大型空分机组蒸汽流量计加固夹具设计与应用

作者：时传兴（山东华鲁恒升化工股份有限公司），转载请注明文章作者版权。


摘要：喷嘴蒸汽流量计在空分中广泛应用，主要用于汽轮机蒸汽测量，在实际应用中能很好地反应出汽机及压缩机运行效率，其准确度及可靠性在工厂考核中占据重要作用，介质属于高温高压的蒸汽，易受多种因素的影响，如安装、设计等，本文结合宝钢气体实际遇到的各种工况及问题，对喷嘴式流量计在空分中的设计、施工及应用的总结及交流。
1喷嘴流量计简介及在空分车间应用
     喷嘴流量计原理简述：上游面有垂直于轴的平面、廓形为圆周两端弧线决定的收缩段，圆筒形喉部和凹槽组成喷嘴，ISA仅有角式取压，如图1示。

                               
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     喷嘴流量计具有耐高温高压、耐冲击、使用寿命长、测量范围大、测量精度高、压力损失小等特点可用于贸易结算。标准喷嘴按国标GBT2624.3-2006进行设计制造，按国标JJG6402-942进行检定。无需实流标定。喷嘴的测量原理是根据流体力学中的节流原理，当它们流经管道内（满管）的喷嘴时，流速将在喷嘴内部结构的导引下形成气流收缩，流速会加快，静压力会降低，在喷嘴前后产生了压力降，流过的介质的流量愈大，在其前后产生的压力降也就愈大，可通过使用差压变送器测量压力降来测量流体流量的大小。
     空分车间的大型压缩机机组多采用汽轮机拖动，高温高压的蒸汽测量多采用喷嘴式流量计，宝钢气体汽轮机驱动蒸汽压力范围见表1，喷嘴采用焊接型式和管道连接，结构型式ISA1932喷嘴。
     喷嘴式流量计附件：取压阀、导压管、冷凝管、三阀组和变送器、DCS计算及显示及保温。
2宝钢气体蒸汽流量计存在的问题
     蒸汽流量多涉及和客户的计量结算，和公司的效益及

                               
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信誉密切相关，宝钢气体在项目建设期间和正常运行期间
多次遇到示值不准和故障等现象，大致如下所列：
     ①安装不当造成的示值误差；②漂移造成误差；③泄露引起的误差；④补偿不当引起；⑤冷凝管水平高度不一致；⑥保温不当。
处理过程中我们也考虑影响流量测量结果的因素：
     ①流量计的流程数据；②流量计的计算书的正确性；③生产厂家的产品质量；④流量计的安装，冷凝管和引压管是否平行，以及前后直管段的距离；⑤变送器量程的设置且在变送器内/DCS中实施；⑥阀组是否渗漏，高/低压关/开是否到位；⑦补偿公式；⑧组态的正确性。
3宝钢气体针对项目和运行期间的问题及综合考虑各种影响因素，采取的措施及要求
     ①导压管保温，保温不当可导致冷凝管液位不平衡，影响测量精度；
     ②根部阀至冷凝器之间大于30cm以上保证蒸汽在冷凝器内冷凝；
     ③由根部阀（v）向上至冷凝罐（7）必须保持向上倾斜≥15°左右，使得冷凝罐略高于取压点；如图2示。

