摘 要： 介紹楔形流量計(jì)在粉煤加壓氣化裝置（航天爐）改造中的應(yīng)用，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐證明，楔形流量計(jì)具有精度高、耐沖刷、使用周期長的特點(diǎn)。
關(guān)鍵字： 粉煤氣化 測量 楔形流量計(jì) 改造 應(yīng)用

引言

濮陽龍宇化工有限責(zé)任公司20萬t/a甲醇裝置是國內(nèi)首套粉煤加壓氣化裝置航天第一爐的發(fā)源地，是在引進(jìn)、消化吸收殼牌公司的Shell粉煤加壓技術(shù)和GE公司的德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)基礎(chǔ)上的再創(chuàng)新。該技術(shù)在備煤、輸煤、燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氣化爐輻射段均采用先進(jìn)的粉煤氣流床氣化技術(shù)；灰渣水系統(tǒng)、洗滌、凈化則采用氣體急冷流程技術(shù)。

1 系統(tǒng)改造背景

由磨煤系統(tǒng)生產(chǎn)的合格粉煤經(jīng)加壓與空分生產(chǎn)的氧氣與蒸汽由粉煤燒嘴噴入氣化爐，在3.5MPa壓力、1400～1700℃高溫下充分混合，進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成以H2、CO、CO2為主要成分的合成氣。在整個(gè)氣化流程中，黑水流量計(jì)13FT0008、13FT0041A/B、13FT0016、13FT0018檢測整個(gè)氣化裝置重要的物料平衡參數(shù)和保護(hù)氣化爐設(shè)備的重要參數(shù)，其參數(shù)的精確與穩(wěn)定關(guān)系著裝置的優(yōu)化控制和ESD聯(lián)鎖跳車的發(fā)生。幾臺流量計(jì)原設(shè)計(jì)采用文丘里管作為節(jié)流件，結(jié)合兩年多的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，該節(jié)流件不適合煤氣化工藝介質(zhì)，因介質(zhì)較臟容易使環(huán)室堵死，造成測量誤差和測量值的突變引起ESD聯(lián)鎖停車的發(fā)生。為了徹底消除測量誤差，避免因儀表原因引起停車事件的發(fā)生，對幾臺黑水流量計(jì)進(jìn)行改造，傳感器由原來設(shè)計(jì)的文丘里節(jié)流元件改為楔形流量傳感器。

2 楔形流量計(jì)

2.1 原理

當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)楔形孔板時(shí)，在楔形孔板上游側(cè)和下游側(cè)測到流體的差壓，差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)為4~20mADC信號輸出，此信號經(jīng)人工智能流量運(yùn)算器處理或DCS處理后，得到瞬時(shí)流量值。

楔形流量傳感器的檢測件是楔形孔板，它是一塊V形節(jié)流件，圓形頂角朝下，含懸浮顆粒（粉塵、泥沙及其它固體顆粒）流體和高粘度液體流過時(shí)在節(jié)流件上游側(cè)不會產(chǎn)生滯流，也不會在節(jié)流體上、下游側(cè)發(fā)生固體顆?；蛘吵砦锏姆e存，確保了楔形流量傳感器長期運(yùn)行穩(wěn)定性。楔形流量計(jì)測量原理如圖1所示。

圖1 楔形流量計(jì)測量原理

2.2 特點(diǎn)

（1）長期現(xiàn)場運(yùn)行精度高。在液體流量測量中，精度可達(dá)0.2級；在氣體測量中，精度可達(dá)0.5級。楔形流量計(jì)長期穩(wěn)定性好，被譽(yù)為零故障率儀表。

（2）流量范圍度寬。精度0.2級時(shí)，流量范圍可達(dá)1∶25；精度0.5級時(shí)，流量范圍高達(dá)1∶33。這是其它差壓式流量計(jì)無法比擬的。

（3）適用范圍極廣。不僅適用于單相流體，也適用于氣液、氣固和液固等雙相流體。其雷諾數(shù)最小達(dá)300，最高可達(dá)1×106以上。因此，楔形流量計(jì)既可工作在層流狀態(tài)，也可工作在紊流狀態(tài)，其最低流速達(dá)0.01m/s。而且楔形流量傳感器無沉積、不堵塞，可適用于高溫、高壓、高粘度、強(qiáng)腐蝕的各種液體和高含塵氣體的流量測量。

（4）防粘附楔形傳感器。楔形流量計(jì)采用“V”型體節(jié)流件，可消除滯留區(qū)，防止系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。傳感器測量管與節(jié)流件防粘附，是流量測量技術(shù)的重大突破。它消除被測量介質(zhì)中的泥沙、粉塵、懸浮物、纖維等對流量傳感器測量管的粘附、堆積，同時(shí)也防止了測量管的腐蝕，是準(zhǔn)確測量流量的基礎(chǔ)與保證。

