摘要:為了提高企業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化水平和流量測(cè)量節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用，以寶塔石化80t/a重油催化裂化的原料汕霧化然汽測(cè)量為例,通過和現(xiàn)有的差壓式流量計(jì)的性能綜合對(duì)比,分析了多孔平衡流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)和節(jié)能效果，并對(duì)多孔平衡流量計(jì)節(jié)能進(jìn)行了計(jì)算和經(jīng)濟(jì)分析,充分說明多孔平衡流量計(jì)在繼承了標(biāo)準(zhǔn)孔恒優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,還具備測(cè)量精度高、測(cè)量范圍寬、永久壓損小對(duì)直管段矩、節(jié)能效果好等特點(diǎn)，能夠推動(dòng)企業(yè)的工業(yè)白動(dòng)化水平，是一種流量測(cè)量節(jié)能的新技術(shù).
　　流量測(cè)量在石化企業(yè)生產(chǎn)控制過程和計(jì)量核算中具有重要的地位,特別是在注重能源節(jié)約提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的今天，對(duì)流量測(cè)量的要求更為嚴(yán)格.在石化企業(yè)作為流量測(cè)量對(duì)象的流體介質(zhì)種類包括氣體、液體、蒸汽等，只有把這些介質(zhì)的流量測(cè)量正確，才能正確地進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算,使生產(chǎn)活動(dòng)建立在可靠的科學(xué)技術(shù)之上，使經(jīng)濟(jì)管理工作切實(shí)有效地進(jìn)行.
　　目前,差壓式流量計(jì)可選用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴、文丘里管等4隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，節(jié)流元件不斷改進(jìn)，多孔平衡流量計(jì)已通過有關(guān)試驗(yàn)并在石油化工裝置上得到了較廣泛的應(yīng)用.該儀表也是一種差壓式流量儀表.它是在標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的基礎(chǔ)上研發(fā)出的-種新型流量測(cè)量儀表.它集合標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，克服了標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置精度較低、量程比窄、安裝時(shí)上下游需要較長的直管段、永久壓力損失較大、運(yùn)行成本高等缺點(diǎn).該流量計(jì)被稱作第三代節(jié)流裝置,.是由美國國家航空航天局設(shè)計(jì)發(fā)明的一種新型流量計(jì),也稱為多孔平衡流量計(jì).
1.基于多孔平衡流量計(jì)的性能優(yōu)勢(shì)
　　多孔平衡流量計(jì)是一種差壓式流量儀表，其工作原理與其他差壓式流量計(jì)一樣，都是基于密封管道中的能量轉(zhuǎn)換原理,即在理想流體的情況下，管道中的流量與差壓的平方根成正比，再根據(jù)伯努利方程用測(cè)出的差壓值即可計(jì)算出管道中的流量.平衡流量傳感器是一個(gè)多孔的圓盤節(jié)流整流器，安裝在管道的截面.上，每個(gè)孔的尺寸和分布是基于特殊的公式和測(cè)試數(shù)據(jù)而定制的,稱為函數(shù)孔當(dāng)流體穿過圓盤的函數(shù)孔時(shí)，流體將被平衡整流，渦流被最小化，形成近似理想流體,通過取壓裝置,可獲得穩(wěn)定的差壓信號(hào)，根據(jù)伯努利方程計(jì)算出體積流量、質(zhì)量流量.平衡流量計(jì)巧妙的設(shè)計(jì)在于將多孔整流器和測(cè)量孔板合二為一，能最大限度地將流場(chǎng)平衡調(diào)整成理想狀態(tài)，從而將差壓式流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致.
(1)流量測(cè)量線性度高，重復(fù)性好平衡流量傳感器具有對(duì)稱多孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行平衡,降低了渦流、振動(dòng)和信號(hào)噪聲,流場(chǎng)穩(wěn)定性大大提高，使線性度比孔板提升了5~10倍，重復(fù)性提高了54%，為0.15%.從其綜合性能來看,多孔平衡流量計(jì)屬于流量計(jì)行列.當(dāng)量程比為5:1時(shí)，線性度可達(dá)±0.3%;量程比為7:1時(shí)，線性度可達(dá)±0.5%;量程比為10:1時(shí)，線性度可達(dá)±1.0%。
(2)直管段要求低，雙向流測(cè)量好.平衡流量傳感器由于流場(chǎng)穩(wěn)定，A.壓力恢復(fù)比孔板快兩倍，人大縮短了對(duì)直管段的要求，其前后直管段一股為前1D后1D,最小可以小于0.5D，其中D為工藝管道的工程直徑..采用多孔平衡流量計(jì)可以省去大量直管段，尤其是特殊昂貴的材料的管道.另外,多孔平衡流雖計(jì)處于完全對(duì)稱，因此對(duì)于雙向流的流體測(cè)量非常的理想將多孔平衡流量計(jì)和孔板流量計(jì)進(jìn)行比較，如圖1所示.
 
