炼化蒸汽管线末端流量计

炼化蒸汽管线末端流量计

涡街流量计基于卡曼涡街测量原理，主要用于测量工业管道内气体、液体、蒸气等流体的流量，涡街流量计的特点是压力损失小，量程范围大，无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小，可以在-20℃～+350℃温度范围内工作，应用广泛。          

工作原理：

在流体中设置非流线型旋涡发生体（阻流体），则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示。

旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为V，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式:
                                                   f=StV/d                 

式中：

f－发生体一侧产生的卡门旋涡频率

St－斯特罗哈尔数（无量纲数）

V－流体的平均流速

d－旋涡发生体的宽度

由此可见，通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。 

技术参数：

测量范围：

外形尺寸：

安装要求：

一、安装环境要求：

1．尽可能避开强电设备、高频设备、强开关电源设备，仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。

2．避开高温热源和 源的直接影响，若必须安装，须有隔热通风措施。

3．避开高湿环境和强腐蚀气体环境，若必须安装，须有通风措施。

4．涡街流量仪表应尽量避免安装在振动较强的管道上，若必须安装，须在其上下游2D处加设管道紧固装置，并加防振垫，加强抗振效果。

5．仪表建议安装在室内，安装在室外应注意防水，特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形，避免水顺着电缆线进入放大器壳内。

6．仪表安装点周围应该留有较充裕的空间，以便安装接线和定期维护。

二、管道安装要求：

1．涡街流量仪表对安装点的上下游直管段有一定要求，否则会影响介质在管道中的流场，影响仪表的测量精度。

2．上、下游配管内径应相同，如有差异，则配管内径Dp与涡街仪表表体内径Db，应满足以下关系：

0.98Db≤Dp≤1.05Db，上、下游配管应与流量仪表表体内径同心，它们之间的不同轴度应小于0.05Db

3．仪表与法兰之间的密封垫，在安装时不能凸入管内，其内径应比表体内径大1-2mm

4．测压孔和测温孔的安装设计，被测管道需要安装温度和压力变送器时，测压孔应设置在下游3-5D处，测温孔应设置在下游6-8D处。

管网末端间断用蒸汽测量失准案例分析与对策：

管网末端间断用蒸汽测量失准案例分析与对策，蒸汽特殊的物理性质决定了其易受温度、压力变化影响产生汽液两相转变，使蒸汽流量计测量难度加大。间断性用汽、管网末端用汽测量难的问题长期困扰工厂。文中列举测量管网末端间断性用汽时计量失准的案例，介绍诊断过程与对策措施。

蒸汽流量计是比较复杂的一套系统，由流量表、压力、温度与流量计算四部分组成。在工业生产中，工厂锅炉产出的过热蒸汽进入蒸汽管网，在蒸汽管网冗长与保温性能不佳时，过热蒸汽持续放热。随着放热程度的不同，过热蒸汽转变为干饱和蒸汽、湿饱和蒸汽和水。工厂中饱和状态是短暂的过程，温度、压力下降后，很快就转为汽液两相状态。这就造成管网末端点或间断使用蒸汽点有时计量的是过热蒸汽，有时计量的是带液的不饱和蒸汽。下面列举几个生产中遇到的HLLUGB2320PB2蒸汽流量计难点典型案例，介绍问题分析过程与解决对策。

1间断小流量用汽的准确测量

案例一:寒流过后，HLLUGB2320PB2蒸汽流量计数据严重偏小。1月23日前后江南气温降到零下，1.0MPa蒸汽外供周边化工企业的流量计量点FI221，用汽量由1.2t/h骤降至0.3t/h.但该化工企业用户正常生产中，蒸汽用量与平时相比无明显变化。仪表人员对该计量点的苏州华陆涡街流量计、用于补偿的压力变送器、温度变送器检查多次，设备一切正常，未查出问题。FI221计量阀组如图1所示。

FI221采用U型安装，1.0MPa蒸汽流向从左向右，流量计上游U型管底端有一疏水阀，下游无疏水阀，FI221安装在U型中间位置，处于管道的低点。由于该计量点处于管网的末端，压力低，热损本来就大，且为间断用汽状态，怀疑气温下降后，热损增加，流量计处于U型管线低点，易积液，液滴的存在破坏了旋涡的发生，产生漏频现象，引起计量偏小。

根据温度、压力参数计算寒流来临前后，该计量点处蒸汽密度变化。计算结果表明计量点处存在汽液两相情况。寒流来临前后该计量点处密度计算结果见表1。

寒流来临前，流量正常时介质密度为3.46kg/m3，是汽的密度;寒流期间和寒流后介质密度分别为921kg/m3和906kg/m3，是水的密度。寒流后蒸汽系统温度、压力提上来后，密度又变为3.983kg/m3，是汽的密度。验证了是汽液两相的原因造成了计量表量陡降。寒流后，在仪表检查时，已通过安装在流量计前的导淋排过凝，但当蒸汽管网温度、压力提上来后，计算介质密度(3.983kg/m3)已为蒸汽密度时，量还是上不来。于是再次安排供需双方两侧多次排凝。排凝后，流量数据仍未恢复正常。