                               
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     ④由三通或弯头（3）处至变送器阀组（5）处保持向下倾斜≥15°左右；
     ⑤两个冷凝容器要保证安装在同一高度，并固定可靠；
     ⑥高温高压仪表管需要选择与流量计相同材质的导压管；
     ⑦仪表过程连接采用焊接形式，各个部位的垫片选用相应压力等级、退火的紫铜垫片；
     ⑧考虑各施工现场的气象条件，对流量计至变送器端的引压管及其附件采用相应的保温及电、气伴热；
     ⑨冷凝容器需有可拆卸的堵丝，开车前两个容器灌满、或者灌相同体积的水，便于流量计快速准确投入使用；
     ⑩流量计安装点的上、下游管道的内径与流量计设计的内径尽可能相同；
     在流量计的前后管道上一般应安装切断阀和旁通管路，以便周期性检验流量计时。相关的流量控制阀要安装在流量计的下游，喷嘴上游所装的截止阀必须全开，避免上游部分的流体产生紊流现象，影响测量的准确性。
     流量计应安装在便于维修，周边无热辐射的。
4对设计参数方面提出如下要求来控制
     ①精度等级：据《GB17197-2006用能单位能源计量器具配备和管理通则》中相关准确度的等级要求，蒸汽流量计量等级为2.5参数，设计时根据实际情况适当考虑提高计量精度等级，同时应参考双方的供气合同中对精度的要求。
     ②直管道要求：至少前20D后5D考虑，实际情况按计算书设计，特殊情况下考虑前60D后10D的设计；
     ③β值：（0.6~0.7）；
     ④量程比：量程比大小严重影响流量计选型，设计时必须明确最小流量/最大流量，以便于选择合适的流量计类型；
     ⑤刻度值：在工艺最大流量的基础上考虑流量计的刻度流量，及流量计的最大量程，通常最大量程为设计最大流量的1.25倍或更高；
     ⑥连接方式：高温高压采用焊接一体式，低压可以采用法兰连接形式；
     ⑦根据流量选择流量计通经而非管道直径来选择流量计通径：
如果经过计算流量计需要缩径，采用偏心缩径，防止冷凝水低点积聚，如图3。

     

                               
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     ⑧流量计不应安装在减压阀后或部分开启的阀门后，避免震动和漩涡影响流量计精度；
     ⑨流量计上游切断阀后安装汽水分离器，可以减少水分，干蒸汽可以保证测量精度，同时降低水锤对流量计的影响；
     ⑩明确流量计算机必须有密度补偿功能。
5喷嘴流量计算公式
     喷嘴流量计采用的时差压式流量计计算，其原理参见《GB/T2624流量测量装置，用孔板、喷嘴和文丘里管测充满圆管的流体流量》。喷嘴用于测量蒸汽时，应对蒸汽密度进行补偿，进行蒸汽流量的密度补偿，密度补偿有很多公式，这里仅列举常用的计算公式，和蒸汽的压力、温度，是否过热有关。
5.1过热蒸汽密度的计算公式：
     式中：P———过热蒸汽的绝对压力，kPa；

                               
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5.2饱和蒸汽密度计算

                               
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     蒸汽密度计算出来后，根据流量公式，计算出蒸汽瞬时流量，公式如下：

                               
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     简单说来就是蒸汽流量计需要按上述公式进行密度补偿。
6喷嘴流量计在日常生产中使用和维护
6.1使用前检查内容
     ①新表或停用一段时间后重新投用的，投用前应检查引压管路是否有堵、漏现象，检查冷凝罐是否正常，实际应用中蒸汽导压一般采用焊接，无法检查冷凝罐的，需要供气2个小时后再正常计量。②投运前打开变送器阀组中的平衡阀，关严正负侧的阀门，检查、必要时校正差压变送器的零点，测量高压介质时还需检查静压误差。③高压蒸汽流量测量，一定要配置冷凝罐，实际应用中建议冷凝罐距离取压点超过3米，防止导热引起的冷凝罐液位误差。④首次投入使用时，检查控制系统的设置是否和喷嘴计算书一致，主要参数有设计温度、设计压力，最大压差等。
6.2日常运行检查内容
     ①日常维护中周期性主要是清除和检查冷凝罐，定期从排污口处排放，周期由实际工况制定。②周期性检查零点，尤其是高压介质，经常会零点漂移，要求所配的阀组质量要可靠，周期由合同约定的或实际情况双方约定。
7结论
     经过从设计选项、安装调试及运行维护采取的上述一系列措施，宝钢气体既有项目和新上项目喷嘴式蒸汽流量计应用已非常成熟，精度及故障率都得到了有效控制，满足了客户的需求和很好的保证公司内部性能考核等指标的准确度，得到一致认可。