低压蒸汽计量中蒸汽流量计的选型与分析

摘要：根据洛阳石化动力部外送低压蒸汽的工艺条件及设施情况，分析了大口径宽流量条件下低压蒸汽计量中毕托巴流量计、涡街流量计和一体化节流式流量计各自的原理和特点，通过比较，确定毕托巴流量计更加适合该项目的蒸汽计量，同时针对生产实际和现场情况，对毕托巴流量计的使用提出相应的建议。

洛阳石化动力部外送低压蒸汽是我厂蒸汽管网的重要产出方，其计量精准与否直接影响到各装置达标和经济核算，尤其SMES3.0能源计量模块上线运行后，对计量器具的计量准确性提出了新的要求。动力部外送低压蒸汽管线为DN700的大管径，外送蒸汽量因生产调整会造成流量从lO～150t/h之间的波动，原有的流量计已不能满足企业经济核算的要求，准备利用2015年大检修之机进行更新，以提高计量准确度，因此，选择一台能保证大口径宽流量工艺条件的流量计成为当务之急。

1、选型条件

1.1 蒸汽计量的特点

蒸汽作为重要的载能工质，在石油、化工、冶金以及城镇供热行业中广泛应用。由于蒸汽物性的特殊性，长期以来一直是能源计量工作中的重中之重，蒸汽计量有以下特点：

①蒸汽干度的修正及其可能出现的汽水两相流测量问题，对于相流经常变化的蒸汽，使用目前流量仪表测量流量，不易做到准确计量。

②因生产调整和工艺条件变化，蒸汽量波动幅度较大，计量仪表的性能难以适应。

③随着温度和压力的变化，蒸汽物理性质变化较大，给准确计量带来困难。

④蒸汽在工业生产所用能源中属较贵的能源，对单位经济核算影响较大。

1.2 动力部外送蒸汽的工艺参数

动力部外送蒸汽工艺参数见表1。

2、流量计选型与分析

根据项目输送蒸汽的性质和工艺操作参数，以及蒸汽计量广泛选择的流量计型号，初步确定可以选择的流量计有毕托巴流量计、涡街流量计和一体化节流式流量计，以下对三种流量计的原理及特点做以分析比较。

2.1 毕托巴流量计

毕托巴流量计是采用皮托管原理提取管道中心流体流速(全压-静压=动压)再换算成流体体积流量与质量流量的差压式流量计。皮托管原理早就广泛应用在航天航空业中，如：飞机风洞的测试和检测、飞机发动机气体动力测试、飞机飞行速度的测速杆等，技术成熟。

2.1.1 组成和工作原理

毕托巴流量计将探针插入管道中心，总压孔对正流体的来流方向，静压孔对正流体的去流方向，总压与静压之差即为管道中心的实测差压，再由该探针的风洞标定曲线拟合出该点的标准差压，根据标准差压来计算流体的流量。同时还需用压力变送器测出流体压力，用热电阻温度计测出流体温度，把标准差压信号、压力信号、温度信号同时引入单片机构成的流量积算仪或直接接入DCS系统，一方面对探针的流量方程进行解算，再一方面对蒸汽进行压力、温度补偿，以保证测量精度，并用数字显示出差压、压力、温度、瞬时流量、累积流量、热量、速度等参数。

2.1.2 毕托巴流量计的优点

①准确度高。蒸汽测量*高可达0.5级；

②可靠性高。因探针的构造非常简单，结构设计合理，导压管内介质不流动，杂物不容易进去，所以能长时间保持测量精度；

③测量范围广。流量在0.2～50000t/h都可以精确测量。对低流速、小流量、大管径测量效果尤佳；

④安装简便。只需在管道合适的位置上打一个相当的孔，把一次元件探针插入管道中心，即可方便地进行安装；

⑤压力损失小，一次元件传感器是Φ20mm～Φ55mm不锈钢制成，其截面积很小，在介质管道中几乎是无压力损失，与孔板等节流装置相比较具有明显的节能效果；

⑥现场安装不要求商管段。

2.1.3 毕托巴流量计的缺点

①价格高，性价比低；

②引压管没有不积冷凝水没置和防冻设置。

2.2 涡街流量计

2.2.1 组成和工作原理

涡街流量计属于体积流量计。

涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过旋涡发生体后会产生正比于流速的旋涡，由此可算出流体的流量。流量与旋涡频率的关系，可用下式表示：

