引言

       楔式流量計非常適合測量黏稠、含顆粒物的介質，某煤化工企業油品加工裝置的重柴油和含蠟介質管線計量均采用楔式流量計來測流量，但在開車過程中經常發生計量不準問題，嚴重時甚至ＤＣＳ無指示，導致工藝人員無法監控，很大程度影響對油品質量的控制和產量調整。作者通過對楔式流量計測量原理和所測介質特性進行分析，發現取壓口的選擇對楔式流量計測量準確性影響較大，并隨之進行了優化。

 

１楔式流量計

       楔式流量計是２０世紀８０年代開始應用的一種新型節流裝置。它具有結構簡單、堅固耐用、操作簡便、適用性強等特點，而且具有高的精度和可靠性，特別適用于高黏度、低雷諾數流體；對于介質清潔、或者黏度高、腐蝕性的介質，以及蒸氣、料漿、氣體／空氣等介質均能保持流量與差壓的平方根成正比的關系。介質黏度達到３０００厘泊也不會影響楔式流量計的測量精度。以往使用的節流裝置如孔板、噴嘴和文丘里管等，當雷諾數小于１００００以下時，流量與差壓平方根就無法保持線性，而且隨著雷諾數降低，正比關系的偏差會越來越大，致使測量精度受到嚴重的影響，而楔式流量計雷諾數非常低可達３００厘泊，在這樣極寬的范圍內流量和差壓始終成正比關系，流量系數呈線性狀態。因此楔式流量計與傳統流量計相比更適合測量一些黏稠和含雜質較多的介質流量，如油品裝置的蠟、石腦油、油漿、原油，煤化工裝置的氣化黑水、灰水、碳黑溶液以及兩相流體等。

 

１．１楔式流量計測量原理

       楔式流量計是利用帕努利原理，將截面成Ｖ形的楔塊放入工藝管道中而構成的一種新型節流裝置，通過楔塊產生差壓，當流體通過楔式流量計時，由于楔塊的節流作用，在楔塊前、后側會產生了一個與體積流量值成平方關系的差壓，該差壓正比于質量或體積流量［２］。此差壓信號通過膜盒傳送到差壓變送器，差壓變送器通過計算就會得出與差壓成平方關系的４～２０ｍＡ信號，經顯示屏或ＤＣＳ即可顯示出流量值。楔塊一般安裝在管道的上部，它的圓滑頂角朝下，這樣有利于含懸浮顆粒的液體或黏稠液體及臟污介質順利通過，不會在節流件上游側產生滯流。對同一管徑，不同的楔比Ｈ／Ｄ（楔塊開口高度Ｈ和管道直徑Ｄ之比）可得到不同的典型流量范圍。楔式流量計工作原理如圖１所示。

１．２楔式流量計特點

       楔式流量計結構簡單、可靠、無可移動部件與易損部件，耐磨性好，長期運行精度高。經標定的楔式流量計流量系數基本誤差在±０．０５％以內，重復性好、穩定性好、可靠性高、壽命長、成本低及安裝維護方便；結構獨特，無沉積、不堵塞，適用范圍廣，除應用于常規的氣體、液體、蒸汽外，特別適用于黏度高、混合液易結晶、高含塵氣體及含固體顆粒液體、漿狀液體，如水煤漿、蠟、渣油、油漿、黑水、廢水等的流體測量，具有自清潔能力，無滯流區。

       另外楔式流量計＋雙法蘭變送器的檢測方式，省掉了引壓管的鋪設，從而節省了伴熱源的鋪設和伴熱蒸汽的消耗，楔式流量計的取壓接口可與表體和工藝管線進行整體保溫，通過流體本身的熱源保證楔式流量計冬季的防凍措施，節省了裝置的蒸汽能源消耗和冷凝水排放，對于裝置整體能耗的降低有一定的提高。

 

２油品加工介質

       油品加工裝置是以費托合成裝置穩定重質油和合格蠟、低溫油洗單元的油洗石腦油為原料，在高溫高壓、氫氣以及催化劑的作用下進行烯烴飽和以及含氧化物的脫出反應，生產柴油組分、精制重柴油、精制粗石腦油、精制尾油等產品。其中重質油的凝點３０℃左右、壓力２．７ＭＰａ、密度６８２ｋｇ／ｍ３、溫度１２５℃，重質油中有少量催化劑粉末；合格蠟的介質溫度１８０℃、壓力０．６ＭＰａ、密度８７０～９００ｋｇ／ｍ３、凝點在５７～６３℃；油洗石腦油的介質密度７８０～９７０ｋｇ／ｍ３、壓力０．６４ＭＰａ、溫度５２℃、沸點２０～１６０℃；精制尾油的介質密度７２９ｋｇ／ｍ３、溫度２１０℃、壓力０．５ＭＰａ；重柴油的介質密度６３６ｋｇ／ｍ３、溫度２６６℃、壓力０．５ＭＰａ；柴油組分的介質密度７２０ｋｇ／ｍ３、壓力０．５ＭＰａ；精制粗石腦油的介質壓力１ＭＰａ、溫度３０℃。

 

３原因分析

根據對油品加工裝置介質和工況的綜合分析，流量計不準的可能因素有４點：

       １）重質油／蠟中攜帶的少量催化劑固體顆粒，裝置長周期運行一段時間后，催化劑顆粒會逐漸沉積到流量計的取壓口，從而堵塞取壓口，造成無法正常檢測壓力，致使流量計測量失真；同時還會沖刷磨損楔塊，改變前后壓差，造成測量不準。

