石油化工流量儀表的選型及研究

員三妮

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西 西安 710075）

引言

隨著國家對能源開采利用的不斷重視，我國石化行業(yè)迅速發(fā)展。如何利用相關(guān)技術(shù)更好地提高企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，已經(jīng)成為了企業(yè)亟待解決的問題。經(jīng)過科研人員大量研究發(fā)現(xiàn)，在石油化工行業(yè)，流量儀表應(yīng)用非常廣泛，科學(xué)合理地選用流量儀表可以提升工作效率，降低生產(chǎn)成本。在實際的選擇中，存在諸多客觀因素，例如面對不同的流體、不同的外界環(huán)境和不同的成本預(yù)算等，技術(shù)人員必須根據(jù)生產(chǎn)實際選擇最適合的流量儀表，因此，本文將針對當(dāng)前石化生產(chǎn)企業(yè)中影響流量儀表的選用因素來進行探討分析，為石化生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 流量儀表的使用及影響因素分析

流量儀表的合理選用對能否精準(zhǔn)測量起著至關(guān)重要的作用。在實際的選用中，要考慮監(jiān)測對象的特點、外界環(huán)境以及產(chǎn)品質(zhì)量的掌控等諸多因素。流量儀表種類繁多且都有各自的監(jiān)測特點，通過前期對流量儀表的實踐性調(diào)研分析，在化工生產(chǎn)中，流量儀表在使用中應(yīng)考慮以下六個方面：

1）被測物質(zhì)的主要特性。在測試之前必須對被測物體的特性有足夠的了解，包括檢測對象的密度、濕度、溫度和腐蝕性等特點，還需要考慮檢測液體在流動的過程中是否出現(xiàn)滿管的情況。

2）滿足工藝對壓力損失的要求。在高壓情況下，工藝介質(zhì)、密度以及粘度都會發(fā)生很大的改變，對儀表管路的安裝和尺寸也會產(chǎn)生一定的變化，這些變化都會導(dǎo)致流量儀表的性能受到一定程度的影響。在選型之前要核算經(jīng)過流量儀表后的永久壓力損失是否影響工藝流程。

3）儀表的自身技術(shù)因素。在儀表的選用中還需要考慮儀表的自身技術(shù)性因素，例如儀表的精度是否達標(biāo)、儀表誤差是否達到生產(chǎn)要求、儀表在使用中與其他生產(chǎn)設(shè)備是否配套等。

4）生產(chǎn)過程的環(huán)境因素。石油化工生產(chǎn)過程中，外界環(huán)境非常復(fù)雜。高溫、潮濕、電磁干擾、腐蝕性介質(zhì)等諸多因素都會影響儀表的正常使用和安全性能。儀表選用之前應(yīng)考慮外界因素。

5）儀表能否滿足現(xiàn)場的安裝要求。在安裝儀表前必須考慮是否滿足規(guī)定的前后直通道長度，同時需要考慮耐溫、耐壓、抗震以及安全保護等問題。

6）儀表選擇的使用成本。在保證其他因素均能實現(xiàn)的情況下，考慮成本因素時應(yīng)該以確保安全生產(chǎn)為前提。

2 流量儀表主要類型及選用原則

流量儀表分為兩大類，即就地流量計和流量變送器。其中就地流量計包括葉輪式流量計、浮子流量計以及容積式流量計，這幾種流量計能夠在沒有電能供應(yīng)的情況下正常工作。流量變送器的種類相對來說比較豐富，按照其使用原理可以分為體積流量計和質(zhì)量流量計兩種，目前在化工行業(yè)中比較常見的有節(jié)流壓差式流量計、渦街流量計、超聲波流量計以及電磁流量計等等，均為體積流量計。使用體積流量計，測量的數(shù)值為體積流量，要想將數(shù)值轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，需要在系統(tǒng)中加入密度系數(shù)換算。此外在化工生產(chǎn)過程中，還有一些流量計，如熱式質(zhì)量流量計，可以實現(xiàn)直接測量質(zhì)量流量。

在選擇測量儀表之前，需要明確以下幾點：是否用于測瞬時流量累積值；是測流量絕對值還是測量流量變化值；是用于過程控制還是計量計算；是測量質(zhì)量流量還是體積流量；流量儀表必須滿足測量目的要求。

2.1 轉(zhuǎn)子流量計

轉(zhuǎn)子流量計是根據(jù)節(jié)流原理測量流體流量的，它是通過改變流體的流通面積來保持轉(zhuǎn)子上下的差壓恒定，故又稱為變流通面積恒差壓流量計，也稱為浮子流量計。目前是應(yīng)用最廣泛的一類，僅次于差壓式流量計，可用于復(fù)雜環(huán)境和各種介質(zhì)條件的工藝流程。

2.2 容積式流量計

容積式流量計是利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分隔成為單個已知的體積部分，根據(jù)各個測量室逐次重復(fù)排出已知體積的次數(shù)來測量流體體積累積值。計量精度高、量程比較大、安裝管道條件對計量精度沒有影響。但被測介質(zhì)種類、口徑局限性較大，安裝體積較大，不適用高、低溫場合。

2.3 差壓式流量計

差壓式流量計是根據(jù)差壓原理測量流量的，主要通過在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生差壓變化，完成流量計量工作。隨著儀表技術(shù)的快速發(fā)展，這類儀表應(yīng)用場合正在減少。

2.4 電磁流量計

電磁流量計是利用電磁技術(shù)運行的流量儀表。測量液體效果較好，但是在測量中因其對外界干擾較為敏感，且測量流體較為單一，因而使用量也非常少。

2.5 超聲波流量計

超聲波流量計是利用檢測流體流動對超聲束的作用來測量的流量計。在石化工業(yè)生產(chǎn)中，特別是在大口徑水管線流量測試中應(yīng)用廣泛。多通道超聲波流量計測量技術(shù)非常成熟，歐美等國家已經(jīng)將氣體超聲波流量計作為法定計量器具。

