合成氨工艺中蒸汽流量计的选型与安装

李 芳，张 超，刘 杰

（河南心连心化学工业集团，河南 新乡 453700）

蒸汽作为化工企业常用的热源气体，其计量是企业能耗评定以及降低消耗的关键指标。从企业效益出发，要降低生产成本，就要降低蒸汽的消耗量[1]。在贸易结算中，蒸汽流量计扮演着重要角色。

由于蒸汽介质的特殊性以及计量系统的复杂性，很多工程技术人员面对蒸汽生产和蒸汽利用问题时难以把控，甚至出现错误[2]。由于化工企业工况复杂，测量仪表都有一定的测量范围和量程比，而需要测量的蒸汽流量量程比较大，采用一种类型的测量仪表很难满足现场的实际需求。因此，在流量计的选型过程中要充分考虑不同类型流量计的优缺点、合适的温压补偿措施等，甚至在部分工况下，为了保证测量的准确性，需要变更工艺管道设计，保证流量计的精度。在蒸汽流量计的安装过程中，前后直管段的长度、管道因温度变化造成的膨胀、冷凝罐的安装高度等对流量计的精度、稳定运行等都有较大的影响。本研究主要对化工企业使用的蒸汽流量计的选型、安装以及运行中出现的问题进行重点讨论。

1 蒸汽流量计的选型

化工企业所用蒸汽流量计的选择需综合考虑蒸汽温度、压力、流量、黏度、管道直径、精度、安装形式、后期维护情况以及价格等，结合多年的化工经验以及目前新建项目中流量计的应用情况，多采用孔板、长颈喷嘴、巴类、涡街4种蒸汽流量计，根据目前已经建设完成60万t合成氨、40万t二甲醚项目的仪表选型，并结合参考文献[3-7]和供应商选型样本，对以上4种流量计的适用范围进行总结，结果如表1所示。

表1 流量计适用范围

1.1 涡街流量计

不同类型的流量计能承受的压力和温度不同。目前，最高承受压力为1 500 LB。当管道口径大于DN200且满管时，会出现涡街频率与流速波动频率相近甚至相同的情况[8]，该现象随着口径增大、流速减缓而增大。因此，涡街流量计的口径选择在DN300以下。在测量蒸汽时，由于温度、压力、口径、价格等限制，应用于压力≤300 LB、口径≤DN300蒸汽流量的测量，一般情况下采用温压补偿一体化涡街流量计，具有维护方便、压力损失小等优点，但是对测量介质下线的雷诺系统要求较高，且现场不能有较大振动。

1.2 巴类流量计

巴类流量计具有压差小、运行稳定、不受介电常数影响[9]等优点，测量通径宽最大可以达到3 000 mm。同时考虑巴类流量计的特点以及价格等因素，在本次项目建设蒸汽流量的测量中，在管道口径超过DN400、压力不大于 600 LB的情况下采用巴类流量计，由于巴类流量计在流速较慢时前后压差较小，需要选择合适的差压变送器进行测量，尤其是在贸易结算中，采用多参量变送器的测量精度会更高。该流量计具有压损小、安装费用低、受油污影响小等优点，由于测量杆开孔较小，在开车期间容易堵塞。

1.3 孔板流量计

目前，市面上的孔板流量计有标准孔板、平衡孔板、多孔孔板等类型，标准孔板流量计在设计以及安装过程中都有严格的要求，尤其是在测量蒸汽时需要稳压补偿，前后直管段要求严格，需要增加伴热，由于为标准件，精度较高，制造相对简单，价格便宜，重复性、稳定性好，在量程比不大于5∶1、蒸汽压力不高的情况下选择孔板流量计。

1.4 长颈喷嘴流量计

长颈喷嘴流量计具有结构简单、耐高温高压、耐冲击、使用寿命长、测量范围宽、压力损失小等特点[10]，在差压类流量计中，已有代替孔板流量计的趋势。另外，标准喷嘴有可靠的实验数据和完善的国际、国家标准，计量数据真实可靠，在蒸汽的贸易结算中具有不可代替的优势。在已经建设完成的项目中，大口径、高温、高压的蒸汽流量测量以及贸易结算均采用长颈喷嘴流量计。