工厂供汽方排凝情况:流量计上游阀前低点导淋有明水放出，流量计后无导淋排凝。

用汽方排凝情况:用汽方进汽阀组处排凝，排凝点距FI221约500m，管线为架空安装，管线沿途横穿三条道路，有多个爬升架空管段。用汽方开阀排凝时，大流量水排放约20分钟，随后是小流量水排出，现场排了30多分钟左右仍有少量水随汽排出，淋漓不尽。

无论是供方计量侧排水，还是用户计量侧排水，蒸汽流量无任何明显变化，仍为0.3t/h左右，未恢复正常流量。我们一度怀疑带液太严重，导致FI221的涡街发生体被击坏。于是安排了拆检。流量计拆检结果:流量计准确度为0.9%，符合要求。分析认为未充分排水是计量失准的主要原因。

FI221蒸汽流量计复位时，尽量排空流量计两侧U形管底部存水，流量计回装后流量显示0.7t/h～0.9t/h，较拆检前的0.24t/h～0.4t/h增加了2倍～3倍，恢复正常流量。

U形管安装，流量计后无疏水阀，一旦管线积液后不易排出U形管低端。FI221流量计处于管网末端，且为间断、小流量用汽，本身就容易造成管线低点积液。而流量计阀组却采用的是U形安装，U形管低点处积液更加无法充分排出。只有一个低点导淋安装在流量计前，流量计后无导淋疏水。U形管处积液形成后，正常使用时，由于蒸汽压力顶住的关系，安装在流量计前的疏水阀排不尽流量计后U形管处积水，蒸汽干度不够，夹带的水滴易破坏涡街流量计旋涡的发生，造成漏脉冲，导致计量偏小。而流量计拆检与安装时，用户方配合短暂停用汽，流量阀组U形管前后端内的积液排除的较干净，流量恢复正常。

解决方案:易产生汽液两相的小流量、蒸汽管网末端建议采用图2所示的方式安装流量计。流量计前、后均加装疏水装置，前、后疏水阀建议安装在低点转弯处，并保证流量计前10D后5D充足的直管段，使凝液能在低点存水弯处聚积与排出。

2间断大流量用汽流量计高处安装

案例二:工厂1.0MPa蒸汽向周边某企业供汽以来，用户多次反映双方量比对差率大的问题(量比对差率达到28%)，供方表量大，用户方表量小。

供方表为差压式流量计，安装在10m高的管架上。用户方流量计为涡街流量计，安装示意图如图3所示，安装在架空管架后低端近地面位置。双方均有温压补偿装置。该用户仅白天生产，晚上与双休日停产。白天生产时用汽方式也是间断用汽，1.0MPa蒸汽用于给敞开式水池加热，水温达到设定温度时停用汽，低于低限温度时打开阀门。停用汽时，压力稳定在1.0MPa，流量为0t/h，温度会逐渐下降，低可至180℃。投用汽时，流量在15分钟内阶梯式由3.5t/h、6t/h升至11t/h，随着用汽量的增大，压力下降至0.63MPa，温度增至258℃。同时段双方温度、压力、流量参数对比如表2所示。

表2数据表明，供方到用户方压损只有0.01MPa的情况下，双方温度相差达76℃。从供方流量计到用户方流量计走的是架空管线，长约1000m，有两个穿马路的爬升管架。管线保温效果较差，管线保温外侧测得温度为65℃。用户为今后扩能考虑，在设计时将DN150扩径至DN200，大管径、小流量加大蒸汽热损量。

用户侧华陆涡街流量计后装有一个疏水器，排水频繁，约2～3s排水一次。图3所示流量计安装在架空管架后低端位置，经过流量计的蒸汽带液，液滴破坏涡街流量计旋涡的发生，造成漏脉冲少计量。架空管架前有一个疏水阀，打开该阀疏水，半秒1次排水，蒸汽带液情况严重。该用户间断生产导致带液问题不能有效解决。架空管架前疏水阀打开进行排水后，双方流量比对差率由28%下降至17%，差率有所改善。对管架前疏水阀打开排水后，观察流量计后疏水情况:排水量频率减少，但仍有10多秒排水一次。涡街流量计在介质流速超80m/s时，会产生漏脉冲现象，引起少计量，这也是用户表少计的原因之一。而且，高流速下，汽中夹杂着液滴易对旋涡发生体产生冲击，造成损坏。

长期高流速、带液冲击下，用户侧紧挨在疏水器旁安装的热电隅几个月后被冲坏，用户侧涡街流量计在1年后也彻底坏掉。

解决方案:类似这种带液严重，使用时用量大、冲击大的情况，建议安装一体化喷嘴流量计和温压补偿设施，并将流量计安装在架空管线 量计前后加装疏水阀。流量计安装示意图如图4所示。

