摘要：在煉油化工生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)一條蒸汽管道雙向輸送蒸汽的情況，本文就實(shí)現(xiàn)重油催化裂化裝置在進(jìn)、出裝置兩個(gè)方向蒸汽質(zhì)量流量的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量問題，提出了一種應(yīng)用多參量雙向流一體化節(jié)流式流量計(jì)的計(jì)量解決方案，并具體就一體化雙向孔板流量計(jì)的工作原理、計(jì)量系統(tǒng)組成、功能特點(diǎn)、雙向流測(cè)量的實(shí)現(xiàn)過程以及實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了介紹。
0引言
　　許多煉化生產(chǎn)裝置，如催化裂化裝置、焦化裝置、連續(xù)重整裝置等，常利用裝置余熱產(chǎn)出蒸汽，這些裝置在正常生產(chǎn)期間的自產(chǎn)蒸汽大多被裝置內(nèi)部使用，多余部分再外排輸出至系統(tǒng)管網(wǎng)，在裝置開停工或加工負(fù)荷小，自產(chǎn)蒸汽不足的情況下，又需要引入系統(tǒng)管網(wǎng)蒸汽作為動(dòng)力或熱源。因此，裝置蒸汽母管與系統(tǒng)管網(wǎng)之間呈互供狀態(tài)，這就帶來了如何在同一管道中實(shí)現(xiàn)雙向流蒸汽流量實(shí)時(shí)測(cè)量的問題。蒸汽單管雙向互供，客觀上造成了計(jì)量的困難，也對(duì)生產(chǎn)裝置的能耗統(tǒng)計(jì)核算影響很大。常規(guī)解決辦法是在同一條管線上安裝正反兩套標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行測(cè)量，但是往往出現(xiàn)直管段難于保證，壓力損失也成倍增加，造成裝置能耗額外增加，同時(shí)因工藝流程和裝置負(fù)荷變化，管道中蒸汽流向發(fā)生改變時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)任何一個(gè)方向蒸汽流量的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量和監(jiān)測(cè)，不利于生產(chǎn)運(yùn)行控制和節(jié)能降耗。隨著流量計(jì)量新技術(shù)的發(fā)展，流量二次表功能逐漸完善，使得雙向孔板流量計(jì)在測(cè)量蒸汽雙向流量方面得到了推廣和應(yīng)用。
1雙向孔板流量計(jì)工作原理
　　傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)孔板入口為直角，出口為45°倒角，不能測(cè)量反向流量，如圖1所示。雙向孔板的入口和出口結(jié)構(gòu)相同，均為直角，可分別測(cè)量雙方向流量，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。雙向孔板流量計(jì)就是依據(jù)在GB/T2624.2設(shè)計(jì)與加工的不切斜角、兩個(gè)端面、厚度和節(jié)流孔的兩個(gè)邊緣符合規(guī)定要求的孔板。在GB/T2624.2—2006/ISO5167—2:2003《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量第二部分:孔板》中，對(duì)雙向孔板做了詳細(xì)的規(guī)定，只要按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造和安裝，就能獲得標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的準(zhǔn)確度。


　　雙向孔板測(cè)量蒸汽雙向流，與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的工作原理是一致的，主要區(qū)別是節(jié)流件形式和二次表功能不同，此外還需要增加一臺(tái)差壓變送器。測(cè)量流量的基本原理，就是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了靜壓力差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小�？装辶髁坑�(jì)測(cè)量流量的基本公式如下:

　　式中:qm為質(zhì)量流量kg/s;C為流出系數(shù)，無量綱;ε為可膨脹性系數(shù);d為節(jié)流件開孔直徑，m;β為直徑比，(β=d/D);ρ1為被測(cè)流體密度，kg/m3;Δp為差壓，Pa。
2一體化雙向孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)
2.1一體化雙向孔板結(jié)構(gòu)
　　一體化雙向孔板流量計(jì)，采用雙向孔板，裝有雙差壓變送器，并配套溫度、壓力變送器進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。YJLB系列一體化雙向孔板流量計(jì)，是將傳統(tǒng)節(jié)流裝置和兩臺(tái)智能差壓變送器優(yōu)化組裝成一體，采用專用轉(zhuǎn)換單元，使其具備溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)高精度寬量程補(bǔ)償?shù)墓δ�，從而�?gòu)成一種多參量雙向流一體化節(jié)流式新型流量計(jì)量系統(tǒng)。一體化雙向孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.2一體化雙向孔板主要功能和特點(diǎn)
1)可實(shí)現(xiàn)雙向流量測(cè)量
　　一體化雙向孔板流量計(jì)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管道中蒸汽流量的實(shí)際狀況，如流入端與流出端壓力的變化，可正向、反向雙向測(cè)量蒸汽流量，使雙流向蒸汽流量的計(jì)量更便捷、更準(zhǔn)確，解決了之前傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)只能單向測(cè)量蒸汽流量的問題。
2)測(cè)量準(zhǔn)確度有依據(jù)
　　一體化雙向孔板流量計(jì)由于采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，測(cè)量準(zhǔn)確度有依據(jù);可采用符合GB/T2624—2006國家標(biāo)準(zhǔn)的流量測(cè)量節(jié)流裝置專家系統(tǒng)軟件，設(shè)計(jì)出雙向孔板的最佳開孔徑，以及雙向差壓變送器的差壓量程。
3)流量測(cè)量范圍得到擴(kuò)展

