摘要:为了提高企业的工业自动化水平和流量测量节能新技术的应用，以宝塔石化80t/a重油催化裂化的原料汕雾化然汽测量为例,通过和现有的差压式流量计的性能综合对比,分析了多孔平衡流量计的技术特点和节能效果，并对多孔平衡流量计节能进行了计算和经济分析,充分说明多孔平衡流量计在继承了标准孔恒优点的基础上,还具备测量精度高、测量范围宽、永久压损小对直管段矩、节能效果好等特点，能够推动企业的工业白动化水平，是一种流量测量节能的新技术.
流量测量在石化企业生产控制过程和计量核算中具有重要的地位,特别是在注重能源节约提高企业经济效益和产品质量的今天，对流量测量的要求更为严格.在石化企业作为流量测量对象的流体介质种类包括气体、液体、蒸汽等，只有把这些介质的流量测量正确，才能正确地进行经济核算,使生产活动建立在可靠的科学技术之上，使经济管理工作切实有效地进行.
目前,差压式流量计可选用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管等4随着测量技术的不断发展，节流元件不断改进，多孔平衡流量计已通过有关试验并在石油化工装置上得到了较广泛的应用.该仪表也是一种差压式流量仪表.它是在标准孔板节流装置的基础上研发出的-种新型流量测量仪表.它集合标准孔板节流装置结构简单、应用技术成熟等优点，克服了标准孔板节流装置精度较低、量程比窄、安装时上下游需要较长的直管段、永久压力损失较大、运行成本高等缺点.该流量计被称作第三代节流装置,.是由美国国家航空航天局设计发明的一种新型流量计,也称为多孔平衡流量计.
1.基于多孔平衡流量计的性能优势
多孔平衡流量计是一种差压式流量仪表，其工作原理与其他差压式流量计一样，都是基于密封管道中的能量转换原理,即在理想流体的情况下，管道中的流量与差压的平方根成正比，再根据伯努利方程用测出的差压值即可计算出管道中的流量.平衡流量传感器是一个多孔的圆盘节流整流器，安装在管道的截面.上，每个孔的尺寸和分布是基于特殊的公式和测试数据而定制的,称为函数孔当流体穿过圆盘的函数孔时，流体将被平衡整流，涡流被最小化，形成近似理想流体,通过取压装置,可获得稳定的差压信号，根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量.平衡流量计巧妙的设计在于将多孔整流器和测量孔板合二为一，能最大限度地将流场平衡调整成理想状态，从而将差压式流量计的优势发挥到极致.
(1)流量测量线性度高，重复性好平衡流量传感器具有对称多孔结构特点，能对流场进行平衡,降低了涡流、振动和信号噪声,流场稳定性大大提高，使线性度比孔板提升了5~10倍，重复性提高了54%，为0.15%.从其综合性能来看,多孔平衡流量计属于流量计行列.当量程比为5:1时，线性度可达±0.3%;量程比为7:1时，线性度可达±0.5%;量程比为10:1时，线性度可达±1.0%。
(2)直管段要求低，双向流测量好.平衡流量传感器由于流场稳定，A.压力恢复比孔板快两倍，人大缩短了对直管段的要求，其前后直管段一股为前1D后1D,最小可以小于0.5D，其中D为工艺管道的工程直径..采用多孔平衡流量计可以省去大量直管段，尤其是特殊昂贵的材料的管道.另外,多孔平衡流虽计处于完全对称，因此对于双向流的流体测量非常的理想将多孔平衡流量计和孔板流量计进行比较，如图1所示.
(3)永久压力损失小，测量介质洁净度要求低.多孔对称的平衡设计，减少了紊流剪切力和涡流的形成，降低了动能的损失,在同样的测量工况下，与孔板相比减少了2.5倍的永久压力损失，从而节省了相当大的运行能量成本,是一种节能型仪表,值得大量推广.因为减少了紊流剪切力和涡流的形成，从而大大降低了滞留死区的形成，保证脏污介质顺利通过多个孔,减小了流体孔被堵塞的机会将多孔平衡流量计和孔板流量计进行比较,如图2所示.
(4)其他性能优势.
①流量测量范围宽,测量精度高.由于平衡流量传感器具有多孔结构的特点,能对流场进行平衡，降低涡流、振动和信号噪声,流场稳定性大大的提高.表体采用特制管道和专用取压装置，使精度比传统节流装置提升了5~10倍.经过实流标定，传感器精度可达0.3%,适用于贸易计量场合.其流速可以从最小到音速,其最小雷诺数可低于200，最大雷诺数可大于107;β值可选0.25~0.90,孔径比β=d/D.
②长期稳定性好,可测高温高压介质.由于其紊流剪切力的明显减小，大幅度降低了介质与节流件直接的摩擦,其β值长期保持不变,整个仪表无可动部件,因此可以长期保持稳定性.与孔板等节流装置一样，工作温度压力取决于管道和法兰的材质和等级,工作温度可达850℃,工作压力可达42MPaB.
③可测复杂工况介质.由于其特殊的结构设计，使其具有特殊的性能,它可以用于气液两相、各种混合气体(如瓦斯、沼气、煤气等等)、各种低温气体(如LNG、液氮、液氧、液氩、液氢、液氯、液化乙烯、液化石油气,等等)、气液两相介质(如湿气)、浆料、多相水流、震动水流、电磁干扰介质和双向流(因为多孔平衡流量计左右完全对称).
