摘要：在煉油化工生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)一條蒸汽管道雙向輸送蒸汽的情況，本文就實現(xiàn)重油催化裂化裝置在進、出裝置兩個方向蒸汽質(zhì)量流量的實時、準(zhǔn)確測量問題，提出了一種應(yīng)用多參量雙向流一體化節(jié)流式流量計的計量解決方案，并具體就一體化雙向孔板流量計的工作原理、計量系統(tǒng)組成、功能特點、雙向流測量的實現(xiàn)過程以及實際應(yīng)用效果進行了介紹。
0引言
　　許多煉化生產(chǎn)裝置，如催化裂化裝置、焦化裝置、連續(xù)重整裝置等，常利用裝置余熱產(chǎn)出蒸汽，這些裝置在正常生產(chǎn)期間的自產(chǎn)蒸汽大多被裝置內(nèi)部使用，多余部分再外排輸出至系統(tǒng)管網(wǎng)，在裝置開停工或加工負荷小，自產(chǎn)蒸汽不足的情況下，又需要引入系統(tǒng)管網(wǎng)蒸汽作為動力或熱源。因此，裝置蒸汽母管與系統(tǒng)管網(wǎng)之間呈互供狀態(tài)，這就帶來了如何在同一管道中實現(xiàn)雙向流蒸汽流量實時測量的問題。蒸汽單管雙向互供，客觀上造成了計量的困難，也對生產(chǎn)裝置的能耗統(tǒng)計核算影響很大。常規(guī)解決辦法是在同一條管線上安裝正反兩套標(biāo)準(zhǔn)孔板進行測量，但是往往出現(xiàn)直管段難于保證，壓力損失也成倍增加，造成裝置能耗額外增加，同時因工藝流程和裝置負荷變化，管道中蒸汽流向發(fā)生改變時，難以實現(xiàn)對任何一個方向蒸汽流量的實時、準(zhǔn)確測量和監(jiān)測，不利于生產(chǎn)運行控制和節(jié)能降耗。隨著流量計量新技術(shù)的發(fā)展，流量二次表功能逐漸完善，使得雙向孔板流量計在測量蒸汽雙向流量方面得到了推廣和應(yīng)用。
1雙向孔板流量計工作原理
　　傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)孔板入口為直角，出口為45°倒角，不能測量反向流量，如圖1所示。雙向孔板的入口和出口結(jié)構(gòu)相同，均為直角，可分別測量雙方向流量，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。雙向孔板流量計就是依據(jù)在GB/T2624.2設(shè)計與加工的不切斜角、兩個端面、厚度和節(jié)流孔的兩個邊緣符合規(guī)定要求的孔板。在GB/T2624.2—2006/ISO5167—2:2003《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二部分:孔板》中，對雙向孔板做了詳細的規(guī)定，只要按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造和安裝，就能獲得標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的準(zhǔn)確度。


　　雙向孔板測量蒸汽雙向流，與標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的工作原理是一致的，主要區(qū)別是節(jié)流件形式和二次表功能不同，此外還需要增加一臺差壓變送器。測量流量的基本原理，就是以流動連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了靜壓力差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小�？装辶髁坑嫓y量流量的基本公式如下:

　　式中:qm為質(zhì)量流量kg/s;C為流出系數(shù)，無量綱;ε為可膨脹性系數(shù);d為節(jié)流件開孔直徑，m;β為直徑比，(β=d/D);ρ1為被測流體密度，kg/m3;Δp為差壓，Pa。
2一體化雙向孔板流量計的結(jié)構(gòu)和功能特點
2.1一體化雙向孔板結(jié)構(gòu)
　　一體化雙向孔板流量計，采用雙向孔板，裝有雙差壓變送器，并配套溫度、壓力變送器進行溫度、壓力補償。YJLB系列一體化雙向孔板流量計，是將傳統(tǒng)節(jié)流裝置和兩臺智能差壓變送器優(yōu)化組裝成一體，采用專用轉(zhuǎn)換單元，使其具備溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)高精度寬量程補償?shù)墓δ�，從而�?gòu)成一種多參量雙向流一體化節(jié)流式新型流量計量系統(tǒng)。一體化雙向孔板流量計結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.2一體化雙向孔板主要功能和特點
1)可實現(xiàn)雙向流量測量
　　一體化雙向孔板流量計可根據(jù)現(xiàn)場管道中蒸汽流量的實際狀況，如流入端與流出端壓力的變化，可正向、反向雙向測量蒸汽流量，使雙流向蒸汽流量的計量更便捷、更準(zhǔn)確，解決了之前傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計只能單向測量蒸汽流量的問題。
2)測量準(zhǔn)確度有依據(jù)
　　一體化雙向孔板流量計由于采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，測量準(zhǔn)確度有依據(jù);可采用符合GB/T2624—2006國家標(biāo)準(zhǔn)的流量測量節(jié)流裝置專家系統(tǒng)軟件，設(shè)計出雙向孔板的最佳開孔徑，以及雙向差壓變送器的差壓量程。
3)流量測量范圍得到擴展