　　一體化雙向孔板流量計(jì)采用兩臺(tái)智能型差壓變送器，通過配置流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元或流量計(jì)算機(jī)可根據(jù)兩個(gè)差壓信號(hào)自動(dòng)判別其流向，并且實(shí)時(shí)完成節(jié)流件的流出系數(shù)C、流束可膨脹系數(shù)ε計(jì)算，在滿足測(cè)量準(zhǔn)確度的同時(shí)，使兩個(gè)方向流量測(cè)量范圍度可達(dá)6∶1或更寬。
4)安裝簡便且有防凍功能
　　該一體化雙向孔板流量計(jì)采用防凍隔離技術(shù)，冬季運(yùn)行無需保溫和伴熱，并且由于沒有了冷凝罐，不存在冷凝水，徹底消除了傳統(tǒng)蒸汽節(jié)流裝置由于正負(fù)側(cè)冷凝水的液位差所導(dǎo)致的不可預(yù)知的測(cè)量誤差。采取一體化設(shè)計(jì)安裝，縮短了一次表與二次表的引壓管線長度，差壓變送器導(dǎo)壓管短，使儀表的動(dòng)態(tài)性能得到提高。儀表整體組裝，安裝簡便，消除了儀表現(xiàn)場(chǎng)安裝帶來的測(cè)量誤差，去掉了儀表箱及伴熱管線。同時(shí)用同一臺(tái)流量計(jì)計(jì)量兩個(gè)方向的流量，不僅可以簡化系統(tǒng)、節(jié)省空間，還節(jié)省儀表購置、安裝、維護(hù)費(fèi)用。
3一體化雙向孔板流量計(jì)在重催裝置的應(yīng)用
3.1裝置蒸汽工藝流程
　　120萬噸/年重催裝置界區(qū)，各有一條中壓蒸汽母管和低壓蒸汽母管，裝置生產(chǎn)所需的中、低壓蒸汽經(jīng)由這兩條母管從系統(tǒng)管網(wǎng)引入。裝置內(nèi)部有一臺(tái)鍋爐產(chǎn)中壓蒸汽，氣壓機(jī)使用中壓蒸汽作功后，排出低壓蒸汽，同時(shí)減溫減壓器將中壓蒸汽減溫減壓為1.0MPa低壓蒸汽供裝置內(nèi)部使用。裝置正常生產(chǎn)期間富余部分中壓蒸汽、低壓蒸汽也通過這兩條母管外排并入蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)。在裝置開停工期間及加工負(fù)荷較小鍋爐產(chǎn)汽量較小情況下，需從系統(tǒng)管網(wǎng)引入蒸汽作為動(dòng)力能源。裝置蒸汽流程圖如圖4所示。

3.2裝置雙向流蒸汽計(jì)量方案
　　該裝置中低壓蒸汽母管中的蒸汽流向?qū)儆诘湫偷碾p向流，因此，安裝于裝置兩條蒸汽母管線上的流量計(jì)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)雙向流量測(cè)量。應(yīng)用一體化雙向孔板流量計(jì)實(shí)現(xiàn)重催裝置進(jìn)出裝置兩個(gè)方向的計(jì)量方案及系統(tǒng)組成如圖5所示。
　　在該蒸汽計(jì)量方案中，計(jì)量系統(tǒng)主要由YJLB系列多參量雙向流一體化節(jié)流式流量計(jì)(配備有兩臺(tái)EJA110A-E型差壓變送器)、FC2000-IAE(G)流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元(一臺(tái)測(cè)量出裝置蒸汽流量，另一臺(tái)測(cè)量進(jìn)裝置蒸汽流量)，以及雙支鉑電阻測(cè)溫元件組成。
　　在裝置現(xiàn)場(chǎng)，將多參量雙向流一體化節(jié)流式流量計(jì)焊接在蒸汽管道上，同時(shí)安裝雙支鉑電阻。在控制室，F(xiàn)C2000-IAE(G)流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元采用DIN35標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式，可方便地實(shí)現(xiàn)在DCS、PLC系統(tǒng)中植入高精度流量計(jì)算環(huán)節(jié)。流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元安裝在控制室內(nèi)機(jī)柜上，可循環(huán)顯示當(dāng)前瞬時(shí)流量、累積流量、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力等參數(shù)量，并傳輸補(bǔ)償計(jì)算后的流量信號(hào)至DCS系統(tǒng)進(jìn)行瞬時(shí)流量、累積流量及歷史趨勢(shì)顯示，以便更好地查證雙向計(jì)量系統(tǒng)狀態(tài)，并可通過網(wǎng)絡(luò)終端計(jì)算機(jī)上傳實(shí)時(shí)蒸汽計(jì)量數(shù)據(jù)。
3.3雙向蒸汽流量測(cè)量的實(shí)現(xiàn)過程

