引言

       楔式流量計(jì)非常適合測(cè)量黏稠、含顆粒物的介質(zhì)，某煤化工企業(yè)油品加工裝置的重柴油和含蠟介質(zhì)管線計(jì)量均采用楔式流量計(jì)來測(cè)流量，但在開車過程中經(jīng)常發(fā)生計(jì)量不準(zhǔn)問題，嚴(yán)重時(shí)甚至ＤＣＳ無指示，導(dǎo)致工藝人員無法監(jiān)控，很大程度影響對(duì)油品質(zhì)量的控制和產(chǎn)量調(diào)整。作者通過對(duì)楔式流量計(jì)測(cè)量原理和所測(cè)介質(zhì)特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)取壓口的選擇對(duì)楔式流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性影響較大，并隨之進(jìn)行了優(yōu)化。

 

１楔式流量計(jì)

       楔式流量計(jì)是２０世紀(jì)８０年代開始應(yīng)用的一種新型節(jié)流裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、操作簡(jiǎn)便、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且具有高的精度和可靠性，特別適用于高黏度、低雷諾數(shù)流體；對(duì)于介質(zhì)清潔、或者黏度高、腐蝕性的介質(zhì)，以及蒸氣、料漿、氣體／空氣等介質(zhì)均能保持流量與差壓的平方根成正比的關(guān)系。介質(zhì)黏度達(dá)到３０００厘泊也不會(huì)影響楔式流量計(jì)的測(cè)量精度。以往使用的節(jié)流裝置如孔板、噴嘴和文丘里管等，當(dāng)雷諾數(shù)小于１００００以下時(shí)，流量與差壓平方根就無法保持線性，而且隨著雷諾數(shù)降低，正比關(guān)系的偏差會(huì)越來越大，致使測(cè)量精度受到嚴(yán)重的影響，而楔式流量計(jì)雷諾數(shù)非常低可達(dá)３００厘泊，在這樣極寬的范圍內(nèi)流量和差壓始終成正比關(guān)系，流量系數(shù)呈線性狀態(tài)。因此楔式流量計(jì)與傳統(tǒng)流量計(jì)相比更適合測(cè)量一些黏稠和含雜質(zhì)較多的介質(zhì)流量，如油品裝置的蠟、石腦油、油漿、原油，煤化工裝置的氣化黑水、灰水、碳黑溶液以及兩相流體等。

 

１．１楔式流量計(jì)測(cè)量原理

       楔式流量計(jì)是利用帕努利原理，將截面成Ｖ形的楔塊放入工藝管道中而構(gòu)成的一種新型節(jié)流裝置，通過楔塊產(chǎn)生差壓，當(dāng)流體通過楔式流量計(jì)時(shí)，由于楔塊的節(jié)流作用，在楔塊前、后側(cè)會(huì)產(chǎn)生了一個(gè)與體積流量值成平方關(guān)系的差壓，該差壓正比于質(zhì)量或體積流量［２］。此差壓信號(hào)通過膜盒傳送到差壓變送器，差壓變送器通過計(jì)算就會(huì)得出與差壓成平方關(guān)系的４～２０ｍＡ信號(hào)，經(jīng)顯示屏或ＤＣＳ即可顯示出流量值。楔塊一般安裝在管道的上部，它的圓滑頂角朝下，這樣有利于含懸浮顆粒的液體或黏稠液體及臟污介質(zhì)順利通過，不會(huì)在節(jié)流件上游側(cè)產(chǎn)生滯流。對(duì)同一管徑，不同的楔比Ｈ／Ｄ（楔塊開口高度Ｈ和管道直徑Ｄ之比）可得到不同的典型流量范圍。楔式流量計(jì)工作原理如圖１所示。

１．２楔式流量計(jì)特點(diǎn)

       楔式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、無可移動(dòng)部件與易損部件，耐磨性好，長(zhǎng)期運(yùn)行精度高。經(jīng)標(biāo)定的楔式流量計(jì)流量系數(shù)基本誤差在±０．０５％以內(nèi)，重復(fù)性好、穩(wěn)定性好、可靠性高、壽命長(zhǎng)、成本低及安裝維護(hù)方便；結(jié)構(gòu)獨(dú)特，無沉積、不堵塞，適用范圍廣，除應(yīng)用于常規(guī)的氣體、液體、蒸汽外，特別適用于黏度高、混合液易結(jié)晶、高含塵氣體及含固體顆粒液體、漿狀液體，如水煤漿、蠟、渣油、油漿、黑水、廢水等的流體測(cè)量，具有自清潔能力，無滯流區(qū)。

       另外楔式流量計(jì)＋雙法蘭變送器的檢測(cè)方式，省掉了引壓管的鋪設(shè)，從而節(jié)省了伴熱源的鋪設(shè)和伴熱蒸汽的消耗，楔式流量計(jì)的取壓接口可與表體和工藝管線進(jìn)行整體保溫，通過流體本身的熱源保證楔式流量計(jì)冬季的防凍措施，節(jié)省了裝置的蒸汽能源消耗和冷凝水排放，對(duì)于裝置整體能耗的降低有一定的提高。