一体化喷嘴流量计具有结构紧凑、牢固、抗冲击、量程比大于10∶1的优点。配装温度、压力、流量计算补偿智能设备，间断用汽环境下，能得到准确数据。

3温压补偿与带液对蒸汽测量准确性影响

案例三:工厂1.0MPa蒸汽向周边某企业供汽，工厂方采用一体化喷嘴流量计和温压补偿设备;用户方只安装有一块涡街流量计，无温压补偿设备。双方流量比对差率达49%。

图5为双方流量计安装情况，供方侧在该改制企业边界10m架空管架上装有一体化喷嘴流量计一台，流量计后分别安装了用于补偿用的测压与测温设备，流量、温度、压力信号传到工厂方流量计算机中，实时计算补偿修正后的蒸汽数量。用户侧在U型管线低端、距地面50cm高度处装有涡街流量计一块，无温压补偿装置，仅表前装有一块就地压力表。

该改制企业使用1.0MPa蒸汽对敞开式储水罐加热，将冷水加热至70℃后用于生产。加热模式为间断:温度低于设定值时，手工打开进汽阀，开大阀门快速让水升温到设定温度后关阀停用。工厂方监控显示，用汽时流量从0t/h瞬时升至0.7t/h，而该改制企业涡街流量计测量数据用量仅0.3t/h左右，用户侧计量点处就地压力表显示压力0.6MPa，远低于该企业边界处压力变送器测得的压力值0.99MPa(两块表间距仅80m)。用户方涡街流量计中固定补偿密度为3.83kg/m3，而实际蒸汽压力0.99MPa，温度231℃，密度为4.91kg/m3，密度差引起的流量差率就达28%。此外，该改制企业涡街流量计采用U型安装在地面上，安装位置处于管道的低点与末端，而管线长度80m左右两个测压点，有着0.39MPa大的压降，疑似涡街流量计处蒸汽已呈汽液两相状态。由于用户侧未装测温设备，无法验算。计量人员在该企业停工吹扫时现场巡检，正好看到涡街流量计上游阀门处法兰呲开，不断有水滴出，当时设备吹扫仍有蒸汽在使用，证明了涡街流量计处管线中蒸汽呈汽液两相状态。缺少温压补偿与积液的原因造成了工厂方表量与用户方表量49%的差率。

解决方案:用户方受厂区条件的限制无法将蒸汽表移位到高处安装，供方与用户方两块表相距仅80m，采用供方高空安装的流量计交接计量。

4流速影响HLLUGB2320PB2蒸汽流量计准确率

案例四:管网末端间断小流量用汽，管径大且流速慢，加剧表失准。

许多企业在申请用汽时，考虑今后可能扩能，想一次性投资到位，总是将管径、用汽量参数报大，结果设计选型偏大，特别是蒸汽管网末端，本身热损就大，如果用汽方式又是间断、小流量用汽，管径大且流速慢，就会造成计量失准。这样的例子在现实中很多，给计量工作带来困扰。

图6为某企业流量计安装流程。流量计为差压式流量计和温压补偿设备，配置齐全，但流量始终为零，测不出来。

工厂端蒸汽压力为0.71MPa，温度为228℃，蒸汽线经埋地管线穿公路进入用户围墙内，华陆流量计安装在用户院内。埋地管线保温差，间断小流量用汽，热损很大，流量计处蒸汽压力仅0.5MPa、温度159℃，处于饱和蒸汽汽液转换临界状态。埋地线上来无疏水阀，水击导致进汽阀法兰面和流量计后端与管线连接法兰面两处呲开泄漏。用户仅冬季用汽，平时都是疏水备用状态。流量计安装在DN150管线 量计后管线缩径至DN50，用户设计 用汽量为3t/h，上游工厂方总表冬季 量为1.3t/h，总表下有两家用户，该用户仅为小用户，用汽量也就0.1～0.5t/h左右，多数为疏水损失。节流元件测量在量程范围30%以下，误差大，流量计选择安装在DN150大管径处，加剧了蒸汽流量计失准。现场检查时多次发现差压变送器显示值为负值，负差压值以4～20mA电流信号传入流量计算机中，被流量计算机当成坏值不参与流量计算。负差压的原因与管线中积水有关，水从孔板的开孔处流到下游，测量结果就会出现负偏差。

该用户虽然考虑了管网末端低温、低压情况，温压补偿设备齐全，但缺乏排水设施，流量计安装在大通径处，蒸汽流速慢，导致流量计前后积水，流量计无法正常工作。

解决方案:流量计根据小用量情况重新选型，缩径安装，前后加装充分疏水设施。

除了慢流速对计量的影响外，还要注意华陆涡街流量计在蒸汽流速大于80m/s时，有严重的漏脉冲现象，会造成少计量，所以在流速高的场所，应避免使用涡街流量计。

5结论管网末端间断用汽测量准确原则:高处安装、充分疏水、温压补偿、流速把关。