(jié)束語：在日常生產(chǎn)操作過程中，孔板流量計(jì)出現(xiàn)異?；蚱顣r(shí)，儀表維護(hù)人員要及時(shí)排除是否由工藝工況改變?cè)斐?，然后再進(jìn)一步排除是否由差壓變送器、三閥組或孔板本身引起等故障，及時(shí)排查出產(chǎn)生偏差的原因并解決，為生產(chǎn)操作提供可靠性參考，這就要求維護(hù)人員對(duì)本裝置工藝流程及介質(zhì)特性有一個(gè)相對(duì)深入的了解，上海上自儀公司為快速判斷儀表故障及與工藝操作員有效溝通奠定基礎(chǔ)。