 

２油品加工介質(zhì)

       油品加工裝置是以費(fèi)托合成裝置穩(wěn)定重質(zhì)油和合格蠟、低溫油洗單元的油洗石腦油為原料，在高溫高壓、氫氣以及催化劑的作用下進(jìn)行烯烴飽和以及含氧化物的脫出反應(yīng)，生產(chǎn)柴油組分、精制重柴油、精制粗石腦油、精制尾油等產(chǎn)品。其中重質(zhì)油的凝點(diǎn)３０℃左右、壓力２．７ＭＰａ、密度６８２ｋｇ／ｍ３、溫度１２５℃，重質(zhì)油中有少量催化劑粉末；合格蠟的介質(zhì)溫度１８０℃、壓力０．６ＭＰａ、密度８７０～９００ｋｇ／ｍ３、凝點(diǎn)在５７～６３℃；油洗石腦油的介質(zhì)密度７８０～９７０ｋｇ／ｍ３、壓力０．６４ＭＰａ、溫度５２℃、沸點(diǎn)２０～１６０℃；精制尾油的介質(zhì)密度７２９ｋｇ／ｍ３、溫度２１０℃、壓力０．５ＭＰａ；重柴油的介質(zhì)密度６３６ｋｇ／ｍ３、溫度２６６℃、壓力０．５ＭＰａ；柴油組分的介質(zhì)密度７２０ｋｇ／ｍ３、壓力０．５ＭＰａ；精制粗石腦油的介質(zhì)壓力１ＭＰａ、溫度３０℃。

 

３原因分析

根據(jù)對(duì)油品加工裝置介質(zhì)和工況的綜合分析，流量計(jì)不準(zhǔn)的可能因素有４點(diǎn)：

       １）重質(zhì)油／蠟中攜帶的少量催化劑固體顆粒，裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行一段時(shí)間后，催化劑顆粒會(huì)逐漸沉積到流量計(jì)的取壓口，從而堵塞取壓口，造成無法正常檢測(cè)壓力，致使流量計(jì)測(cè)量失真；同時(shí)還會(huì)沖刷磨損楔塊，改變前后壓差，造成測(cè)量不準(zhǔn)。

       ２）由于重質(zhì)油／蠟的凝點(diǎn)較高，每次檢修后再次投運(yùn)時(shí)因管道中的重質(zhì)油流速較慢，伴熱管線溫度較低等因素，重質(zhì)油經(jīng)常有部分凝固的情況發(fā)生，凝固塊經(jīng)過取壓口時(shí)就會(huì)堵塞取壓口或者將楔塊包裹，導(dǎo)致流量計(jì)無法準(zhǔn)確測(cè)量。

       ３）由于介質(zhì)中含有氫元素（氫離子），流量計(jì)的膜盒材質(zhì)是不銹鋼，膜盒長(zhǎng)時(shí)間與帶氫介質(zhì)接觸，帶氫介質(zhì)會(huì)不斷稀釋出氫離子，氫離子會(huì)逐漸滲透到膜片背面，并在背后慢慢聚集成氫氣，這些氫氣反向滲透速度慢于整箱速度，非常終會(huì)把膜片鼓起導(dǎo)致遠(yuǎn)傳密封件的報(bào)廢。

       ４）差壓取樣位置有問題，也是非常關(guān)鍵問題，原始安裝時(shí)按照《自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》等通用性儀表安裝規(guī)范進(jìn)行安裝，即測(cè)量氣體介質(zhì)的取壓口在管道的水平４５°以上，測(cè)量液體介質(zhì)的取壓口在管道的水平４５°以下，測(cè)量臟污介質(zhì)的取壓口在管道的中部位置。油品加工裝置的產(chǎn)品基本都是液體，因此楔式流量計(jì)取壓口都在水平４５°以下部位安裝，但是因楔式流量計(jì)的楔塊在表體內(nèi)腔分布不是均勻的，取壓口一般都是按設(shè)計(jì)固定在楔塊焊接處的前后上方，測(cè)量液體時(shí)，如果取壓口在管道的水平４５°以下，那么楔塊也在管線的水平４５°以下，這樣會(huì)造成流體要從楔塊的上方流過。這種測(cè)量方式下流體內(nèi)介質(zhì)雜質(zhì)顆粒會(huì)因楔塊的阻抑而逐漸在楔式流量計(jì)的下部表體內(nèi)腔沉積，時(shí)間久了就有堵塞楔塊前方取壓口的可能性，易造成流量計(jì)測(cè)量失真。另外，部分油品中本身就含有催化劑顆粒，因此容易堵塞，造成測(cè)量失真；部分油品雖然是液態(tài)，但是輕質(zhì)組分（如氫氣）很容易稀釋出氣體，會(huì)在取壓口聚集從而隔絕測(cè)量膜盒，同樣會(huì)造成測(cè)量失真。

 

