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 焦化装置流量计原理与分类
发布时间:2018-01-08

引言
  流量仪表又称为流量计,焦化装置常用的流量仪表有孔板流量计、楔式流量计、锥形流量计、容积式流量计、涡街流量计、电磁流量计、质量流量计等。它用于在不同的安装条件和环境条件下实现对工艺管道内不同流体的测量。
1流量仪表的分类及测量原理
1.1孔板流量计
  孔板流量计的设计依据是伯努力方程。流体的机械能守恒即动能+重力势能+压力势能=常数。总的说来,差压式流量计的工作原理基于如下事实:如果流体流经一个收缩(节流)件时,流体将被加速。这种流体的加速将使它的动能增加,而同时按照能量守恒定律,在流体被加速处它的静压力一定会降低一个相对应的值。因此在孔板上、下游侧会产生一个与流量值成平方关系的差压,将此差压从孔板两侧取压口引出,送至差压变送器转变为电信号输出,再经专用智能流量计算仪运算后,即可获知流量值。
  孔板流量计由于已标准化且结构简单、牢固;易于复制、通用性强、价格低廉而获得相当广泛的应用,焦化装置共有孔板流量计97台。但孔板流量计易积污堵塞和易被磨损,压损较大,现场安装条件高,要求的直管段过长(上游10D下游5D),因此也有一定的局限性。
1.2楔式流量计
  楔式流量计的检测件是一个V字形楔块(又称楔形节流件),它的圆滑顶角朝下,这样有利于含悬浮颗粒的液体或粘稠液体顺利通过,不会在节流件上游侧产生滞流。因此特别适合在石油、化工等行业中用于体积流量和质量流量的测量。
楔形流量计外形图
  其测量原理是流体通过楔形流量计时,由于楔块的节流作用,在其上、下游侧产生了一个与流量值成平方关系的差压,将此差压从楔块两侧取压口引出,送至差压变送器转变为电信号输出,再经专用智能流量计算仪运算后,即可获知流量值。
  楔式流量计的优点是重复性好、精确度高,经标定的楔式流量计,精度达0.5级。具有自清洁能力,无滞流区。耐磨损、寿命长、可靠性高。永久压损比孔板小。一体型结构,现场安装无需安装导压管路,直接与管道进行螺纹或法兰连接。施工省时省力,维护方便。它可以满足大多数流体的测量要求,特别适用于高粘度、低雷诺数流体以及高腐蚀、高磨损流体的流量测量,对于清洁液体、高粘度流体、蒸气、料浆、腐蚀性流体、气体等都能保持流量与差压的平方根成正比关系。焦化装置加热炉四路进料流量、轻蜡油和重蜡油出装置流量的测量元件均使用楔式流量计。
1.3锥形流量计
  锥形流量计是一种全新的差压式流量计,它以独特的边壁逐步收缩节流方式,一改传统节流装置的几乎所有缺点。其原理与其它差压式流量计一样,是经典的密闭管道中流量守恒原理和流动连续性原理,并具有自整流、自清洗、自保护功能。其自清洗特性使流体沿锥体被加速,脏污杂质无法存留锥体表面;液体中的气体或气体中的液体以及颗粒、纤维等,通过锥体与管道缝隙被扫向下游,不会有脏污、杂质存留、堵塞而影响测量,可保证仪表长期稳定工作。其自保护功能使流体在锥体表面形成附面层效应,使锥体表明得到保护,锥体关键尺寸不致因磨损而改变,保证了测量精度的长期稳定性。
  锥形流量计的直管段要求极短,无积污、堵塞,可保持长期测量稳定;其永久性压损只有孔板的1/3;因此广泛应用于石油、化工、电力、供热等领域,焦化装置内干气、富气、含硫污水等介质的流量测量元件均为锥形流量计。
锥形流量计外形图
1.4容积式流量计
  容积式流量计的原理是依靠入口压力和出口压力之间的压差推动转子。流量计的两个转子是带齿的,并互相啮合,交替的由一个带动另一个,椭圆齿轮既作测量用也作驱动用。它由测量部分、密封联轴器、调速器、显示部分和发讯部分组成。焦化装置冷减压渣油进装置流量和循环油出装置流量使用容积式流量计测量。
1.5涡街流量计
  涡街漩涡流量计通常称它为漩涡流量计,又称卡门漩涡流量计,它是利用流体自然振荡的原理制成的一种漩涡分离型流量计。当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时,若该物体的几何尺寸适当,则在物体的后面,沿两条平行直线上产生整齐排列、转向相反的涡列。涡列的个数,即涡街频率,和流体的流速成正比。因而通过测量漩涡频率,就可以知道流体的流速,从而测出流体的流量。理论和实践研究证明,漩涡分离频率f与流体速度v成正比,与漩涡发生体迎流面宽度d成反比,即f=Sr×v/d,其中Sr为斯特劳哈尔系数。
涡街流量计工作原理图
  涡街流量计适用于测量管道雷诺数范围在2×104~7×106的流体。超过了这个范围,斯特劳哈尔系数便不是常数,精度就要降低。流体的流速必须在规定范围内。被测介质为气体时,最大流速应小于60m/s;为蒸汽时,应小于70m/s;为液体时,应小于7m/s。流体的压力和温度也要在规定范围。焦化装置共有9台涡街流量计用于工艺管道内净化风、蒸汽、除氧水、氮气等介质的流量测量。

