石油化工流量仪表的选型及研究

员三妮

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陕西 西安 710075）

引言

随着国家对能源开采利用的不断重视，我国石化行业迅速发展。如何利用相关技术更好地提高企业生产质量与生产效率，已经成为了企业亟待解决的问题。经过科研人员大量研究发现，在石油化工行业，流量仪表应用非常广泛，科学合理地选用流量仪表可以提升工作效率，降低生产成本。在实际的选择中，存在诸多客观因素，例如面对不同的流体、不同的外界环境和不同的成本预算等，技术人员必须根据生产实际选择最适合的流量仪表，因此，本文将针对当前石化生产企业中影响流量仪表的选用因素来进行探讨分析，为石化生产提供技术支持。

1 流量仪表的使用及影响因素分析

流量仪表的合理选用对能否精准测量起着至关重要的作用。在实际的选用中，要考虑监测对象的特点、外界环境以及产品质量的掌控等诸多因素。流量仪表种类繁多且都有各自的监测特点，通过前期对流量仪表的实践性调研分析，在化工生产中，流量仪表在使用中应考虑以下六个方面：

1）被测物质的主要特性。在测试之前必须对被测物体的特性有足够的了解，包括检测对象的密度、湿度、温度和腐蚀性等特点，还需要考虑检测液体在流动的过程中是否出现满管的情况。

2）满足工艺对压力损失的要求。在高压情况下，工艺介质、密度以及粘度都会发生很大的改变，对仪表管路的安装和尺寸也会产生一定的变化，这些变化都会导致流量仪表的性能受到一定程度的影响。在选型之前要核算经过流量仪表后的永久压力损失是否影响工艺流程。

3）仪表的自身技术因素。在仪表的选用中还需要考虑仪表的自身技术性因素，例如仪表的精度是否达标、仪表误差是否达到生产要求、仪表在使用中与其他生产设备是否配套等。

4）生产过程的环境因素。石油化工生产过程中，外界环境非常复杂。高温、潮湿、电磁干扰、腐蚀性介质等诸多因素都会影响仪表的正常使用和安全性能。仪表选用之前应考虑外界因素。

5）仪表能否满足现场的安装要求。在安装仪表前必须考虑是否满足规定的前后直通道长度，同时需要考虑耐温、耐压、抗震以及安全保护等问题。

6）仪表选择的使用成本。在保证其他因素均能实现的情况下，考虑成本因素时应该以确保安全生产为前提。

2 流量仪表主要类型及选用原则

流量仪表分为两大类，即就地流量计和流量变送器。其中就地流量计包括叶轮式流量计、浮子流量计以及容积式流量计，这几种流量计能够在没有电能供应的情况下正常工作。流量变送器的种类相对来说比较丰富，按照其使用原理可以分为体积流量计和质量流量计两种，目前在化工行业中比较常见的有节流压差式流量计、涡街流量计、超声波流量计以及电磁流量计等等，均为体积流量计。使用体积流量计，测量的数值为体积流量，要想将数值转换为质量流量，需要在系统中加入密度系数换算。此外在化工生产过程中，还有一些流量计，如热式质量流量计，可以实现直接测量质量流量。

在选择测量仪表之前，需要明确以下几点：是否用于测瞬时流量累积值；是测流量绝对值还是测量流量变化值；是用于过程控制还是计量计算；是测量质量流量还是体积流量；流量仪表必须满足测量目的要求。

2.1 转子流量计

转子流量计是根据节流原理测量流体流量的，它是通过改变流体的流通面积来保持转子上下的差压恒定，故又称为变流通面积恒差压流量计，也称为浮子流量计。目前是应用最广泛的一类，仅次于差压式流量计，可用于复杂环境和各种介质条件的工艺流程。

2.2 容积式流量计

容积式流量计是利用机械测量元件把流体连续不断地分隔成为单个已知的体积部分，根据各个测量室逐次重复排出已知体积的次数来测量流体体积累积值。计量精度高、量程比较大、安装管道条件对计量精度没有影响。但被测介质种类、口径局限性较大，安装体积较大，不适用高、低温场合。

2.3 差压式流量计

差压式流量计是根据差压原理测量流量的，主要通过在节流装置前后产生差压变化，完成流量计量工作。随着仪表技术的快速发展，这类仪表应用场合正在减少。

2.4 电磁流量计

电磁流量计是利用电磁技术运行的流量仪表。测量液体效果较好，但是在测量中因其对外界干扰较为敏感，且测量流体较为单一，因而使用量也非常少。

2.5 超声波流量计

超声波流量计是利用检测流体流动对超声束的作用来测量的流量计。在石化工业生产中，特别是在大口径水管线流量测试中应用广泛。多通道超声波流量计测量技术非常成熟，欧美等国家已经将气体超声波流量计作为法定计量器具。

