孔板流量計在雙向流量測量中應用

   流量計量對石油化工企業起著至關重要的作用，一個生產裝置的運行效率和經濟收益與計量儀表的準確性有直接關系，根據不同應用場合選擇合適的流量儀表才能達到效果。流量儀表種類很多，在使用方面各有優劣，并不是流量計精度越高越好，而是需要依據不同工藝要求和計量要求進行合理選型［1］。
  在化工裝置區，有許多裝置自產蒸汽，這些蒸汽除滿足自用外，還要送往系統管網，但是在裝置開車或檢修時，又需要外部管網送入蒸汽作為能源，這就帶來了同一條管道需要傳輸不同方向介質的問題。如果假定介質流出方向為正向流，那么介質流入方向就是反向流。對于這種雙向流的工況，開車或檢修帶來的反向流發生頻率很低，如果設置兩套流量檢測系統，不僅造成設備極大閑置，還給安裝和維護帶來不便。如果選擇能夠分別測得正向流量和反向流量的計量儀表，就可以節約成本。常用于測量雙向流的流量計包括多孔孔板流量計、電磁流量計、質量流量計和超聲波流量計，它們有自身使用場合［2］。多孔孔板流量計的工作原理和儀表特點的基礎上，結合具體項目介紹它在雙向流工況下的選型和安裝。
1多孔孔板流量計的工作原理與特點
  以孔板為代表的標準節流裝置，是目前工業應用zui廣泛的流量儀表，其特點是結構簡單、應用技術成熟、產品標準化。GB/T2624．2-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》第2部分(孔板)的5．1．9條“雙向孔板”指出:不切斜角，孔板端面、厚度和邊緣符合相應規定，可用于測量反向流。多孔孔板就是一種雙向孔板，可以用來測量雙向流。當對精度和量程沒有過高要求時，多孔孔板配差壓變送器是測量雙向流蒸汽的選擇。
  多孔孔板也是一種差壓式流量儀表，其工作原理同標準孔板一樣，不同之處在于它將多孔整流器和標準孔板集合在一起，實現了整流和節流的一體化，基本結構如圖1所示。圖1

  當流體通過多孔孔板時，將被平衡整流，渦街被zui小化，形成近似理想流體，通過取壓裝置，可以得到節流元件前后的壓差值，根據伯努利方程計算出質量流量和體積流量:

式中
C———流出系數;
d———節流元件開孔直徑，m;
D———管道內徑，m;
qm———質量流量，kg/s;
qV———體積流量，m3/s;
β———直徑比;
Δp———壓差，Pa;
ε———可膨脹性系數;
1———上游流體密度，kg/m3。
  多孔孔板除了測量原理同標準孔板一致外，還具有自身特點，這也是它與標準孔板相比的優勢［3］，具體特點如下:
a．測量精度高。由于多孔孔板在結構上是對稱的，能夠對流體進行整流，降低了渦流、振動和信號噪聲，使得節流元件前后流場穩定性極大提高;與標準孔板相比，多孔孔板的線性度提高了5～10倍。
b．安裝直管段短。前后直管段要求長是標準孔板使用受限的重要原因，但多孔孔板前后流
場穩定，壓力恢復快，大幅降低了對直管段的要求，一般情況下直管段要求為前2D后2D，在大管徑或昂貴管材場合使用時可大幅節約成本。
c．量程比寬。標準孔板的量程比一般為3∶1，直徑比β一般為0．20～0．75，當超過此范圍時，標準孔板的精度明顯下降。但是多孔孔板的量程比可以達到15∶1，選擇合適參數時甚至能達到30∶1，β的范圍0．25～0．90。
d．*壓損低。多孔孔板流量計多孔對稱的平衡設計減少了渦流的形成和紊流摩擦，降低了動能損失;在產生同樣壓差的情況下，*壓力損失約為傳統節流裝置的1/3，節省了相當大的運行成本［4］。
2多孔孔板流量計測雙向流的選型實例
  在一個年產120萬噸精細化學品項目中，配套建設了由4臺480t/h循環流化床鍋爐和一臺20MW蒸汽發電機組成的熱電裝置。在全廠開車和檢修時，需要用到大量的中壓飽和蒸汽和低低壓蒸汽，這些蒸汽是由熱電裝置送出的。在全廠生產裝置正常運行時，包括煤氣化裝置、凈化裝置和油品加工合成裝置會副產大量中壓飽和蒸汽和低低壓蒸汽，這些蒸汽又送回到熱電裝置利用。上述兩種規格的蒸汽在兩條管道中進行送出和返回。為節約成本，在每條管道上設置一個流量儀表來測量正向流量和反向流量。選取其中一個流量計FE-02202為例，先將工藝條件列出，再進行具體的流量儀表選型，參數詳見表1。

  能夠測量雙向流的儀表有電磁流量計、質量流量計、超聲波流量計和多孔孔板流量計。由于電磁流量計不能測量蒸汽介質，因而首先被排除;質量流量計的口徑過大，且其測量介質溫度一般不能超過180℃，因而也被排除;超聲波蒸汽流量計雖然能夠滿足測量要求，但價格較貴。zui后，基于具體的工藝參數，選用多孔孔板流量計測量雙向流蒸汽，選型參數詳見表2。

  在選好多孔孔板后，再設計兩個差壓變送器，分別測量正向流量和反向流量時的壓差值，轉換成4～20mA信號后送到DCS顯示。另外，為了正確測量蒸汽的質量流量，在多孔孔板附近設置了一個鉑熱電阻和壓力變送器，將溫度值和壓力值送到DCS進行溫壓補償，得到準確的質量流量。
3多孔孔板流量計的安裝
  在進行多孔孔板流量計安裝時，首先保證取壓孔位于管道上半部與管道垂直中心線成0～45°夾角(圖2)，以防止不凝氣或臟污物進入導壓管。在安裝導壓管時，其水平段應有一定的坡度，一般情況下導壓管的坡度不小于1∶100，若項目位于北方地區，導壓管使用時需要進行蒸汽伴熱。兩個差壓變送器在安裝時必須保證正壓側和負壓側的正確。簡單來講，順著流體方向，差壓變送器的正壓側位于多孔孔板的上方，負壓側位于多孔孔板的下方。

  與標準孔板流量計相比，多孔孔板流量計的安裝更簡便:首先，它在結構上是對稱的，安裝時不需要考慮流量計方向;其次，它需要的前后直管段更少，只需保證前后直管段分別不小于2D即可。
4結束語
  在化工裝置中，選擇合適的流量儀表進行雙向流量的測量，可以節約成本，為企業帶來巨大的經濟效益。而多孔孔板流量計就是一個不錯的選擇，是一個非常合適并具有推廣價值的節能儀表，具有更廣泛的發展空間。