　　一體化雙向孔板流量計采用兩臺智能型差壓變送器，通過配置流量計算轉(zhuǎn)換單元或流量計算機可根據(jù)兩個差壓信號自動判別其流向，并且實時完成節(jié)流件的流出系數(shù)C、流束可膨脹系數(shù)ε計算，在滿足測量準(zhǔn)確度的同時，使兩個方向流量測量范圍度可達6∶1或更寬。
4)安裝簡便且有防凍功能
　　該一體化雙向孔板流量計采用防凍隔離技術(shù)，冬季運行無需保溫和伴熱，并且由于沒有了冷凝罐，不存在冷凝水，徹底消除了傳統(tǒng)蒸汽節(jié)流裝置由于正負側(cè)冷凝水的液位差所導(dǎo)致的不可預(yù)知的測量誤差。采取一體化設(shè)計安裝，縮短了一次表與二次表的引壓管線長度，差壓變送器導(dǎo)壓管短，使儀表的動態(tài)性能得到提高。儀表整體組裝，安裝簡便，消除了儀表現(xiàn)場安裝帶來的測量誤差，去掉了儀表箱及伴熱管線。同時用同一臺流量計計量兩個方向的流量，不僅可以簡化系統(tǒng)、節(jié)省空間，還節(jié)省儀表購置、安裝、維護費用。
3一體化雙向孔板流量計在重催裝置的應(yīng)用
3.1裝置蒸汽工藝流程
　　120萬噸/年重催裝置界區(qū)，各有一條中壓蒸汽母管和低壓蒸汽母管，裝置生產(chǎn)所需的中、低壓蒸汽經(jīng)由這兩條母管從系統(tǒng)管網(wǎng)引入。裝置內(nèi)部有一臺鍋爐產(chǎn)中壓蒸汽，氣壓機使用中壓蒸汽作功后，排出低壓蒸汽，同時減溫減壓器將中壓蒸汽減溫減壓為1.0MPa低壓蒸汽供裝置內(nèi)部使用。裝置正常生產(chǎn)期間富余部分中壓蒸汽、低壓蒸汽也通過這兩條母管外排并入蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)。在裝置開停工期間及加工負荷較小鍋爐產(chǎn)汽量較小情況下，需從系統(tǒng)管網(wǎng)引入蒸汽作為動力能源。裝置蒸汽流程圖如圖4所示。

3.2裝置雙向流蒸汽計量方案
　　該裝置中低壓蒸汽母管中的蒸汽流向?qū)儆诘湫偷碾p向流，因此，安裝于裝置兩條蒸汽母管線上的流量計應(yīng)能實現(xiàn)雙向流量測量。應(yīng)用一體化雙向孔板流量計實現(xiàn)重催裝置進出裝置兩個方向的計量方案及系統(tǒng)組成如圖5所示。
　　在該蒸汽計量方案中，計量系統(tǒng)主要由YJLB系列多參量雙向流一體化節(jié)流式流量計(配備有兩臺EJA110A-E型差壓變送器)、FC2000-IAE(G)流量計算轉(zhuǎn)換單元(一臺測量出裝置蒸汽流量，另一臺測量進裝置蒸汽流量)，以及雙支鉑電阻測溫元件組成。
　　在裝置現(xiàn)場，將多參量雙向流一體化節(jié)流式流量計焊接在蒸汽管道上，同時安裝雙支鉑電阻。在控制室，F(xiàn)C2000-IAE(G)流量計算轉(zhuǎn)換單元采用DIN35標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式，可方便地實現(xiàn)在DCS、PLC系統(tǒng)中植入高精度流量計算環(huán)節(jié)。流量計算轉(zhuǎn)換單元安裝在控制室內(nèi)機柜上，可循環(huán)顯示當(dāng)前瞬時流量、累積流量、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力等參數(shù)量，并傳輸補償計算后的流量信號至DCS系統(tǒng)進行瞬時流量、累積流量及歷史趨勢顯示，以便更好地查證雙向計量系統(tǒng)狀態(tài)，并可通過網(wǎng)絡(luò)終端計算機上傳實時蒸汽計量數(shù)據(jù)。
3.3雙向蒸汽流量測量的實現(xiàn)過程