1.6电磁流量计
  电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中,测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时,则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬(橡胶,特氟隆等)实现与流体和测量电极的电磁隔离。电磁流量计主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分组成。
  用电磁流量计测量流体流量时,介质温度不能太高,一般不超过120℃,压力一般不超过1.6MPa,流速不得低于0.3m/s。被测介质必须是导电性液体,最低电导率>20uS/cm,被测介质中不能含有较多的铁磁性物质及气泡。不能用于测量气体、蒸汽、石油制品等非导电性流体。焦化装置循环水及新鲜水进装置、切焦水回流、切焦水泵入口流量均使用电磁流量计来测量。
1.7质量流量计

  有一直管,以角速度ω绕定轴O在平面内转动,管内有一质点m沿管以速度v向外移动。由于质点m处在既有旋转运动,又有直线运动的体系中,因此它将获得两个加速度分量:向心加速度ar,其值为rω2,方向指向轴O;切向加速度ac,其值为2ωv,方向与ar垂直,它来自旋转管道,同时又对管道产生反作用力,这就是科里奥利力,其计算公式为Fc=2mωv。后来人们用管道振动的方法来代替转动,从而制出了质量流量计。质量流量计由传感器、变送器、显示器三部分组成。
  传感器:敏感元件是测量管。它通过激励线圈使管子产生振动,流动的流体在振动管内产生科氏力,由于测量管进出侧所受的科氏力方向相反,所以管子会产生扭曲,再通过电磁检测器或光电检测器,将测量管的扭曲变成电信号,以进入变送器作进一步的处理。
  变送器:把来自传感器的低电平信号或二进制信号进行转换、放大,并输出与流量和密度成正比例的4~20ma标准信号,或频率/脉冲信号,或数字信号。
  显示器:接受变送器来的信号,通常以数字的形式显示被测流体的瞬时流量、累计流量、密度、温度等信号。
焦化装置热减压渣油、燃料气进装置流量和柴油、混合蜡油、稳定汽油、液化气出装置流量的测量及计量均通过质量流量计实现。
2流量仪表的选型技巧
  流量仪表选型可以从五个方面进行考虑,这五个方面为流量计仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。五个方面的详细因素如下:
1、仪表性能方面:准确度、重复性、线性度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等;
2、流体特性方面:温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、混相、相变、电导率等;
3、安装条件方面:管道布置方向、流动方向、检测件上下游侧直管段长度、管道口径、维修空间、电源、接地、安装等;
4、环境条件方面:环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等;
5、经济因素方面:仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。
流量计仪表选型的步骤如下:
1、依据流体种类及五个方面考虑因素初选可用仪表类型(要有几种类型以便进行选择);
2、对初选类型进行资料及价格信息的收集,为深入的分析比较准备条件;
3、采用淘汰法逐步集中到1~2种类型,五个方面因素要反复比较分析最终确定预选目标。
结束语
  流量是工业生产过程中常用的过程控制参数。随着科学技术的发展,新型的流量仪表还在不断涌现。流量计的选型应当首先了解流量仪表的性能特点,再结合所应用场合的工况条件,选择性能合适的产品。随着生产工艺复杂程度和自动化程度的提高,会对流量测量及控制提出更新、更高和更多的要求,如5~7m特大口径、特大流量测量;超微小流量测量;钢水等高温介质的流量测量;液氮等超低温介质的流量测量,等等。近年来,核磁共振流量计、放射性同位素流量计等新型仪表已日臻完善,流量测量精度也在不断提高。


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