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    蒸汽流量計

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    噴嘴蒸汽流量計在空分車間應用及分析

    來源:作者:發表時間:2019-04-01

         摘要:噴嘴蒸汽流量計在空分中廣泛應用,主要用于汽輪機蒸汽測量,在實際應用中能很好地反應出汽機及壓縮機運行效率,其準確度及可靠性在工廠考核中占據重要作用,介質屬于高溫高壓的蒸汽,易受多種因素的影響,如安裝、設計等,本文結合寶鋼氣體實際遇到的各種工況及問題,對噴嘴式流量計在空分中的設計、施工及應用的總結及交流。
    1噴嘴流量計簡介及在空分車間應用
         噴嘴流量計原理簡述:上游面有垂直于軸的平面、廓形為圓周兩端弧線決定的收縮段,圓筒形喉部和凹槽組成噴嘴,ISA僅有角式取壓,如圖1示。
     ISA 1932 噴嘴
         噴嘴流量計具有耐高溫高壓、耐沖擊、使用壽命長、測量范圍大、測量精度高、壓力損失小等特點可用于貿易結算。標準噴嘴按國標GBT2624.3-2006進行設計制造,按國標JJG6402-942進行檢定。無需實流標定。噴嘴的測量原理是根據流體力學中的節流原理,當它們流經管道內(滿管)的噴嘴時,流速將在噴嘴內部結構的導引下形成氣流收縮,流速會加快,靜壓力會降低,在噴嘴前后產生了壓力降,流過的介質的流量愈大,在其前后產生的壓力降也就愈大,可通過使用差壓變送器測量壓力降來測量流體流量的大小。
         空分車間的大型壓縮機機組多采用汽輪機拖動,高溫高壓的蒸汽測量多采用噴嘴式流量計,寶鋼氣體汽輪機驅動蒸汽壓力范圍見表1,噴嘴采用焊接型式和管道連接,結構型式ISA1932噴嘴。
         噴嘴式流量計附件:取壓閥、導壓管、冷凝管、三閥組和變送器、DCS計算及顯示及保溫。
    2寶鋼氣體蒸汽流量計存在的問題
         蒸汽流量多涉及和客戶的計量結算,和公司的效益及噴嘴式流量計工況信譽密切相關,寶鋼氣體在項目建設期間和正常運行期間
    多次遇到示值不準和故障等現象,大致如下所列:
         ①安裝不當造成的示值誤差;②漂移造成誤差;③泄露引起的誤差;④補償不當引起;⑤冷凝管水平高度不一致;⑥保溫不當。
    處理過程中我們也考慮影響流量測量結果的因素:
         ①流量計的流程數據;②流量計的計算書的正確性;③生產廠家的產品質量;④流量計的安裝,冷凝管和引壓管是否平行,以及前后直管段的距離;⑤變送器量程的設置且在變送器內/DCS中實施;⑥閥組是否滲漏,高/低壓關/開是否到位;⑦補償公式;⑧組態的正確性。
    3寶鋼氣體針對項目和運行期間的問題及綜合考慮各種影響因素,采取的措施及要求
         ①導壓管保溫,保溫不當可導致冷凝管液位不平衡,影響測量精度;
         ②根部閥至冷凝器之間大于30cm以上保證蒸汽在冷凝器內冷凝;
         ③由根部閥(v)向上至冷凝罐(7)必須保持向上傾斜≥15°左右,使得冷凝罐略高于取壓點;如圖2示。
    20190401154938.jpg
         ④由三通或彎頭(3)處至變送器閥組(5)處保持向下傾斜≥15°左右;
         ⑤兩個冷凝容器要保證安裝在同一高度,并固定可靠;
         ⑥高溫高壓儀表管需要選擇與流量計相同材質的導壓管;
         ⑦儀表過程連接采用焊接形式,各個部位的墊片選用相應壓力等級、退火的紫銅墊片;
         ⑧考慮各施工現場的氣象條件,對流量計至變送器端的引壓管及其附件采用相應的保溫及電、氣伴熱;
         ⑨冷凝容器需有可拆卸的堵絲,開車前兩個容器灌滿、或者灌相同體積的水,便于流量計快速準確投入使用;
         ⑩流量計安裝點的上、下游管道的內徑與流量計設計的內徑盡可能相同;