2性能综合对比
当然多孔平衡流量计在实际应用中依然存在着一些有待解决的问题，结合以上平衡流量计的技术性能特点，本文就平衡流量计与其他差压式流量计进行对比，详细性能比较见表1所示.
3在重油催化裂化中的应用
催化裂化是我国石油化工二次加工的核心装置,在炼厂中,其加工能力占--次加工能力的比例一般在30%以上催化裂化实现工业化已经有60多年的历史,作为重油加工的主要手段,是目前重油轻质化工艺.虽然曾多次受到其他二次加工工艺的竞争和清洁燃料标准的挑战，但由于催化裂化技术的不断进步，各种以催化裂化技术为核心的催化裂化家族工艺的不断出现，已经将催化裂化转变为炼油化工一体化的桥梁装置,催化裂化依然保持了其在石油化工行业中的重要地位.
3.1测量对象分析
随着催化裂化工艺技术的不断进步，它对自控技术也提出了较高的要求,选用合适的测量仪表,是保证催化裂化工艺技术不断进步的首要条件.宝塔石化80ta催化裂化装置工艺的原始数据见表2.表2中的测量介质为气体或蒸汽.分析表2中的数据可知，所列的原始数据的量程比都超出了标准孔板3:"的范围，有的甚至到达了10:1.因此在设计中选择多孔平衡流量计.根据多孔平衡流量计的特点,选取蒸汽介质作为测量对象合适.
3.2多孔平衡流量计测量蒸汽
在石化企业中，蒸汽作为--种重要的能源被广泛的应用.在催化裂化装置中，包括反应-再生、分馏、吸收稳定(含气压机)、主风机-烟机系统、余热钜炉、余热回收站中都大量的使用蒸汽.随着企业成本核算的深入,淘汰落后产能企业政策的落实,企业内部对能源的节约日益重视，而在催化裂化装置中蒸汽在能源费用中占据较大的比例，故要求对蒸汽进行准确计量是很有必要的问.
蒸汽的流体特征、生产工艺情况、现场安装条件、后续维护要求及流量仪表的性能,是蒸汽计量的5个重要因素.结合本文对多孔平衡流量计的介绍，它非常适合用于蒸汽流量测量.
3.3同等条件下与标准孔板测量蒸汽流量的比较
重油催化裂化装置中,仪表位号为FE21105的流量计用于测量进入催化反应器的原料油雾化蒸汽工艺参数见表3.
依据表3中的原料油雾化蒸汽工艺参数，通过孔板计算软件计算出标准锐孔板仪表数据;通过多孔平衡流量计软件计算出多孔平衡流量计的仪表数据,两者数据对比见表4.
由表4可知，选用多孔平衡流量计前后直管段可节省3.8m管径为200mm的管道,压力损失可减少4195Pa.而在催化裂化项目中,长直管段除--次性投资外，还包括:管道施工、保温材料费、安装支架、土地占用、维护、运行费用等.由此可以说明,蒸汽介质在设计选用多孔平衡流量计可以一次性节约大量的投资.
3.4测量蒸汽的节能分析
节流装置作为一种测量仪表,其节流型压损大，长期运行耗能大,费用高;长期运行中孔板几何尺寸变化，锐角变钝，甚至有的孔板在开停车过程中,由于蒸汽管道中易存冷凝水，开停蒸汽管道过程中产生水垂,致使孔板变形，甚至变成喇叭口.所有这些都说明:孔板差压式蒸汽流量计很难保证其原设计测量精度;介质输送成本是介质输送过程中消耗的能量,主要测量元件造成的永久压力损失为标志,就液体等重介质而言,输送成不是很人的开支,主要体现在泵消耗的电能.因此选择一款精度高、稳定性.好、压损小、价格实惠的仪表是提高仪表选型的一个很重要的原则.
由表3可知，一-台公称直径200mm的标准锐孔板节流装置测量进入催化反应器总管1.0MPa原料油雾化蒸汽,质量流量为5175kgh,差压值为10kPa,永久压损为6137Pa;而一台公称直径为200mm的多孔平衡流量计测:量进入催化反应器总管1.0MPa原料油雾化蒸汽，差压值为4.26kPa,永久压损为1978Pa,计算节省耗能费用问:
qv=5175+(4.21x3600)=0.3414(m3/s);
△P=6173-1978=4195(Pa);
Q=(△Pxqv)+n=(4195*0.3414)+0.8=1790.22(W).
式中:Q为能耗值,W;qv为介质体积流量,m³/s;△P为永久压损值,Pa;η为电机和泵的效率，工业上一般取0.8.
每年多耗能所需的费用1]=(Q/1000)x(运行时速/年)x(元/(千瓦-小时))=(1790.22/1000)x8400x0.639=9.61(万元/年).
根据上述计算结果和2012年多孔平衡流量计的市场价格(公称直径为200mm多孔平衡流量计为2.0万元)可知,重油催化裂化装置中用于测量进入催化反应器的原料油雾化蒸汽,若安装多孔平衡流量计运行两个半月就可以回收公称直径为200mm多孔平衡流量计的投资成本.
4结语
综上所述，本文介绍了多孔平衡流量计的技术特点，通过多孔平衡流量计和标准锐孔板在重油催化裂化装置上的应用比较，以该装置上原料油雾化燕汽测量为例,进行了节能分析，充分说明了在设计中选用一.款性能可靠的节能仪表是实现该装置节能减排的重要手段.基于上述优点和T程实际应用的良好的效果，可以得出的结论是多孔平衡流量计是一种计量正确、耐用、具有广泛应用前景的节能仪表.
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