新型节能流量计的特点与应用

2014-04-06张占胜大庆油田技术监督中心

石油石化节能 2014年7期

张占胜（大庆油田技术监督中心）

国际组织对2007～2030年间的世界能源基础设施投资额做出了展望，累计投资大约为26.0万亿美元。到2030年为止，预计单是保持目前能源供需将占世界能源注资的大半资金，而且，到那时全球各地的能源基础设施都将需要更新换代。长远来看，从能源行业的投资力度来说，石油石化行业和能源行业板块的应用将有很大空间。同样的，作为传统流量计的延伸，节能流量计在石油石化行业也将迎来新的发展机遇。在行业应用上，节能流量计广泛应用于石油石化、环保、纺织、冶炼、开矿、给水、医疗、食品、制糖、酿造等行业。

1 V锥形流量计

相较于常规的差压式仪表，V锥形流量计作为新的差压式流量计，具备绝对优势。因此，从V锥形流量计产生之日开始，迅速在流量测量领域占领了一席之地。V锥形流量计的节流方式是边壁逐步收缩的方式，克服了传统节能流量计的不足，是差压式流量计的颠覆性产品。V锥形流量计的工作原理与传统差压式流量计相同，遵循封闭管道中的能量守恒定理以及流动连续性定理[1]。

V锥形流量计具备自清洁、自保护的功能，它的直管长度很短，这可以避免积污和堵塞，以此保持长期的可靠性和功能稳定性。V锥形流量计的锥形后端有高频低幅的小噪声，因此具有较低的测量下限，而且，它的永久压损远远小于孔板流量计。伴随着这些优点，V锥流量计被广泛应用于石油石化、化工、电力等能源行业中。

2 威力巴均速管流量计

威力巴均速管流量计带有子弹头形状的探头，它的探头能够精确测量压力分布。低压取压孔位于探头后两头、流质分离点前面，可以能够稳定的差压信号。威力巴均速管流量计的内部结构一体化，这可以防止信号渗透，增强结构的强度，并长期维持较高的准确度。探头前部表面的粗糙处理可以有效降低流体表面张力，提高流质速度较低时的测量精确度。由于涡街力的效果，尘土、沙等杂质在通常情况下将聚集于流量计的后半部分，很快就能将探头的低压取压孔堵死[2]。

威力巴均速管流量计采用了非收缩节流措施，压损比孔板流量计降低了至少95%，因此，威力巴均速管流量计是一种高效、节能的流量计。例如，在镇海炼化7万t/a硫磺回收的改造中，采用了威力巴均速管流量计，每年每台可以节约13 000元。

由于威力巴均速管流量计的子弹型探头使用了非收缩的节能结构，具有强大的节能效果，威力巴均速管流量计测量精度高、量程比大，可测量各种液体、气体在内的多种流质，在石油石化领域，可用于测量石油、天然气等。

3 楔形流量计

以孔板和喷嘴为主的节流差压流量计存在一个不可忽视的缺陷，即压损过大。随着低压损节能流量计受到越来越多的重视，楔式流量计的出现吸引了测量领域从业人员的注意。

3.1 楔形流量计的特点

楔式装置与差压变送器组成了楔形流量计。测量时，流质通过流量计，流质体积的变化将产生压差，然后差压变送器把得到的差压转换成电信号。然后，将测量介质的压力、温度输入计算机，自动进行修正测量结果，给出瞬时流量以及累计流量。楔形流量计按照其基本结构，可分为一体型与分离型。一体型楔形流量计是将节流楔形装置与差压变送器制作成一体，而分离型楔形流量计将节流楔形装置与差压变送器分开。

楔形流量计的结构特点具备其他节能流量计没有的优点：

1）较多杂质的流体也能容易地通过，且不容易淤积、黏附，增加了测量精确度，增加了使用时间，适合范围广，能够满足石油、天然气等能源的测量。

2）孔板入口磨损相对较小，延长了仪表修检周期，提高了测量精度。

3）因为楔形块的导流效果的存在，其流动性高于孔板，楔形流量计的差压小于孔板的差压，因此楔形块的节流效果较低，尤其合适测量黏度较高流质。

4）楔形流量计的量程比宽，一般能够达到10∶1，且测量精度高。

5）楔形流量计压损小，它的内角通常为60°～90°，夹角越大，则静压越小，产生的压损越小。楔形孔板的结构比较特殊，呈现具备导流效果的倒三角，被测量流质流动时能使流线圆滑过渡，因此，楔形块产生的压损比孔板要小。

6）楔形流量计具备自清洁的优点，当被测量流质中含有污物或固体时，由于楔形孔板有圆缺孔板的特质，流动线路将经过各个角落，将从楔形孔板底下经过，而不会淤积在楔形孔板四周，这就是楔形孔板的自清洗效果。

7）楔形流量计适合测量雷诺数较低的流质。标准孔板、文丘里管等不适合在低雷诺数下进行测量，在雷诺数超过4000时，标准孔板的流量系数一般会趋于稳定，在低雷诺数时，其流量系数会随雷诺数的变化而变化。如果雷诺数不超过1800，将会打破流量与差压间的平方根关系，很大程度上将会影响测量的精确度。而楔形孔板的具有线性的流量系数，其特点是喷口的入口曲线流畅、无滞流区，受雷诺数影响程度低。如果雷诺数小于500，则流量计的精确性和流量系数的变化都不大，如果雷诺数处于400～10 000，测量误差将不超过3%。

8）楔形流量计安装非常便利，安装时，将流量计两端用法兰与工艺管道相接就可以了，与此同时，楔形流量计需要的日常维护量小，运行成本低，使用寿命长[3]。

楔形流量计也存在缺点，由于没有得到标准化，楔形流量计属于非标准节能流量计。楔形流量计的设计、研发、制造、安装等全都由企业自己确定，导致了楔形流量计的参数无法标准化。虽然楔形流量计缺乏标准化，但是从工业现场的应用中可知，非标准化的流量计还是能够暂时满足测量需求的。从长远来说，随着节能楔形流量计的不断发展与在各个行业的广泛应用，标准化是其必经之路。

3.2 楔形流量计的应用

实践证明，楔形流量计在石油石化领域的应用中的，具备较高的可靠性与稳定性，测量精确度较高，结构简单，安装便利，维护量小，能够顺利测量各种流质，普及度逐年增加。但是，相对于孔板流量计，由于楔形流量计的造价较高，且缺乏标准化，在设计、研发、制造、安装等方面，楔形流量计缺少应有的参考与规范。现如今，楔形流量计和孔板流量计各自有一定的应用优势，但是，随着楔形流量计标准化的实现，楔形流量计将成为代差压式流量计的发展方向。总而言之，对于一些测量要求不十分严格的工业现场，楔形流量计十分适合，可以带来巨大的节能效益以及经济效益，在石油石化行业有着巨大的发展应用空间[4]。