(3)永久壓力損失小，測(cè)量介質(zhì)潔凈度要求低.多孔對(duì)稱的平衡設(shè)計(jì)，減少了紊流剪切力和渦流的形成，降低了動(dòng)能的損失,在同樣的測(cè)量工況下，與孔板相比減少了2.5倍的永久壓力損失，從而節(jié)省了相當(dāng)大的運(yùn)行能量成本,是一種節(jié)能型儀表,值得大量推廣.因?yàn)闇p少了紊流剪切力和渦流的形成，從而大大降低了滯留死區(qū)的形成，保證臟污介質(zhì)順利通過多個(gè)孔,減小了流體孔被堵塞的機(jī)會(huì)將多孔平衡流量計(jì)和孔板流量計(jì)進(jìn)行比較,如圖2所示.
 
(4)其他性能優(yōu)勢(shì).
①流量測(cè)量范圍寬,測(cè)量精度高.由于平衡流量傳感器具有多孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),能對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行平衡，降低渦流、振動(dòng)和信號(hào)噪聲,流場(chǎng)穩(wěn)定性大大的提高.表體采用特制管道和專用取壓裝置，使精度比傳統(tǒng)節(jié)流裝置提升了5~10倍.經(jīng)過實(shí)流標(biāo)定，傳感器精度可達(dá)0.3%,適用于貿(mào)易計(jì)量場(chǎng)合.其流速可以從最小到音速,其最小雷諾數(shù)可低于200，最大雷諾數(shù)可大于107;β值可選0.25~0.90,孔徑比β=d/D.
②長期穩(wěn)定性好,可測(cè)高溫高壓介質(zhì).由于其紊流剪切力的明顯減小，大幅度降低了介質(zhì)與節(jié)流件直接的摩擦,其β值長期保持不變,整個(gè)儀表無可動(dòng)部件,因此可以長期保持穩(wěn)定性.與孔板等節(jié)流裝置一樣，工作溫度壓力取決于管道和法蘭的材質(zhì)和等級(jí),工作溫度可達(dá)850℃,工作壓力可達(dá)42MPaB.
③可測(cè)復(fù)雜工況介質(zhì).由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其具有特殊的性能,它可以用于氣液兩相、各種混合氣體(如瓦斯、沼氣、煤氣等等)、各種低溫氣體(如LNG、液氮、液氧、液氬、液氫、液氯、液化乙烯、液化石油氣,等等)、氣液兩相介質(zhì)(如濕氣)、漿料、多相水流、震動(dòng)水流、電磁干擾介質(zhì)和雙向流(因?yàn)槎嗫灼胶饬髁坑?jì)左右完全對(duì)稱).
2性能綜合對(duì)比
　　當(dāng)然多孔平衡流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中依然存在著一些有待解決的問題，結(jié)合以上平衡流量計(jì)的技術(shù)性能特點(diǎn)，本文就平衡流量計(jì)與其他差壓式流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)性能比較見表1所示.
 
3在重油催化裂化中的應(yīng)用
　　催化裂化是我國石油化工二次加工的核心裝置,在煉廠中,其加工能力占--次加工能力的比例一般在30%以上催化裂化實(shí)現(xiàn)工業(yè)化已經(jīng)有60多年的歷史,作為重油加工的主要手段,是目前重油輕質(zhì)化工藝.雖然曾多次受到其他二次加工工藝的競(jìng)爭(zhēng)和清潔燃料標(biāo)準(zhǔn)的挑戰(zhàn)，但由于催化裂化技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種以催化裂化技術(shù)為核心的催化裂化家族工藝的不斷出現(xiàn)，已經(jīng)將催化裂化轉(zhuǎn)變?yōu)闊捰突�工一體化的橋梁裝置,催化裂化依然保持了其在石油化工行業(yè)中的重要地位.
3.1測(cè)量對(duì)象分析
　　隨著催化裂化工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，它對(duì)自控技術(shù)也提出了較高的要求,選用合適的測(cè)量儀表,是保證催化裂化工藝技術(shù)不斷進(jìn)步的首要條件.寶塔石化80ta催化裂化裝置工藝的原始數(shù)據(jù)見表2.表2中的測(cè)量介質(zhì)為氣體或蒸汽.分析表2中的數(shù)據(jù)可知，所列的原始數(shù)據(jù)的量程比都超出了標(biāo)準(zhǔn)孔板3:"的范圍，有的甚至到達(dá)了10:1.因此在設(shè)計(jì)中選擇多孔平衡流量計(jì).根據(jù)多孔平衡流量計(jì)的特點(diǎn),選取蒸汽介質(zhì)作為測(cè)量對(duì)象合適.
3.2多孔平衡流量計(jì)測(cè)量蒸汽
　　在石化企業(yè)中，蒸汽作為--種重要的能源被廣泛的應(yīng)用.在催化裂化裝置中，包括反應(yīng)-再生、分餾、吸收穩(wěn)定(含氣壓機(jī))、主風(fēng)機(jī)-煙機(jī)系統(tǒng)、余熱鉅爐、余熱回收站中都大量的使用蒸汽.隨著企業(yè)成本核算的深入,淘汰落后產(chǎn)能企業(yè)政策的落實(shí),企業(yè)內(nèi)部對(duì)能源的節(jié)約日益重視，而在催化裂化裝置中蒸汽在能源費(fèi)用中占據(jù)較大的比例，故要求對(duì)蒸汽進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量是很有必要的問.
　　蒸汽的流體特征、生產(chǎn)工藝情況、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件、后續(xù)維護(hù)要求及流量儀表的性能,是蒸汽計(jì)量的5個(gè)重要因素.結(jié)合本文對(duì)多孔平衡流量計(jì)的介紹，它非常適合用于蒸汽流量測(cè)量.
3.3同等條件下與標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量蒸汽流量的比較
　　重油催化裂化裝置中,儀表位號(hào)為FE21105的流量計(jì)用于測(cè)量進(jìn)入催化反應(yīng)器的原料油霧化蒸汽工藝參數(shù)見表3.
　　依據(jù)表3中的原料油霧化蒸汽工藝參數(shù)，通過孔板計(jì)算軟件計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)銳孔板儀表數(shù)據(jù);通過多孔平衡流量計(jì)軟件計(jì)算出多孔平衡流量計(jì)的儀表數(shù)據(jù),兩者數(shù)據(jù)對(duì)比見表4.
 