V=f/k

式中：f为旋涡的个数；k为仪表系数；V为流过流体的体积。

2.2.2 涡街流量计用于蒸汽计量的主要优点

①结构简单而牢固无可动部件，可靠性高，长期运行十分可靠；

②安装简单，维修十分方便；

③输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高；

④压力损失较小，运行费用低，节能；

⑤测量范围宽，量程比可达1：10；

⑥应用范围广，蒸汽、气体、液体的流量均可测量。

2.2.3 涡街流量计用于蒸汽计量的缺点

①要求被测量介质的流动雷诺数下限较高，气体流速一般应大于4m/s，流速过低时会造成测量精度降低甚至小流量不计量；

②对振动较敏感，在强烈振动的环境下工作，会影响测量精度；

③对被测量介质的洁净度要求较高，不适宜测量对频率信号检测器造成严重污染的脏污流体。

2.3 一体化节流式流量计

2.3.1 一体化节流式流量计结构和工作原理

一体化节流式流量计结构，如图1所示 。

一体化节流式流量计是将节流装置和差压变送器做成一体，由差压变送器输出4～20mA差压信号，可测量多种介质(液体、气体、蒸汽)，设计了防冻式隔离器，简化了流量计结构，便于安装。一体化节流式流量计可采用多种节流件，常用ISA1932标准喷嘴及标准孔板。

配置智能化差压变送器和带通讯功能的流量显示设备的一体化节流式流量计，可通过HART协议实现宽量程比检测，流量测量范围度可达到6：l～10：1或更宽。

充满管道的流体流经管道内的节流装置，流束将在节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，在节流件前后产生了静压力差(或差压)。流体的流速愈大，在节流件前后产生的差压也愈大。因此通过测量差压的方法可测量流量。

2.3.2 一体化节流式流量计用于蒸汽计量的优点

①测量范围宽约为10：1；

②优先选定值IS01932喷嘴，压损小(同流量，同β值情况下，为孔板的60％)，检定周期长(是孔板的4倍)；

③引压管不积存冷凝水；

④采用**技术-防冻隔离器，不需伴热、保温和隔离器，节约能源；

⑤介质适用性强(特别适用于蒸汽流量测量)，动态性能好，结构简单，故障率低，安装维护简便。

2.3.3 一体化节流式流量计用于蒸汽计量的缺点

①上下游直管段应是圆形，内壁光滑，其内径与流量计标称内径相同；

②一体化节流式流量计必须垂直安装在与其公称通径相应的水平管道上，一体化节流式流量计在测量管线上游侧和下游侧应配置一定长度的直管段。

2.4 流量计的选型分析

根据三种流量计的特点，从测量精确度、测量范围、压力损失、抗干扰能力及运行维护等方面进行比较，如表2所示。

由于被测介质管径较大(DN700)，工作流量范围宽(10～150t/h)，涡街流量计和一体化节流式流量计在低流量时保证测量的准确性方面差一些，会造成一定的测量误差，而毕托巴流量计测量范围较宽，既能够保证小流量时准确测量，又能满足大流量的准确测量，同时在大管径上的安装也较易实现。

参照其他企业毕托巴流量计测量低压蒸汽的成功经验，如表3所示，确定该低压蒸汽计量采用的流量计为辽宁毕托巴科技有限公司生产的毕托巴蒸汽流量计。

在运行过程中也要关注：

①管线吹扫或打靶时应关闭引压阀阀门，以保护流量计，保证在正常生产过程中的准确测量；

②由于该流量计没有引压管防止冷凝水设置，现场应加伴热。

3、工业使用情况

2015年11月上旬，利用公司停工检修的机会，我们安装了辽宁毕托巴科技有限公司生产的毕托巴蒸汽流量计，经过调试、组态等相关工作以后，至3月开始，蒸汽系统低压蒸汽外供量以该计量表(FT414)数据为准，表4为我公司2016年1-6月份蒸汽准确率情况。

从表4可以看出，该蒸汽计量表(FT414)投用后，随着蒸汽计量准确度的提高，洛阳石化公司低压蒸汽管网差率有效下降，目前该表运行良好。

4、结束语

通过该工程蒸汽使用流量计的选型与分析，可确定毕托巴流量计在大口径宽流量蒸汽的计量中有明显的优势，为蒸汽交接计量提供较好的计量方案，但在具体的计量中，需要注意该流量计没有引压管防止冷凝水设置的情况，做好设备伴热和季节变换时的巡查工作，从而确保蒸汽计量的准确可靠。