         在流量計的前后管道上一般應安裝切斷閥和旁通管路,以便周期性檢驗流量計時。相關的流量控制閥要安裝在流量計的下游,噴嘴上游所裝的截止閥必須全開,避免上游部分的流體產生紊流現象,影響測量的準確性。
         流量計應安裝在便于維修,周邊無熱輻射的。
    4對設計參數方面提出如下要求來控制
         ①精度等級:據《GB17197-2006用能單位能源計量器具配備和管理通則》中相關準確度的等級要求,蒸汽流量計量等級為2.5參數,設計時根據實際情況適當考慮提高計量精度等級,同時應參考雙方的供氣合同中對精度的要求。
         ②直管道要求:至少前20D后5D考慮,實際情況按計算書設計,特殊情況下考慮前60D后10D的設計;
         ③β值:(0.6~0.7);
         ④量程比:量程比大小嚴重影響流量計選型,設計時必須明確好小流量/好大流量,以便于選擇合適的流量計類型;
         ⑤刻度值:在工藝好大流量的基礎上考慮流量計的刻度流量,及流量計的好大量程,通常好大量程為設計好大流量的1.25倍或更高;
         ⑥連接方式:高溫高壓采用焊接一體式,低壓可以采用法蘭連接形式;
         ⑦根據流量選擇流量計通經而非管道直徑來選擇流量計通徑:
    如果經過計算流量計需要縮徑,采用偏心縮徑,防止冷凝水低點積聚,如圖3。
         20190401154951.jpg
         ⑧流量計不應安裝在減壓閥后或部分開啟的閥門后,避免震動和漩渦影響流量計精度;
         ⑨流量計上游切斷閥后安裝汽水分離器,可以減少水分,干蒸汽可以保證測量精度,同時降低水錘對流量計的影響;
         ⑩明確流量計算機必須有密度補償功能。
    5噴嘴流量計算公式
         噴嘴流量計采用的時差壓式流量計計算,其原理參見《GB/T2624流量測量裝置,用孔板、噴嘴和文丘里管測充滿圓管的流體流量》。噴嘴用于測量蒸汽時,應對蒸汽密度進行補償,進行蒸汽流量的密度補償,密度補償有很多公式,這里僅列舉常用的計算公式,和蒸汽的壓力、溫度,是否過熱有關。
    5.1過熱蒸汽密度的計算公式:
         式中:P———過熱蒸汽的絕對壓力,kPa;
    20190401155011.jpg
    5.2飽和蒸汽密度計算
    20190401155011.jpg
         蒸汽密度計算出來后,根據流量公式,計算出蒸汽瞬時流量,公式如下:
    20190401155041.jpg
         簡單說來就是蒸汽流量計需要按上述公式進行密度補償。
    6噴嘴流量計在日常生產中使用和維護
    6.1使用前檢查內容
         ①新表或停用一段時間后重新投用的,投用前應檢查引壓管路是否有堵、漏現象,檢查冷凝罐是否正常,實際應用中蒸汽導壓一般采用焊接,無法檢查冷凝罐的,需要供氣2個小時后再正常計量。②投運前打開變送器閥組中的平衡閥,關嚴正負側的閥門,檢查、必要時校正差壓變送器的零點,測量高壓介質時還需檢查靜壓誤差。③高壓蒸汽流量測量,一定要配置冷凝罐,實際應用中建議冷凝罐距離取壓點超過3米,防止導熱引起的冷凝罐液位誤差。④首次投入使用時,檢查控制系統的設置是否和噴嘴計算書一致,主要參數有設計溫度、設計壓力,好大壓差等。
    6.2日常運行檢查內容
         ①日常維護中周期性主要是清除和檢查冷凝罐,定期從排污口處排放,周期由實際工況制定。②周期性檢查零點,尤其是高壓介質,經常會零點漂移,要求所配的閥組質量要可靠,周期由合同約定的或實際情況雙方約定。
    7結論
         經過從設計選項、安裝調試及運行維護采取的上述一系列措施,寶鋼氣體既有項目和新上項目噴嘴式蒸汽流量計應用已非常成熟,精度及故障率都得到了有效控制,滿足了客戶的需求和很好的保證公司內部性能考核等指標的準確度,得到一致認可。
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