石化企业蒸汽双向流测量的应用

2023.04.11

摘要：石油化工企业部分装置在实际生产过程中，蒸汽计量准确与否，直接关系到企业节能降耗，成本核算，关系到企业经济效益。双向平口化孔板流量计具有结构简单，无附件压力损失，长期运行维护量小、寿命长，准确度高，耐高温、高压等优点。

关键词：双向流;双向平角孔板;运行维护

蒸汽作为重要的载能工质，在石油化工、金属冶炼和城市供热行业中均有广泛的应用。不论过热还是饱和蒸汽，都有特殊的物性，因此存在诸多的计量问题和困难，在我国计量工作中的能源计量问题亟待解决。

石化企业部分装置在实际生产过程中，蒸汽计量准确与否，直接关系到企业节能降耗，成本核算，关系到企业经济效益。

石化企业部分生产装置在正常生产中，因各生产过程用能情况不同，在开工初期因产能设备未运行，需要系统提供蒸汽热源，而在正常生产中，产能设备发挥作用，产生的余热转换为蒸汽，除自用外，还可以对系统提供外输蒸汽，形成在生产装置开工过程中，引入蒸汽，消耗蒸汽，开工正常后，就变成外输蒸汽，因此在蒸汽计量上就产生了正向消耗计量和反向输出计量的两个方向的介质流向，由于蒸汽介质温度高，管道直径较大，常规可以测量正反向流量的流量计，如容积式流量计、速度式的涡轮流量计，电磁流量计和超声波流量计，以及热式质量流量计、科氏质量流量计等，均无法满足使用要求。

在同一管道中有正反两个方向的流体，要同时实现测量，就比较难于实现。生产装置在测量蒸汽流量时，常规做法是采用节流式流量计实现，采用标准节流件做一次测量元件，在同一条工艺管道上按照节流式流量计的要求，尽量保证前后直管段要求，安装介质流向相反的两套节流式流量计，来解决双向计量问题，但安装费用大，且达到节流式流量计测量要求的前后直管段，在实践现场环境中基本得不到有效满足，两个节流件串联安装，介质压力损失成倍增加，其损耗的能量不容忽视。

业界采用标准节流件来解决测量蒸汽质量流量的问题，在技术上是成熟產品，但用双向平口化孔板测量元件解决双向流蒸汽计量问题，行业内应用不多，但在GB/T 2624-2006（ISO5167：2003（E））中对双向平口化孔板已有详细规定，按照标准设计、制造、安装、使用的双向平口化孔板流量计，是能获得国家标准所规定的计量准确度的。

采用配置有双差压变送器的一体化孔板和流量计算机（流量计算转换单元）可以实现气（汽）体流量双向测量。

1 工作原理

双向平口孔板流量计与标准孔板相比，主要有以下不同：

（1）双向平口化孔板流量计。双向平口化孔板流量计是一次检测元件标准孔板在加工过程中，不切斜角，两个端面均需要满足，国家标准中对上游端面的规定;中心节流孔的两个边缘也要符合国家标准中对上游边缘的规定;其孔板的厚度应达到0.005～0.02D，D为管道内径，并在结构和其他方面必须采取措施来防止孔板变形。

（2）双向平口化孔板在测量蒸汽输入流向时的前直管段，在测量输出流向时变为后直管段。因此前、后直管段都要求满足国家标准的对于前直管段的要求。

（3）直接采集正压室压力作为压力补偿信号，通过HART通信协议方式与运算模块进行通信采集数据;安装在输入流向后方的温度变送器也采用HART信号格式的提供温度补偿信号。

2 实施蒸汽输入输出两个方向计量的方案

2.1 蒸汽计量的工艺参数

（1）1.0MPa蒸汽：工艺安装管径：ф259mm，管道壁厚7mm;管道材质：20#钢;最大流量：50t/h;介质温度：200℃;操作压力：1.0MPa;计量方式：输入输出双向动态计量。

（2）3.5MPa蒸汽：工艺安装管径：ф259mm，管道壁厚7mm;管道材质：20#钢;最大流量：60t/h;介质温度：450℃;操作压力：3.5MPa;计量方式：输入输出双向动态计量。

2.2 蒸汽输入输出双向计量的节流式流量计组成

通过采用结构新颖的双向孔板和现代技术手段解决密度计算，宽量程（实时计算流出系数C、流速可膨胀系数ε）计算等问题。特别值得一提的是，由流量积算显示模块读取差压变送器的HART协议信号，不仅解决小流量低差压时（4～20）mA模拟信号误差大的问题，还可以读取正压侧膜盒静压作为流量测量的压力补偿数据。同时温度补偿热电阻采用了HART温变，从控制室到现场只需要一根两芯电缆就可以解决信号传输问题，其系统构成简洁，可靠性高，也降低了系统造价。

2.3 蒸汽双向计量系统主要功能

运算模块安装在室内机柜，可循环显示当前瞬时流量、累积流量、介质温度、介质压力等参数量。DCS系统显示瞬时流量计、累积流量及历史趋势，以便更好查证双向计量系统状态，DCS系统通过网络终端计算机上传实时数据，便于业务负责部门方便管理和生产，可通过网络查询蒸汽计量数据。

3 结束语

（1）双向平口化孔板流量计具有结构简单，无附件压力损失，长期运行维护量小、寿命长，准确度高，耐高温、高压等优点。

（2）经过一年多运行与应用，双向平口化孔板流量计完美的解决了蒸汽双向计量问题，计量数据准确，极大的化解了蒸汽产销矛盾，为生产装置在蒸汽消耗等成本核算方面，提供了准确的计量数据。

作者简介：伽晓炜（1969-），男，河南许昌人，本科，工程师，现从事计量技术工作。