2.6 涡轮流量计

涡轮流量计是叶轮式流量计的主要品种，传感器采用多叶片的转子通过流体的平均流速而得到流量。由于不能够长期保持其校验特性，需要定期进行校验。对介质的清洁度要求较高，发展迅速，已经成为通用的一类流量计。

3 流量仪表选用原则探析

流量仪表采用单个5 V 电源供电。经过模数转换后的输出电压针对5 mV/℃校准。采用5 V 单电源时，输出在大约75 mV～4.75 V 之间保持线性，对应于15～950 ℃的温度范围。针对以上流量表的特点，我们在选择仪表时应注意以下原则：

1）确保精度。在测量过程中首先要满足技术要求，达到生产要求。

2）重复利用。确保合理的预算，降低生产成本，需要选择可重复使用的测量仪表。

3）具备自动调整功能。具备自动调整功能的仪表在安装之后，可提高仪表使用寿命，减少日常维护工作量。

4）实现测量中的范围要求。选择仪表时要满足测量上限和下限要求，保证测量的准确度。

5）具有低功耗优势。生产过程中，设备多且测量压力大，管道运行与管体的功耗就会非常高，所以在仪表选择时，我们需要选用永久损失压力较小的仪表，减少生产中的耗能，降低生产成本。

6）具有较长的使用检修期与使用寿命，这样可以减少仪表问题对正常生产的影响。

7）考虑工艺介质是否有腐蚀性，选择具有良好的耐腐蚀性。由于大部分生产产品与原料都具有较大的腐蚀性，所以要选用耐腐蚀性较好的仪表。

4 流量仪表的应用

流量仪表不仅是计量科学重要组成，而且在社会经济、国防建设、科学研究等各种领域占据着非常重要的角色。在石油化工生产过程中，流量计是保证油田生产顺利进行的重要设备。不论石油的运输、开采还是冶炼都需要流量计。技术人员可以使用流量计计量蒸汽、液体及气体，不仅能准确掌握流体的流量，而且为安全生产打下了良好的基础。

4.1 在海洋钻井平台上的应用

根据其用途不同，可以将海洋钻井平台划分为公用系统、辅助系统和工艺生产系统等三个板块，每个版块可以根据工作的实际需求，选择相应的流量仪表。例如：在海洋中流体媒介为凝析油，其黏度为0.89 mPa·s（0.89 cP），工作压力在6 690～7 411 kPa 之间，温度在42～65 ℃范围内，常规流量为0.521 m3/h。根据以上参数来确定仪表的合理选型：首先，排除电磁流量计，因为石油不导电。其次，从管道介质为凝析油考虑，由于凝析油最终进入终端，则可以排除涡轮式、超声波式和质量式流量计。由于在海洋中钻井，平台空间有限，因而排除压差式流量计。最后，从成本考虑，排除容积式流量计。为了满足流速低，管径小等特点只能选用转子式流量计。

4.2 在陆地油田的应用

当前在国内陆地油田深井和超深井中都存在超密加重材料浪费严重的问题，如果要实现加重材料的高效再回收利用，需要根据油田中钻井液的密度差异性、粘度和离心机等参数变化来考虑，技术人员可通过计算流量仪表传感器获取的信息数据来确定工作转速和处理量。利用计算机做精准控制，达到回收利用的目的。

在整个过程中，流量仪表的选型至关重要，应从以下几个方面来进行考虑：首先，陆地油田的外在环境非常恶劣，必须选用抗腐蚀性强的仪表，所以质量流量计不能选用。其次，从即时控制和测量精度等方面考虑，排除压差式、转子式、超声波式与涡衔式流量计。从流体粘度要求来考虑，可以排除涡轮式流量计。最终，选用能够测量腐蚀性、导电性液体的电磁流量计。电磁流量计安装在现场并进行测试，满足其要求。

5 结语

在石油化工行业，流量仪表的选型和应用，对于化工生产非常重要。许多科研人员将时间和精力都投入到化工仪表的开发研究上，促进了我国化工行业流量仪表的不断发展。在进行流量仪表的选择过程中，一定要严格按照经济性、智能化以及工艺指标进行合理的选择，确保仪表的选择能够符合化工生产的实际要求，才能充分发挥作用，达到标准计量的目的，确保化工行业安全生产并持续发展。