淺析孔板流量計(jì)在煉油廠(chǎng)中的應(yīng)用及日常維護(hù)

上海上自?xún)x公司主要介紹標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)在煉油廠(chǎng)中的應(yīng)用情況，以及孔板流量計(jì)的測(cè)量原理及安裝要求，探討孔板流量計(jì)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施，淺談孔板流量計(jì)日常維護(hù)及注意事項(xiàng)，提高孔板測(cè)量的準(zhǔn)確性，降低流量計(jì)故障率，給生產(chǎn)操作和工藝控制提供可靠依據(jù)。

孔板流量計(jì)因其穩(wěn)定的性能、制造成本低、結(jié)構(gòu)易懂、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)量少等特點(diǎn)，在煉油廠(chǎng)、化工廠(chǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。相對(duì)于其他流量計(jì)，雖然孔板流量計(jì)壓損比較大，精度偏低，但是其測(cè)量范圍廣、故障率低，智能型變送器更是能完善其診斷、補(bǔ)償?shù)裙δ?，使得孔板流量?jì)能夠?qū)Ω鳠捰脱b置的介質(zhì)進(jìn)行有效測(cè)量。

1 孔板流量計(jì)在惠州石化的應(yīng)用情況

1.1 惠州石化煉油裝置特點(diǎn)

惠州石化煉油一期 1200 萬(wàn)噸以加工高酸重質(zhì)原油為主，煉油二期 1000 萬(wàn)噸主要加工高硫中質(zhì)原油，煉油裝置反應(yīng)器反應(yīng)后基本上都會(huì)產(chǎn)生少量的硫化氫、氨氮、氯化氫、酸性水等腐蝕性氣、液混合物；或?yàn)檫_(dá)到某些生產(chǎn)目的，加注緩蝕劑、磷酸三鈉等三劑，對(duì)管線(xiàn)或儀表設(shè)備存在一定的腐蝕；而加氫裝置進(jìn)料普遍帶水，介質(zhì)凝點(diǎn)低，為滿(mǎn)足儀表測(cè)量要求，儀表維護(hù)人員針對(duì)性提出一些解決措施。

1.2 孔板流量計(jì)在各煉油裝置的應(yīng)用情況

孔板流量計(jì)是各煉油裝置中使用非常多的一種流量計(jì)，約占全部流量計(jì)的 50 %，個(gè)別裝置能達(dá)到 70 %以上。主要用于石腦油、汽油、液化氣、燃料氣、高壓蒸汽等介質(zhì)的測(cè)量。例如：煉油二期連續(xù)重整裝置孔板流量計(jì)有 126 臺(tái)，其中內(nèi)藏式孔板13 臺(tái)，其他類(lèi)型流量計(jì) 38 臺(tái)，孔板流量計(jì)應(yīng)用率達(dá)到 76 %?？装迦悍绞骄鶠榻墙尤?。各煉油裝置孔板應(yīng)用情況主要有以下幾種：

(1)灌注隔離液。某加氫裝置進(jìn)料帶水較多，導(dǎo)致孔板引壓管積液，造成流量計(jì)經(jīng)常波動(dòng)，儀表專(zhuān)業(yè)反復(fù)排液校準(zhǔn)，通過(guò)在高低壓側(cè)引壓管平衡灌注隔離液的方式，降低測(cè)量誤差，保證儀表測(cè)量穩(wěn)定。

(2)加冷凝裝置。中、高壓蒸汽等溫度較高介質(zhì)的測(cè)量，通過(guò)冷凝罐分別與介質(zhì)、差壓變送器相接，利用冷凝罐中的冷卻水隔開(kāi)高溫介質(zhì)和傳感器，從而避免高溫?fù)p壞變送器(電容式差壓傳感器允許溫度范圍為-40~104 ℃)。

(3)使用智能型儀表。標(biāo)準(zhǔn)孔板與智能型差壓變送器配套使用，可以克服因介質(zhì)參數(shù)變化引起孔板流量計(jì)測(cè)量出現(xiàn)偏差，智能型變送器可以在線(xiàn)監(jiān)測(cè)介質(zhì)的壓力、溫度等變化并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，變送器顯示器可以滾動(dòng)顯示差壓、溫度、體積流量、瞬時(shí)流量等，測(cè)量精度提高，還可在線(xiàn)診斷。

(4)投用伴熱及保溫。某加氫裝置的產(chǎn)品介質(zhì)為蠟油，蠟油凝點(diǎn)較低，南方冬季足以使該介質(zhì)冷凝從而堵塞引壓管，在引壓管上增設(shè)伴熱和保溫措施，再輔助抗乳化的 60 N 基礎(chǔ)油作為隔離液，避免因引壓管堵塞導(dǎo)致儀表測(cè)量不準(zhǔn)。