       ２）由于重質油／蠟的凝點較高，每次檢修后再次投運時因管道中的重質油流速較慢，伴熱管線溫度較低等因素，重質油經常有部分凝固的情況發生，凝固塊經過取壓口時就會堵塞取壓口或者將楔塊包裹，導致流量計無法準確測量。

       ３）由于介質中含有氫元素（氫離子），流量計的膜盒材質是不銹鋼，膜盒長時間與帶氫介質接觸，帶氫介質會不斷稀釋出氫離子，氫離子會逐漸滲透到膜片背面，并在背后慢慢聚集成氫氣，這些氫氣反向滲透速度慢于整箱速度，非常終會把膜片鼓起導致遠傳密封件的報廢。

       ４）差壓取樣位置有問題，也是非常關鍵問題，原始安裝時按照《自動化儀表工程施工及驗收規范》等通用性儀表安裝規范進行安裝，即測量氣體介質的取壓口在管道的水平４５°以上，測量液體介質的取壓口在管道的水平４５°以下，測量臟污介質的取壓口在管道的中部位置。油品加工裝置的產品基本都是液體，因此楔式流量計取壓口都在水平４５°以下部位安裝，但是因楔式流量計的楔塊在表體內腔分布不是均勻的，取壓口一般都是按設計固定在楔塊焊接處的前后上方，測量液體時，如果取壓口在管道的水平４５°以下，那么楔塊也在管線的水平４５°以下，這樣會造成流體要從楔塊的上方流過。這種測量方式下流體內介質雜質顆粒會因楔塊的阻抑而逐漸在楔式流量計的下部表體內腔沉積，時間久了就有堵塞楔塊前方取壓口的可能性，易造成流量計測量失真。另外，部分油品中本身就含有催化劑顆粒，因此容易堵塞，造成測量失真；部分油品雖然是液態，但是輕質組分（如氫氣）很容易稀釋出氣體，會在取壓口聚集從而隔絕測量膜盒，同樣會造成測量失真。

 

４優化方案

       １）因重質油和蠟中含有催化劑顆粒，且此催化劑顆粒無法根本消除，長期隨著介質流動對楔塊有一定的磨損，因此對楔塊進行硬化處理，表面噴涂０．１～０．３ｍｍ厚的碳化鎢材料，將硬度提高至ＨＣ５５以上。

       ２）針對變送器膜盒氫滲問題，將所有含氫介質的變送器膜盒接液材質全部更換為黃金膜片或金剛膜片，防止氫離子滲透進膜盒里面，避免膜盒鼓包，消除變送器零漂或者假值問題；同時將硅油更換為耐高溫（－３０～３１５℃）硅油，防止硅油受熱膨脹或蒸發。

       ３）儀表伴熱與工藝伴熱分開，以便伴熱總站單獨設立，懸掛禁動牌，防止工藝人員誤關伴熱，確保伴熱質量，并在根部閥處增加帶溫控器的電伴熱，確保裝置異常情況時伴熱不間斷，防止蠟介質凝固。

       ４）根據實際情況，選擇合適的取壓口，重質油和合格蠟等含有少量催化劑的１９臺單對楔式流量計取壓口設計之初為斜向下取壓，運行時容易沉淀雜物堵塞取壓口，嘗試向上取壓，但是容易集氣，非常終選取為水平取壓；油洗石腦油和精制尾油、柴油等介質的２４臺雙對楔式流量計設計取壓口朝上，運行時經常集氣，維護時需要經常排氣，排氣存在介質外漏風險，外漏的介質滴到保溫棉易引起火災，非常終選為調向為斜下４５°取壓，確保介質流過時能與膜盒充分接觸，保證測量的準確性，排污時用桶接液防止介質滴到可燃物上引起著火。

       ５）在取壓閥與雙法蘭連接部件之間設置排污泄壓（放空）閥，要求儀表人員定期排污或排氣。排污閥出口再加一段帶彎頭排污管（防止噴濺），排污泄壓（放空）閥還可以在流量計校準過程中保證正負雙法蘭之間的受壓一致，確保校準可靠，同時保證維修人員的安全；另外若雙法蘭變送器損壞需要更換，通過排污泄壓閥門能夠判斷取壓一次閥門是否滲漏。

 

５優化效果

       １）優化前加氫精制減壓塔加熱爐８路進料流量在２０１７年７月某一天２４ｈ的測量折線圖如圖２所示。

       ２）優化后加氫精制減壓塔加熱爐８路進料流量在２０１７年１２月某一天２４ｈ的測量折線圖如圖３所示。

       ３）優化前由于４３臺楔式流量計測量不穩定性，導致油品加工裝置加氫精制、加氫裂化單元部分二級聯鎖及自動控制回路無法投用，嚴重影響工藝操作。通過一系列優化措施的實施，油品加工裝置的楔式流量計已經測量穩定，聯鎖及自動控制回路全部具備投用條件，有效保證了工藝精準操作和緊急狀態下的聯鎖可靠動作。

 

６結論

       楔式流量計在裝置運行中相對于孔板流量計，抗臟污、可自清潔、運行精度高、差壓值穩定、壓損小、量程比寬、直管段要求小，能夠測量雙向流，性能好維護，維修工作量大大減少，符合目前企業高效環保節能的要求。但是，任何測量儀表都不是萬能的，即使國家規范也不一定適合所有工況，對于測量過程出現的具體問題要根據實際情況針對性進行優化，因此當在裝置運行過程中發現測量儀表不準時，不可直接否定某一類測量儀表，應綜合考慮材質、取壓方式、介質成分、溫度和壓力等多方因素，并借鑒類似裝置使用經驗，進行改造優化，提高儀表適應性，確保計量準確性。