４優(yōu)化方案

       １）因重質(zhì)油和蠟中含有催化劑顆粒，且此催化劑顆粒無法根本消除，長(zhǎng)期隨著介質(zhì)流動(dòng)對(duì)楔塊有一定的磨損，因此對(duì)楔塊進(jìn)行硬化處理，表面噴涂０．１～０．３ｍｍ厚的碳化鎢材料，將硬度提高至ＨＣ５５以上。

       ２）針對(duì)變送器膜盒氫滲問題，將所有含氫介質(zhì)的變送器膜盒接液材質(zhì)全部更換為黃金膜片或金剛膜片，防止氫離子滲透進(jìn)膜盒里面，避免膜盒鼓包，消除變送器零漂或者假值問題；同時(shí)將硅油更換為耐高溫（－３０～３１５℃）硅油，防止硅油受熱膨脹或蒸發(fā)。

       ３）儀表伴熱與工藝伴熱分開，以便伴熱總站單獨(dú)設(shè)立，懸掛禁動(dòng)牌，防止工藝人員誤關(guān)伴熱，確保伴熱質(zhì)量，并在根部閥處增加帶溫控器的電伴熱，確保裝置異常情況時(shí)伴熱不間斷，防止蠟介質(zhì)凝固。

       ４）根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的取壓口，重質(zhì)油和合格蠟等含有少量催化劑的１９臺(tái)單對(duì)楔式流量計(jì)取壓口設(shè)計(jì)之初為斜向下取壓，運(yùn)行時(shí)容易沉淀雜物堵塞取壓口，嘗試向上取壓，但是容易集氣，非常終選取為水平取壓；油洗石腦油和精制尾油、柴油等介質(zhì)的２４臺(tái)雙對(duì)楔式流量計(jì)設(shè)計(jì)取壓口朝上，運(yùn)行時(shí)經(jīng)常集氣，維護(hù)時(shí)需要經(jīng)常排氣，排氣存在介質(zhì)外漏風(fēng)險(xiǎn)，外漏的介質(zhì)滴到保溫棉易引起火災(zāi)，非常終選為調(diào)向?yàn)樾毕拢矗?deg;取壓，確保介質(zhì)流過時(shí)能與膜盒充分接觸，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，排污時(shí)用桶接液防止介質(zhì)滴到可燃物上引起著火。

       ５）在取壓閥與雙法蘭連接部件之間設(shè)置排污泄壓（放空）閥，要求儀表人員定期排污或排氣。排污閥出口再加一段帶彎頭排污管（防止噴濺），排污泄壓（放空）閥還可以在流量計(jì)校準(zhǔn)過程中保證正負(fù)雙法蘭之間的受壓一致，確保校準(zhǔn)可靠，同時(shí)保證維修人員的安全；另外若雙法蘭變送器損壞需要更換，通過排污泄壓閥門能夠判斷取壓一次閥門是否滲漏。

 

５優(yōu)化效果

       １）優(yōu)化前加氫精制減壓塔加熱爐８路進(jìn)料流量在２０１７年７月某一天２４ｈ的測(cè)量折線圖如圖２所示。

       ２）優(yōu)化后加氫精制減壓塔加熱爐８路進(jìn)料流量在２０１７年１２月某一天２４ｈ的測(cè)量折線圖如圖３所示。

       ３）優(yōu)化前由于４３臺(tái)楔式流量計(jì)測(cè)量不穩(wěn)定性，導(dǎo)致油品加工裝置加氫精制、加氫裂化單元部分二級(jí)聯(lián)鎖及自動(dòng)控制回路無法投用，嚴(yán)重影響工藝操作。通過一系列優(yōu)化措施的實(shí)施，油品加工裝置的楔式流量計(jì)已經(jīng)測(cè)量穩(wěn)定，聯(lián)鎖及自動(dòng)控制回路全部具備投用條件，有效保證了工藝精準(zhǔn)操作和緊急狀態(tài)下的聯(lián)鎖可靠動(dòng)作。

 

６結(jié)論

       楔式流量計(jì)在裝置運(yùn)行中相對(duì)于孔板流量計(jì)，抗臟污、可自清潔、運(yùn)行精度高、差壓值穩(wěn)定、壓損小、量程比寬、直管段要求小，能夠測(cè)量雙向流，性能好維護(hù)，維修工作量大大減少，符合目前企業(yè)高效環(huán)保節(jié)能的要求。但是，任何測(cè)量?jī)x表都不是萬能的，即使國(guó)家規(guī)范也不一定適合所有工況，對(duì)于測(cè)量過程出現(xiàn)的具體問題要根據(jù)實(shí)際情況針對(duì)性進(jìn)行優(yōu)化，因此當(dāng)在裝置運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)時(shí)，不可直接否定某一類測(cè)量?jī)x表，應(yīng)綜合考慮材質(zhì)、取壓方式、介質(zhì)成分、溫度和壓力等多方因素，并借鑒類似裝置使用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行改造優(yōu)化，提高儀表適應(yīng)性，確保計(jì)量準(zhǔn)確性。