　　由表4可知，選用多孔平衡流量計(jì)前后直管段可節(jié)省3.8m管徑為200mm的管道,壓力損失可減少4195Pa.而在催化裂化項(xiàng)目中,長直管段除--次性投資外，還包括:管道施工、保溫材料費(fèi)、安裝支架、土地占用、維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用等.由此可以說明,蒸汽介質(zhì)在設(shè)計(jì)選用多孔平衡流量計(jì)可以一次性節(jié)約大量的投資.
3.4測(cè)量蒸汽的節(jié)能分析
　　節(jié)流裝置作為一種測(cè)量儀表,其節(jié)流型壓損大，長期運(yùn)行耗能大,費(fèi)用高;長期運(yùn)行中孔板幾何尺寸變化，銳角變鈍，甚至有的孔板在開停車過程中,由于蒸汽管道中易存冷凝水，開停蒸汽管道過程中產(chǎn)生水垂,致使孔板變形，甚至變成喇叭口.所有這些都說明:孔板差壓式蒸汽流量計(jì)很難保證其原設(shè)計(jì)測(cè)量精度;介質(zhì)輸送成本是介質(zhì)輸送過程中消耗的能量,主要測(cè)量元件造成的永久壓力損失為標(biāo)志,就液體等重介質(zhì)而言,輸送成不是很人的開支,主要體現(xiàn)在泵消耗的電能.因此選擇一款精度高、穩(wěn)定性.好、壓損小、價(jià)格實(shí)惠的儀表是提高儀表選型的一個(gè)很重要的原則.
　　由表3可知，一-臺(tái)公稱直徑200mm的標(biāo)準(zhǔn)銳孔板節(jié)流裝置測(cè)量進(jìn)入催化反應(yīng)器總管1.0MPa原料油霧化蒸汽,質(zhì)量流量為5175kgh,差壓值為10kPa,永久壓損為6137Pa;而一臺(tái)公稱直徑為200mm的多孔平衡流量計(jì)測(cè):量進(jìn)入催化反應(yīng)器總管1.0MPa原料油霧化蒸汽，差壓值為4.26kPa,永久壓損為1978Pa,計(jì)算節(jié)省耗能費(fèi)用問:
qv=5175+(4.21x3600)=0.3414(m3/s);
△P=6173-1978=4195(Pa);
Q=(△Pxqv)+n=(4195*0.3414)+0.8=1790.22(W).
　　式中:Q為能耗值,W;qv為介質(zhì)體積流量,m³/s;△P為永久壓損值,Pa;η為電機(jī)和泵的效率，工業(yè)上一般取0.8.
　　每年多耗能所需的費(fèi)用1]=(Q/1000)x(運(yùn)行時(shí)速/年)x(元/(千瓦-小時(shí)))=(1790.22/1000)x8400x0.639=9.61(萬元/年).
　　根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果和2012年多孔平衡流量計(jì)的市場(chǎng)價(jià)格(公稱直徑為200mm多孔平衡流量計(jì)為2.0萬元)可知,重油催化裂化裝置中用于測(cè)量進(jìn)入催化反應(yīng)器的原料油霧化蒸汽,若安裝多孔平衡流量計(jì)運(yùn)行兩個(gè)半月就可以回收公稱直徑為200mm多孔平衡流量計(jì)的投資成本.
4結(jié)語
　　綜上所述，本文介紹了多孔平衡流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)，通過多孔平衡流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)銳孔板在重油催化裂化裝置上的應(yīng)用比較，以該裝置上原料油霧化燕汽測(cè)量為例,進(jìn)行了節(jié)能分析，充分說明了在設(shè)計(jì)中選用一.款性能可靠的節(jié)能儀表是實(shí)現(xiàn)該裝置節(jié)能減排的重要手段.基于上述優(yōu)點(diǎn)和T程實(shí)際應(yīng)用的良好的效果，可以得出的結(jié)論是多孔平衡流量計(jì)是一種計(jì)量正確、耐用、具有廣泛應(yīng)用前景的節(jié)能儀表.

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