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            蒸汽流量计

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            喷嘴蒸汽流量计在空分车间应用及分析

            来源:作者:发表时间:2019-04-01

                 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。
             ISA 1932 喷嘴
                 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,和公司的效益及喷嘴式流量计工况信誉密切相关,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。
            20190401154938.jpg
                 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,设计时必须明确好小流量/好大流量,以便于选择合适的流量计类型;
                 ⑤刻度值:在工艺好大流量的基础上考虑流量计的刻度流量,及流量计的好大量程,通常好大量程为设计好大流量的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。
                 20190401154951.jpg
                 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;
            20190401155011.jpg
            5.2饱和蒸汽密度计算
            20190401155011.jpg
                 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:
            20190401155041.jpg
                 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,好大压差等。
            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。
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