煤化工领域的流量测量新选择

作者:张宝 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:46 发布时间:2017-11-07
高温外夹超声波流量计在煤制油装置重液化油测量中的应用。
煤化工领域的流量测量新选择

图1

在工业生产工程中,要保证每个生产单元的安全稳定运行,必须准确获取物位、压力、温度流量及其他相关工艺参数。其中流量参数是测量难度最大、测量点状况差异最大和最重要的被检测参数。

传统的流量计多采用差压原理的仪表,如孔板流量计、V锥流量计和楔式流量计等等。差压式流量计是基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的静压差来实现流量测量,由节流装置、导压管和差压计或差压变送器及显示仪表组成。其特点是经济性好、耐受性佳且方便操作。这些流量计在工业生产装置的流量计总量中,通常占据60%以上的比例。

图2

面对激烈的市场竞争环境,以及应对全球节能减排的诉求,企业更加关注工厂的运行效率,尽可能降低能耗,以提高竞争力。因此,大量的投资被用于提升工厂的自动化水平和现场数据的采集和实时监控,以提升工厂的过程控制效率。诸如,在石油天然气和能源行业,密闭传输设施中需要性能可靠的流体测量设备,化工和制药行业中需要高精准的流量计等,种种趋势必将带动传感器和现场设备(包括流量计)的发展。流量计的设计中正在更多地引入更为先进的电子技术,如数字信号处理(DSP)和微处理器,这使得流量计具备了自诊断功能,并且能够更好地与生产控制层面进行通信。性能的提高更好地满足了行业用户的需求,为流量计创造了更多的市场应用空间。

伴随着测量技术和信息技术的快速发展,以及企业降低生产成本的诉求,新型流量仪表因时而生并且大有后来者居上之势。本文结合煤化工装置油煤浆流量测量中遇到的技术问题进行深入分析,提出探索性解决方案,并付诸实施,以供商榷。

煤化工装置重液化油流量测量疑难问题分析

测量方案分析

煤化工装置104单元油重液化油进料流量是工艺控制中非常重要的检测参数,具体如下:

  • 介质名称:重液化油流量测量(含5~10%煤粉颗粒);
  • 设备位号:104-FE-0301;
  • 操作温度:274 ℃,设计温度380 ℃;
  • 压力:操作14.383 MPa,设计压力17 MPa;
  • 密度:819 kg/m3,动力粘度0.31 mPa.s;
  • 管道:外径325 mm,管壁厚32 mm。

该装置原始设计为当时技术较为先进的美国原装进口高压孔板流量计,选用高温型双法兰差压变送器进行差压信号的测量采集和转换变送。

运行情况分析

高压孔板流量计投用后初期运行较为正常,但在运行几个月之后开始出现测量数据不稳定和零点漂移等现象。

检修期间解体检查发现,节流部位有磨损,引压管局部堵塞(见图1),双法兰变送器取压膜盒表面有结焦现象(见图2)。经过仪表维修部门进行清洗和二次校正后重新安装投入运行,可以正常使用。但在投入运行后不久,之前的故障现象再次出现,并有逐渐严重的趋势。虽然采用了冲洗油系统,但对于解决结焦问题没有明显效果。

图3

在正常生产周期中,基本没有机会对该位置的流量仪表进行检修,所以在大部分的生产运行中,该流量仪表只能“带病”工作,主要参考其流量趋势。
在装置的运行末期,该流量仪表的流量显示已经远远偏离实际数据,给装置的稳定运行带来隐患。

超声波流量计的测量原理与技术优势

超声波流量计的原理介绍

超声波流量计大多采用时差式测量原理:一个探头发射信号穿过管壁、介质和另一侧管壁后,被另一个探头接收到,同时,第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到。由于受到介质流速的影响,二者存在时间差Δt,根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt,(C=声速)进而可以得到流量值Q=V×A(见图3)。

超声波流量计的技术优势

超声波流量计具有很多优点:精度高;测量范围大;测量结果不受导电率、压力、温度及粘度的影响;与介质不接触,尤其适用于腐蚀性介质的测量;安装简单,费用低;可在现有管道上安装,无需切断工艺管道;无扰流件,无需缩径,无泄漏,低成本。

图4

图5

高温重液化油流量测量疑难问题的解决

超声波流量计的选用

为解决重液化油流量测量问题,相关技术人员立足装置,深入挖掘问题根源,并进行了大量的市场调研工作。经过反复筛选,初步确定采用外夹式超声波流量计的技术方案,主要基于以下三方面原因:

  • 超声波流量传感器不与介质接触,不存在磨损问题;
  • 超声波流量传感器不进入管道,对流体流场状态无干扰;
  • 没有引压管,所以没有堵塞的可能性。

高温外夹超声波流量计的特点

德国弗莱克森公司开发的专利技术产品FLUXUS系列高温外夹超声波流量计可以准确进行-200~600℃的高温介质流量检测(同理也可用于低温介质流量检测)。该产品利用专利的WaveInjector技术,通过特殊材质的导波板结构,将超声波脉冲信号完整的导入流体,并将管道外表面的高温局部降低到超声波流量传感器可承受的范围之内。局部保温结构可有效防止热量的散失,不影响生产运行的正常进行(见图4、5)。该流量计的突出技术优势包括:

  • 实现高温流体介质流量的非接触测量;
  • 导波板结构的良好导声与降温效果;
  • 金属高温耦合片不挥发,可长期使用,免维护;
  • 采用时差法和噪声跟踪法双测量原理,耐固体杂质能力强。

高温外夹超声波流量计的应用效果

最终技术人员确定并采购了一套FLUXUS系列的高温外夹超声波流量计用于104单元油重液化油进料流量测量(见图6和7)。

图6

图7

安装调试过程完全是在装置的运行期间进行,无需停产或者切开管路,也无需动火作业。只需将管道的局部保温拆解,并对导波板的安装位置进行物理打磨清理干净。整个安装过程耗时不到2个小时,一次调试成功,获得了良好的信号(见图8)。

图8

该流量计投用至今已有4年之久,表现良好,且没有增加额外的维护工作。

结语

高温外夹超声波流量计利用其独特的技术特点,解决了生产中的流量测量难题,克服了常规超声波流量计无法测量高温流体的限制,在石油化工行业有着广阔前景。

在应用过程中,我们还体会到,这种非接触式的流量测量方式没有压力损失,对于节能降耗也有着非常好的帮助。对于一些腐蚀性和毒性介质的流量测也很有优势。对于一些大口径管道的流量测量,性价比更加良好。

世界上没有所谓最好的流量仪表,因地制宜选择最适合的流量仪表才能获得最好的过程控制效果。

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