　　應(yīng)用該計(jì)量方案實(shí)現(xiàn)進(jìn)、出裝置雙向蒸汽流量計(jì)量的基本過程為:一體化雙向孔板流量計(jì)為雙差變結(jié)構(gòu)，兩臺(tái)HAＲT差壓變送器，分別測(cè)量正、反向蒸汽差壓信號(hào)，壓力補(bǔ)償信號(hào)通過HAＲT協(xié)議從差壓變送器正壓室讀取，正反兩個(gè)方向兩個(gè)差變的信號(hào)和雙支鉑電阻信號(hào)分別接入到兩臺(tái)流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元。安裝在控制室機(jī)柜內(nèi)的流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)差壓、溫度、壓力數(shù)據(jù)的采集，實(shí)時(shí)進(jìn)行蒸汽流量的溫壓補(bǔ)償運(yùn)算，循環(huán)顯示當(dāng)前蒸汽的瞬時(shí)流量、累積流量、溫度、壓力、熱量等參數(shù)，并將補(bǔ)償運(yùn)算后的質(zhì)量流量信號(hào)和采集到的溫度、壓力信號(hào)，通過4～20mA信號(hào)或者通訊接口傳給DCS，進(jìn)行瞬時(shí)流量、累積流量及歷史趨勢(shì)顯示，用于查證雙向計(jì)量系統(tǒng)狀態(tài)并上傳實(shí)時(shí)蒸汽計(jì)量數(shù)據(jù)。
4應(yīng)用效果
　　本文對(duì)該裝置在2017年6月15日至8月2日從開車狀態(tài)過渡到正常生產(chǎn)期間的蒸汽流量數(shù)據(jù)進(jìn)行了跟蹤觀察和統(tǒng)計(jì)分析。首先，以24小時(shí)日累計(jì)流量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)并繪制了進(jìn)、出裝置兩個(gè)方向1.0MPa蒸汽和3.5MPa蒸汽的日累計(jì)流量折線圖如圖6和圖7所示。

　　圖6曲線清晰顯示了在7月8日，實(shí)現(xiàn)了裝置低壓蒸汽流量由進(jìn)裝置輸入方式徹底轉(zhuǎn)變?yōu)槌鲅b置輸出方式的“零”間隔切換;圖7曲線清晰顯示了裝置由開工初期，完全引入系統(tǒng)中壓蒸汽，轉(zhuǎn)變?yōu)檠b置開工鍋爐產(chǎn)汽后出現(xiàn)富余部分中壓蒸汽外排系統(tǒng)管網(wǎng)的情況。

　　同時(shí)，我們以七天為一個(gè)計(jì)量周期，統(tǒng)計(jì)并繪制了裝置在不同時(shí)間段的消耗(進(jìn)裝置)、外排(出裝置)蒸汽量的柱狀圖。如圖8和圖9所示。

　　從圖8和圖9柱狀圖我們可以清楚的看出，在裝置開工初期，從6月15日至7月5日期間，裝置大量引入系統(tǒng)低壓蒸汽和中壓蒸汽，此時(shí)裝置蒸汽流向全部為進(jìn)裝置方向。從7月6日開始，裝置開車趨于正常，鍋爐開始產(chǎn)汽，從系統(tǒng)管網(wǎng)引入的中壓蒸汽量明顯減少，并且有富余中壓蒸汽外排，裝置已停止從系統(tǒng)管網(wǎng)引入低壓蒸汽，轉(zhuǎn)為外排低壓蒸汽。
5結(jié)束語
　　采用多參量雙向流一體化節(jié)流式流量計(jì)與流量計(jì)算轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的蒸汽計(jì)量系統(tǒng)，比較好地解決了長期困擾我公司催化裂化裝置蒸汽雙向計(jì)量難題，在我公司生產(chǎn)裝置雙向流蒸汽計(jì)量檢測(cè)中達(dá)到了較好的實(shí)際應(yīng)用效果。實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)出裝置兩個(gè)方向蒸汽流量的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確計(jì)量，避免了以前歷次裝置在開停工期間需要人工切換蒸汽計(jì)量流程的困難，也避免了開停工期間進(jìn)出裝置蒸汽無計(jì)量、測(cè)量數(shù)據(jù)混亂或數(shù)據(jù)不真實(shí)所造成的蒸汽平衡、能耗核算無依據(jù)的突出問題，徹底解決了以前裝置引入系統(tǒng)管網(wǎng)蒸汽消耗量、自產(chǎn)蒸汽并網(wǎng)量無法同步實(shí)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)量的難題。從我公司近兩年多來的流量計(jì)運(yùn)行、計(jì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)情況來看，目前這種雙向流蒸汽流量的計(jì)量解決方案可行，計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行可靠，計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，達(dá)到了對(duì)裝置自產(chǎn)、自用蒸汽分類分項(xiàng)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量的目的，使得公司煉化生產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)計(jì)量數(shù)據(jù)檢測(cè)率得到了進(jìn)一步提高。

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