2 孔板流量計(jì)的原理及安裝要求

2.1 孔板流量計(jì)基本原理

充滿(mǎn)管道的介質(zhì)，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流孔板時(shí)，流速將在孔板處形成局部收縮，使得流速增加，靜壓力降低，孔板前后產(chǎn)生壓差，結(jié)構(gòu)原理如圖 1 所示。介質(zhì)流量越大，孔板前后的壓差就越大，通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)計(jì)算流量的大小。

根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式可推導(dǎo)標(biāo) 準(zhǔn)孔板的流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。

2.2 孔板流量計(jì)的組成及適用范圍

孔板流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)孔板、引壓管、三閥組、差壓變送器、控制器等組成，如圖 3 所示，附加裝置有隔離器、冷凝罐等?？装甯叩蛪簜?cè)引壓管測(cè)定的差壓值經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換為4~20 mA 標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)傳送到機(jī)柜間和中控室；按取壓方式標(biāo)準(zhǔn)孔板有角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓三種方式，按孔板類(lèi)型有標(biāo)準(zhǔn)孔板、內(nèi)藏孔板、限流孔板、環(huán)形孔板等。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)適用范圍有公稱(chēng)直徑：15 mm≤DN≤1200 mm；公稱(chēng)壓力：PN≤40MPa；工作溫度：-50 ℃≤DN≤550 ℃；適用量程比：4︰1~3︰1；測(cè)量精度：0.5 級(jí)、1.0 級(jí)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的安裝要求

(1)取壓孔角度。測(cè)量介質(zhì)為氣體時(shí)，取壓孔設(shè)在管道上半部，與管道垂直中心線(xiàn)成 0°~45°夾角，可以避免引壓管積液；測(cè)量介質(zhì)為液體時(shí)，開(kāi)孔在管道下半部，與水平中心線(xiàn)成 0°~45°夾角；測(cè)量介質(zhì)為蒸汽時(shí)，開(kāi)孔在管道上半部，與管道水平中心線(xiàn)成0°~45°夾角。

(2)引壓管敷設(shè)。根據(jù)物料的特性及測(cè)量要求，坡度應(yīng)不小于1︰12，材質(zhì)需要耐腐蝕，測(cè)量粘度高的介質(zhì)時(shí)需增大引壓管的傾斜度，其傾斜角度應(yīng)能保證能排凈管內(nèi)氣體或積液。引壓管長(zhǎng)度盡可能短，高低壓引壓管高度要一樣，容易冷凝、結(jié)晶的介質(zhì)還需要增加伴熱和保溫措施。

(3)取壓孔要求。取壓孔中心線(xiàn)與孔板上下游端面的距離為25.4±0.8 mm；取壓孔的中心線(xiàn)和孔板上下游 2D 內(nèi)圓柱的中心線(xiàn)垂直，孔板兩端面和取壓孔軸線(xiàn)向外傾斜夾角應(yīng)小于 3 度。取壓孔直徑應(yīng)小于 0.08D。

(4)孔板方向。根據(jù)介質(zhì)流動(dòng)方向，孔板有正反面安裝要求，孔板裝反儀表輸出會(huì)偏?。欢冶粶y(cè)介質(zhì)應(yīng)充滿(mǎn)全部管道并且連續(xù)流動(dòng)，且在通過(guò)孔板時(shí)時(shí)應(yīng)不發(fā)生相變；節(jié)流孔板安裝前，要用蒸汽對(duì)介質(zhì)管道進(jìn)行吹掃，避免焊渣、鐵屑等高速流動(dòng)撞擊損傷節(jié)流孔板。

(5)直管段要求。任何局部阻力均會(huì)引起流速在截面上重新分布,使得流量系數(shù)變化，所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的直管段，一般要求前 10D，后 5D，如條件不滿(mǎn)足，需安裝整流器；在孔板前后距離為兩倍于管徑的管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平，如介質(zhì)溫度計(jì)非常好安裝在孔板后面，否則會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。

3 孔板流量計(jì)測(cè)量誤差的影響因素

3.1 儀表選型或使用條件的影響

在儀表選型設(shè)計(jì)階段，沒(méi)有充分考慮到工藝日常操作中各種工況的影響，導(dǎo)致孔板流量計(jì)在使用過(guò)程中，工藝操作的非常低流量在孔板設(shè)計(jì)量程的 30 %及以下或者工藝操作的非常高流量大于孔板的設(shè)計(jì)流量，從而使流量顯示出現(xiàn)極大偏差，影響到工藝人員的生產(chǎn)操作。以 1.0 級(jí)精度的孔板流量計(jì)來(lái)為例，在流量為量程的 10 %時(shí)，差壓值只為差壓量程的 1 %，根據(jù)GB/T2624-93 中不確定度估算方法，差壓測(cè)量的不確定度由變送器的精度等級(jí)決定，該測(cè)量點(diǎn)差壓測(cè)量的不確定度為：δp/ΔP=1/3*ξ*ΔPmax/Δ =1/3×1.0 %×100 %/1 %=33.3 %式中，δp-不確定度；ΔP-實(shí)測(cè)差壓值；ξ-精度等級(jí)；ΔPmax-差壓非常大值 [1] 。