2.3 安裝及維護(hù)

（1）一次表分體式，更換楔形件（中間）可擴(kuò)展量程。

（2）差壓變送器可輸出4～20mA的電信號，便于配用各種儀表。

（3）楔形流量計(jì)附有前后測量管，可水平或垂直安裝，當(dāng)垂直安裝時(shí)，流體應(yīng)自上而下流動。測量液體時(shí)應(yīng)注意使差壓變送器方便排除氣泡，以免引起儀表零點(diǎn)漂移。

（4）楔形流量計(jì)上下游側(cè)應(yīng)配置管段（上游5倍管道直徑，下游2倍管道直徑），管道內(nèi)部應(yīng)光滑、清潔、無附著物。

（5）水平安裝時(shí)，楔形差壓元件應(yīng)與管道中心線成90°；對于垂直安裝，由于取壓點(diǎn)之間輕微的靜壓影響，必須注意差壓變送器調(diào)零。

3 實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)濮陽龍宇化工有限責(zé)任公司的實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合生產(chǎn)需要，首先改造激冷水泵出口黑水流量13FT0008，經(jīng)過近半年的運(yùn)行，效果很好。隨后對以下介質(zhì)較臟、易出故障的流量計(jì)分別進(jìn)行了楔形流量計(jì)改造：去氣化爐循環(huán)水流量13FT0041、合成氣洗滌塔變換冷凝液流量13FT0016、合成氣洗滌塔工藝氣流量13FT0018。經(jīng)過近一年的開車運(yùn)行，幾套流量計(jì)指示準(zhǔn)確平穩(wěn)、參數(shù)可靠，達(dá)到了預(yù)期的目的。

4 結(jié)語

楔形流量計(jì)是一種新型流量計(jì)，其設(shè)計(jì)解決了煉焦、煉油、化工等企業(yè)中的焦油、瀝青、殘?jiān)?、石蠟油、易結(jié)晶萘油等各種高粘度液體介質(zhì)的流量測量難題。

1.提供正確的流量和管道數(shù)據(jù)。
    差壓式均速管流量計(jì)的機(jī)械尺寸是根據(jù)要安裝的管道尺寸量身定制的，其測量范圍是根據(jù)工藝提供的流量數(shù)據(jù)計(jì)算和標(biāo)定。選用時(shí)，一定要正確提供給制造商流量數(shù)據(jù)和管道尺寸，管道尺寸包括外徑和壁厚。

2.正確選擇檢測桿。
    差壓式均速管流量計(jì)其主要結(jié)構(gòu)是一根插入的檢測桿，它有各種形式，其截面形狀不一，有圓管,菱形管，Delta形等，由于各種形狀的檢測桿對應(yīng)了不同的流體理論

3.要選用高精度的微差壓變送器。
    差壓式均速管流量計(jì)是通過測總靜壓來推算流量，常用于大口徑測氣體流量，它產(chǎn)生差壓一般都比較小，小的時(shí)候可能只有20-30帕，要盡量避免使用引壓管，選用高精度的微差壓變送器，如3051等，zui直接的方案是采用均速管、三閥組、差壓變送器一體化的直接安裝方式，這樣不但可以減少使用引壓管而引起的泄漏，還可補(bǔ)償受溫度、壓力的變化而變動的差壓信號失真等問題。

4.保證一定的直管段長度。
    差壓式均速管流量計(jì)前部管道必須確保有7~9倍管道直徑的直管道長度，此數(shù)據(jù)各資料不一，從3倍到30倍全有，才能使大管道內(nèi)氣體的流速盡量對稱分布于軸線，只有這樣，僅測幾點(diǎn)的流速就能推算流經(jīng)整個(gè)截面的流量，否則大管道內(nèi)氣體的流速分布將會很復(fù)雜，流量系數(shù)K的波動將會很大，不能保證測量的準(zhǔn)確度。
    
5.重復(fù)性和度。
    在一些工廠中，均速管流量計(jì)只是在某一工藝點(diǎn)提供信息源的檢測環(huán)節(jié)，它輸出所反映的氣體流量信息，并不要求是某一確切值，而應(yīng)是正確無誤地反映流量的變化，這就要求均速管工作可靠，其輸出與流量存在的單值函數(shù)關(guān)系不隨意變化，即重復(fù)性較高。如果直管段達(dá)不到要求的情況下，重復(fù)性可做到0.5%，而誤差就可能超過6%。在自動化系統(tǒng)中作為調(diào)節(jié)和監(jiān)控，采用結(jié)構(gòu)簡單的差壓式均速管流量計(jì)就有其優(yōu)勢。

6.加裝必要的粉塵過濾裝置。
    如果工藝過程比較特殊，例如粉塵較大，建議加裝必要的附屬設(shè)備，如粉塵過濾裝置等，保障均速管不堵塞，以確保儀表正常工作。

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