　　應(yīng)用該計量方案實現(xiàn)進、出裝置雙向蒸汽流量計量的基本過程為:一體化雙向孔板流量計為雙差變結(jié)構(gòu)，兩臺HAＲT差壓變送器，分別測量正、反向蒸汽差壓信號，壓力補償信號通過HAＲT協(xié)議從差壓變送器正壓室讀取，正反兩個方向兩個差變的信號和雙支鉑電阻信號分別接入到兩臺流量計算轉(zhuǎn)換單元。安裝在控制室機柜內(nèi)的流量計算轉(zhuǎn)換單元完成對現(xiàn)場差壓、溫度、壓力數(shù)據(jù)的采集，實時進行蒸汽流量的溫壓補償運算，循環(huán)顯示當(dāng)前蒸汽的瞬時流量、累積流量、溫度、壓力、熱量等參數(shù)，并將補償運算后的質(zhì)量流量信號和采集到的溫度、壓力信號，通過4～20mA信號或者通訊接口傳給DCS，進行瞬時流量、累積流量及歷史趨勢顯示，用于查證雙向計量系統(tǒng)狀態(tài)并上傳實時蒸汽計量數(shù)據(jù)。
4應(yīng)用效果
　　本文對該裝置在2017年6月15日至8月2日從開車狀態(tài)過渡到正常生產(chǎn)期間的蒸汽流量數(shù)據(jù)進行了跟蹤觀察和統(tǒng)計分析。首先，以24小時日累計流量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計并繪制了進、出裝置兩個方向1.0MPa蒸汽和3.5MPa蒸汽的日累計流量折線圖如圖6和圖7所示。

　　圖6曲線清晰顯示了在7月8日，實現(xiàn)了裝置低壓蒸汽流量由進裝置輸入方式徹底轉(zhuǎn)變?yōu)槌鲅b置輸出方式的“零”間隔切換;圖7曲線清晰顯示了裝置由開工初期，完全引入系統(tǒng)中壓蒸汽，轉(zhuǎn)變?yōu)檠b置開工鍋爐產(chǎn)汽后出現(xiàn)富余部分中壓蒸汽外排系統(tǒng)管網(wǎng)的情況。

　　同時，我們以七天為一個計量周期，統(tǒng)計并繪制了裝置在不同時間段的消耗(進裝置)、外排(出裝置)蒸汽量的柱狀圖。如圖8和圖9所示。

　　從圖8和圖9柱狀圖我們可以清楚的看出，在裝置開工初期，從6月15日至7月5日期間，裝置大量引入系統(tǒng)低壓蒸汽和中壓蒸汽，此時裝置蒸汽流向全部為進裝置方向。從7月6日開始，裝置開車趨于正常，鍋爐開始產(chǎn)汽，從系統(tǒng)管網(wǎng)引入的中壓蒸汽量明顯減少，并且有富余中壓蒸汽外排，裝置已停止從系統(tǒng)管網(wǎng)引入低壓蒸汽，轉(zhuǎn)為外排低壓蒸汽。
5結(jié)束語
　　采用多參量雙向流一體化節(jié)流式流量計與流量計算轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的蒸汽計量系統(tǒng)，比較好地解決了長期困擾我公司催化裂化裝置蒸汽雙向計量難題，在我公司生產(chǎn)裝置雙向流蒸汽計量檢測中達到了較好的實際應(yīng)用效果。實現(xiàn)了對進出裝置兩個方向蒸汽流量的實時、準(zhǔn)確計量，避免了以前歷次裝置在開停工期間需要人工切換蒸汽計量流程的困難，也避免了開停工期間進出裝置蒸汽無計量、測量數(shù)據(jù)混亂或數(shù)據(jù)不真實所造成的蒸汽平衡、能耗核算無依據(jù)的突出問題，徹底解決了以前裝置引入系統(tǒng)管網(wǎng)蒸汽消耗量、自產(chǎn)蒸汽并網(wǎng)量無法同步實時準(zhǔn)確計量的難題。從我公司近兩年多來的流量計運行、計量檢測數(shù)據(jù)情況來看，目前這種雙向流蒸汽流量的計量解決方案可行，計量系統(tǒng)運行可靠，計量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，達到了對裝置自產(chǎn)、自用蒸汽分類分項實時準(zhǔn)確測量的目的，使得公司煉化生產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)計量數(shù)據(jù)檢測率得到了進一步提高。

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