弯管流量计在石化行业中的应用

    0　引　言

    在大型的石油化工企业中,诸如:高压天然气(含双向流)、蒸汽(过热、饱和)、大口径窑炉煤制气(含煤焦油)、高压CO2气液双相流计量等流量测量问题一直困扰着计量管理和技术人员。

    传统的孔板流量计、喷嘴流量计以及旋进漩涡流量计,由于节流装置压损大、磨损严重、不能测双向流、难于拆装清洗等原因,并不是解决这些测量问题的最好选择;涡街流量计、巴类流量计(阿牛巴等)也存在磨损、堵塞、结疤、怕振动、标定困难等难题,使它们在上述应用中受到较大的限制。

    该文通过弯管流量计对上述介质的成功测量案例进行分析,证明弯管流量计是一种新型的具有广阔发展前景的流量计。

    1　弯管流量计在石化行业中的应用效果和节能分析

    1.1　工作原理

    理论研究和大量的实验研究表明^[1-3]:流体在流经弯管时,由于弯曲管壁的导流作用,使流体在流进弯管时其内侧流速会逐渐增大,而外侧流速却逐渐减小,这就形成了各个过流断面的近似梯形速度分布,且这种梯形速度分布状态在弯管45°截面处达到极限状态。弯管45°截面各质点流速分布如图1所示。

    根据质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律,流体在管道中流动时,在相同过流断面各元流质点的能量不变,但由于各质点流速的变化(内侧大、外侧小)就形成了弯管的内外侧压差Δp。这个压力差在45°截面时达到最大、最稳定。且45°弯管断面的流体平均流速v-与压差Δp的对应关系符合平方比例关系。深入的理论研究和大量的试验分析证明流体流过弯管形成的差压与流速的严格对应关系同弯管的几何结构尺寸(弯曲半径R和内径D)有密切关系。由以上分析可知弯管传感器的几何结构尺寸确定之后,只要测取流体流经弯管的Δp和流体的密度ρ就可以确定流体的平均流速v。其数学表达式为:

    1.2　应用效果和节能分析

    1.2.1　蒸汽计量

    弯管流量计应用于大庆石化化工一厂蒸汽流量的测量,使蒸汽流量测量装置容易泄漏的难题得到根本性的解决;无阻力损失的优点,可获得更好的经济效益;耐磨损、长周期运行不需要进行维护,使运行维修费用降到最低点。

    该厂原蒸汽计量采用标准孔板法兰取压方式,由于S100(10 MPa)蒸汽压力高,管径12 in(1英寸=25.4 mm),每套孔板有2个密封垫片,每次在送与停切换过程中,受热胀冷缩作用,导致孔板泄漏,最终无法使用。