2 蒸汽流量计的安装与使用

由于蒸汽的特殊性，在选择测量元件时，要尽可能地减少能量损失。在化工企业中，蒸汽流量计的选型经过设计院、厂家、技术人员的重重把关，很少会出现问题。在实际的安装过程中，技术人员不仅要考虑规范性，还要考虑蒸汽压力、温度对管道的影响，部分情况下管道振动和位移会造成焊缝裂开，尤其是在高温、高压、过热的蒸汽条件下。贸易结算流量计关乎双方利益，在选型和安装过程中应加倍关注。

2.1 蒸汽流量计的安装

蒸汽流量计的安装与流量计的特性有直接关系，本研究虽然介绍了4种常用的蒸汽流量计，但是安装分类将其分为两类：（1）差压流量计，包括孔板、长颈喷嘴、巴类流量计；（2）涡街流量计。根据测量原理，下面介绍两类流量计的安装。

2.1.1 差压流量计

由于孔板、长颈喷嘴、巴类流量计均属于差压流量计，在安装过程中存在很多共性要求，结合现场安装情况总结如下：（1）取压在管道水平位置中心上下45°范围内，前后直管段（孔板≥前10 D后5 D；长颈喷嘴≥前5 D后3 D；巴类≥ 前8 D后3 D；涡街≥前15 D后4 D）特殊情况参见厂家要求，例如前后有阀门、缩颈等，但是要保证流量计前直管段的距离要求。（2）除采用一体化蒸汽流量计，为了保证测量准确性，冷凝罐安装位置的高度要一致，冷凝罐前的冷凝液要能顺利流回母管，保证不形成液封。（3）高温高压蒸汽流量计的安装要考虑主蒸汽管道的振动或者位移，在安装冷凝罐时要保证一定的活动量（即在冷凝罐下方增加托架）消除管道的影响，防止焊口被撕裂或振裂。（4）在北方或者有可能结冰的情况下，要考虑伴热，伴热管与引压管尽可能一起敷设。（5）引压管的长度配置要合理，避免过短造成冷凝罐内冷凝液高度不一致或不冷凝。

2.1.2 涡街流量计

依据涡街流量计的测量原理、蒸汽介质对涡街流量计的影响（见参考文献[11]），结合现场的实际安装情况，涡街流量计在安装时主要考虑以下3个问题：（1）不能安装在管道最低点或者有可能积液的地方，前后直管段尽可能长，保证前15 D后5 D，具体要求参见厂家安装要求。（2）避免安装在管道振动、电磁干扰较大的地方。（3）涡街流量计的安装要在管道吹扫结束后实施，法兰连接处过渡要平滑、无毛刺，位置要方便检修。

2.2 流量计的使用

蒸汽流量计的选型以及安装对后期的计量极其重要，尤其是在牵涉贸易结算的情况下。在本项目的建设中，由于空分采用供气模式，在贸易结算中牵涉多种气体以及液体的结算，而蒸汽贸易结算的流量计多达4台，流量计选型及使用情况如表2所示。

表2 流量计实际应用及选型

由于这4台流量计均参与贸易结算，长颈喷嘴和巴类流量计要求采用罗斯蒙特多参量变送器，自带压力测量，并将温度信号直接接入变送器进行补偿，输出流量信号，经过一分二安全栅输出两路信号，送入双方分数控制系统进行监控。涡街流量计采用贸易积算仪，经过温度补偿后直接输出两路流量信号，送入双方分数控制系统，所有参与贸易结算的流量计均要第三方进行鉴定，并出具鉴定报告，目前流量计运行稳定，精度在控制范围之内。

3 结语

作为化工企业重要的热源或动力源，蒸汽流量计的选择对贸易结算、内部消耗计量以及后期的能源统计分析都有极其重要的作用。通过分析不同流量计的适用范围、优缺点、安装注意事项、贸易计算中变送器的选择以及应用，为蒸汽流量计的选择提供一定的帮助。但是在实际应用中，要结合应用场景以及厂家提供的计算书，综合考虑工艺、成本、环境等因素的影响，合理地选择流量的类型，保证测量的精确性。