2.6 渦輪流量計

渦輪流量計是葉輪式流量計的主要品種，傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子通過流體的平均流速而得到流量。由于不能夠長期保持其校驗特性，需要定期進行校驗。對介質(zhì)的清潔度要求較高，發(fā)展迅速，已經(jīng)成為通用的一類流量計。

3 流量儀表選用原則探析

流量儀表采用單個5 V 電源供電。經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸出電壓針對5 mV/℃校準(zhǔn)。采用5 V 單電源時，輸出在大約75 mV～4.75 V 之間保持線性，對應(yīng)于15～950 ℃的溫度范圍。針對以上流量表的特點，我們在選擇儀表時應(yīng)注意以下原則：

1）確保精度。在測量過程中首先要滿足技術(shù)要求，達到生產(chǎn)要求。

2）重復(fù)利用。確保合理的預(yù)算，降低生產(chǎn)成本，需要選擇可重復(fù)使用的測量儀表。

3）具備自動調(diào)整功能。具備自動調(diào)整功能的儀表在安裝之后，可提高儀表使用壽命，減少日常維護工作量。

4）實現(xiàn)測量中的范圍要求。選擇儀表時要滿足測量上限和下限要求，保證測量的準(zhǔn)確度。

5）具有低功耗優(yōu)勢。生產(chǎn)過程中，設(shè)備多且測量壓力大，管道運行與管體的功耗就會非常高，所以在儀表選擇時，我們需要選用永久損失壓力較小的儀表，減少生產(chǎn)中的耗能，降低生產(chǎn)成本。

6）具有較長的使用檢修期與使用壽命，這樣可以減少儀表問題對正常生產(chǎn)的影響。

7）考慮工藝介質(zhì)是否有腐蝕性，選擇具有良好的耐腐蝕性。由于大部分生產(chǎn)產(chǎn)品與原料都具有較大的腐蝕性，所以要選用耐腐蝕性較好的儀表。

4 流量儀表的應(yīng)用

流量儀表不僅是計量科學(xué)重要組成，而且在社會經(jīng)濟、國防建設(shè)、科學(xué)研究等各種領(lǐng)域占據(jù)著非常重要的角色。在石油化工生產(chǎn)過程中，流量計是保證油田生產(chǎn)順利進行的重要設(shè)備。不論石油的運輸、開采還是冶煉都需要流量計。技術(shù)人員可以使用流量計計量蒸汽、液體及氣體，不僅能準(zhǔn)確掌握流體的流量，而且為安全生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。

4.1 在海洋鉆井平臺上的應(yīng)用

根據(jù)其用途不同，可以將海洋鉆井平臺劃分為公用系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和工藝生產(chǎn)系統(tǒng)等三個板塊，每個版塊可以根據(jù)工作的實際需求，選擇相應(yīng)的流量儀表。例如：在海洋中流體媒介為凝析油，其黏度為0.89 mPa·s（0.89 cP），工作壓力在6 690～7 411 kPa 之間，溫度在42～65 ℃范圍內(nèi)，常規(guī)流量為0.521 m3/h。根據(jù)以上參數(shù)來確定儀表的合理選型：首先，排除電磁流量計，因為石油不導(dǎo)電。其次，從管道介質(zhì)為凝析油考慮，由于凝析油最終進入終端，則可以排除渦輪式、超聲波式和質(zhì)量式流量計。由于在海洋中鉆井，平臺空間有限，因而排除壓差式流量計。最后，從成本考慮，排除容積式流量計。為了滿足流速低，管徑小等特點只能選用轉(zhuǎn)子式流量計。

4.2 在陸地油田的應(yīng)用

當(dāng)前在國內(nèi)陸地油田深井和超深井中都存在超密加重材料浪費嚴(yán)重的問題，如果要實現(xiàn)加重材料的高效再回收利用，需要根據(jù)油田中鉆井液的密度差異性、粘度和離心機等參數(shù)變化來考慮，技術(shù)人員可通過計算流量儀表傳感器獲取的信息數(shù)據(jù)來確定工作轉(zhuǎn)速和處理量。利用計算機做精準(zhǔn)控制，達到回收利用的目的。

在整個過程中，流量儀表的選型至關(guān)重要，應(yīng)從以下幾個方面來進行考慮：首先，陸地油田的外在環(huán)境非常惡劣，必須選用抗腐蝕性強的儀表，所以質(zhì)量流量計不能選用。其次，從即時控制和測量精度等方面考慮，排除壓差式、轉(zhuǎn)子式、超聲波式與渦銜式流量計。從流體粘度要求來考慮，可以排除渦輪式流量計。最終，選用能夠測量腐蝕性、導(dǎo)電性液體的電磁流量計。電磁流量計安裝在現(xiàn)場并進行測試，滿足其要求。

5 結(jié)語

在石油化工行業(yè)，流量儀表的選型和應(yīng)用，對于化工生產(chǎn)非常重要。許多科研人員將時間和精力都投入到化工儀表的開發(fā)研究上，促進了我國化工行業(yè)流量儀表的不斷發(fā)展。在進行流量儀表的選擇過程中，一定要嚴(yán)格按照經(jīng)濟性、智能化以及工藝指標(biāo)進行合理的選擇，確保儀表的選擇能夠符合化工生產(chǎn)的實際要求，才能充分發(fā)揮作用，達到標(biāo)準(zhǔn)計量的目的，確?；ば袠I(yè)安全生產(chǎn)并持續(xù)發(fā)展。