根據(jù)上述公式還可推算出當(dāng)測(cè)量流量為設(shè)計(jì)量程的 30 %時(shí)，不確定度為 3.7 %?？梢园l(fā)現(xiàn)，在 30 %量程以下，孔板的測(cè)量有很大誤差，甚至在 10 %量程以下時(shí)，會(huì)對(duì)變送器進(jìn)行小流量切除，避免造成流量測(cè)量不準(zhǔn)，給工藝操作員造成參考偏差，一般孔板流量計(jì)使用條件會(huì)在量程的 30 %~90 %之間比較好。

3.2 孔板前后直管段或孔板本身腐蝕影響

孔板流量計(jì)在長(zhǎng)期受到高溫、高壓氣體或液體的持續(xù)沖刷，特別是帶腐蝕性廢氣或油品的侵蝕后，會(huì)導(dǎo)致孔板的直管段內(nèi)壁或孔板直角邊緣腐蝕，入口邊緣尖銳度變鈍、直角垂直度、直管段管壁粗糙度變差。而流量系數(shù)與孔板入口邊緣銳度、管壁粗糙度等因素有關(guān)，在相等流量的介質(zhì)通過(guò)該孔板時(shí)產(chǎn)生的前后壓差變小，儀表輸出偏小 [2] ?？装迦肟谶吘壞p越嚴(yán)重，測(cè)量誤差就越大。因此，需要對(duì)孔板進(jìn)行修正(不劃算)，或更換相同型號(hào)的孔板。

3.3 孔板安裝不規(guī)范的影響

孔板施工安裝不規(guī)范，如孔板裝反導(dǎo)致流量測(cè)量偏小，孔板露出的部分標(biāo)記“+”號(hào)的為介質(zhì)入口方向；孔板安裝時(shí)孔板的中心線(xiàn)要和前后直管段中心線(xiàn)重合，避免孔板偏心，孔板偏心引起的測(cè)量誤差大約在 2 %以左右。還有引壓管的插入位置、敷設(shè)坡度過(guò)大都對(duì)測(cè)量產(chǎn)生很大影響。而節(jié)流裝置(孔板)密封墊片沒(méi)有按照環(huán)室尺寸加工，使得墊片伸入到管內(nèi)，干擾流體穩(wěn)定流動(dòng)；或直管段前后過(guò)短等更是會(huì)造成流量測(cè)量不準(zhǔn)，流量測(cè)量線(xiàn)性度也達(dá)不到相關(guān)要求。

3.4 差壓變送器零點(diǎn)漂移的影響

受環(huán)境溫度、濕度及介質(zhì)溫度等的影響，可能會(huì)引起差壓變送器中某些參數(shù)發(fā)生細(xì)微改變，從而影響儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度。比如，差壓變送器在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，零點(diǎn)會(huì)一定程度上發(fā)生漂移，正漂移引起差壓偏大，儀表輸出偏大，反之則偏小。零點(diǎn)校零時(shí)，要確認(rèn)三閥組正負(fù)壓側(cè)手閥完全關(guān)閉，平衡打開(kāi)，正負(fù)壓側(cè)排空絲堵打開(kāi)，連通大氣后再校零。

3.5 操作失誤的影響

操作員不按操作規(guī)程啟用或投用三閥組，易造成差壓變送器單向受壓，有時(shí)會(huì)讓儀表測(cè)量產(chǎn)生附加誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)讓差壓變送器損壞。測(cè)量蒸汽的孔板流量計(jì)沒(méi)有等冷凝罐冷凝后就投用或冷凝罐液位高低不等；測(cè)量液體的流量計(jì)沒(méi)有完全排盡系統(tǒng)內(nèi)殘氣就開(kāi)始投用或者沒(méi)有正確校零，原始參數(shù)輸入不準(zhǔn)確，均會(huì)導(dǎo)致流量測(cè)量不準(zhǔn)。

3.6 工藝介質(zhì)變化的影響

孔板測(cè)量數(shù)值不只是與差壓有關(guān)，還與介質(zhì)的密度、壓力、溫度等參數(shù)有關(guān)，因?yàn)槔字Z數(shù)受流體的速度、流束定型尺寸、粘度等影響，而流量系數(shù)又與雷諾數(shù)有很大的關(guān)系。流量系數(shù) α 與節(jié)流孔板的幾何形狀、安裝方式、流體條件、管道條件等多種因素有關(guān)，當(dāng)雷諾數(shù)低于界限雷諾數(shù)時(shí)，α 將隨著流量的減小而增大，如果忽略其他參數(shù)的影響，流量輸出將偏小 [3] 。大量實(shí)驗(yàn)表明，只有流體接近充分湍流時(shí) α 才是與流動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)的常數(shù)，流量系數(shù) α 只有在雷諾數(shù)大于某一界限值時(shí)才保持常數(shù) [4] 。因此，孔板測(cè)量條件非常好在高雷諾數(shù)環(huán)境下測(cè)量。而使用智能型差壓變送器，里面的壓力傳感器、溫度傳感器等單元會(huì)及時(shí)完成各種參數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償，降低測(cè)量誤差。

4 孔板流量計(jì)的日常維護(hù)及注意事項(xiàng)

(1)儀表檢修后投用，對(duì)于測(cè)量氣體的孔板流量計(jì)，要排掉引壓管、差壓變送器內(nèi)積液；對(duì)于測(cè)量油品的，要排掉測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的水、氣體，并使得介質(zhì)充滿(mǎn)管道；同時(shí)檢查各附屬接頭、閥門(mén)、卡套有無(wú)泄露，零點(diǎn)是否漂移。

(2)孔板差壓變送器、現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)箱等部位定期做防水檢查，特別是南方雨季、臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前，防止接線(xiàn)端子、電路板進(jìn)水引起儀表故障或出現(xiàn)波動(dòng)，還有對(duì)差壓變送器定期檢查零點(diǎn)是否漂移。

(3)重要孔板流量計(jì)，配合工藝做好排液、排氣等工作，如分餾塔回流帶水，儀表專(zhuān)業(yè)要在工藝操作穩(wěn)定后及時(shí)排液、排氣，校驗(yàn)流量是否符合當(dāng)前物料平衡要求。

(4)針對(duì)引壓管經(jīng)常帶水或測(cè)量介質(zhì)帶腐蝕性的情況，儀表專(zhuān)業(yè)可通過(guò)打壓泵給高低壓引壓管平衡灌隔離液(選擇合適比重的隔離液)的方式，避免因引壓管帶水導(dǎo)致流量計(jì)測(cè)量或介質(zhì)腐蝕變送器。對(duì)需要灌隔離液的流量計(jì)，要控制好打壓壓力，并注意排除氣泡，調(diào)校好儀表零位，并按規(guī)范步驟投用儀表。

(5)加強(qiáng)儀表維護(hù)人員技能培訓(xùn)，在投用過(guò)程中要避免變送器單向受壓、或變送器泄漏，不能讓導(dǎo)壓管內(nèi)凝結(jié)水或隔離液流失；不可使變送器單受熱，對(duì)于蒸汽，待導(dǎo)壓管充滿(mǎn)凝結(jié)水后方可啟動(dòng)變送器。

(6)在冬季，特別是在北方，對(duì)于凝點(diǎn)比較低的介質(zhì)，儀表專(zhuān)業(yè)與工藝專(zhuān)業(yè)要配合做好引壓管線(xiàn)保溫、伴熱工作，避免因天氣溫度過(guò)低導(dǎo)致介質(zhì)在引壓管處冷凝，引起儀表測(cè)量不準(zhǔn)。

(7)停工檢修時(shí)，蒸汽吹掃要提前隔離變送器避免高溫?fù)p壞，對(duì)長(zhǎng)期使用或經(jīng)常波動(dòng)偏差的孔板進(jìn)行下線(xiàn)檢查，檢查直管段堵塞情況、孔板直角入口邊緣光潔度和銳利度、孔板表面垂直度、平行度等是否符合要求，如有超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要及時(shí)對(duì)孔板進(jìn)行修正或更換。

(8)定期檢查孔板設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際參數(shù)是否一致，使得孔板流量計(jì)的測(cè)量范圍滿(mǎn)足精度要求，如因生產(chǎn)條件變化導(dǎo)致孔板測(cè)量不準(zhǔn)，儀表維護(hù)人員不可隨意更改變送器參數(shù)。

結(jié)束語(yǔ)：在日常生產(chǎn)操作過(guò)程中，孔板流量計(jì)出現(xiàn)異常或偏差時(shí)，儀表維護(hù)人員要及時(shí)排除是否由工藝工況改變?cè)斐?，然后再進(jìn)一步排除是否由差壓變送器、三閥組或孔板本身引起等故障，及時(shí)排查出產(chǎn)生偏差的原因并解決，為生產(chǎn)操作提供可靠性參考，這就要求維護(hù)人員對(duì)本裝置工藝流程及介質(zhì)特性有一個(gè)相對(duì)深入的了解，上海上自?xún)x公司為快速判斷儀表故障及與工藝操作員有效溝通奠定基礎(chǔ)。