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    降本增效方法之一:智能化流量調節儀

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    通過應用智能化流量調節儀器,助力企業降本增效。

    編輯 | 大安

    提高流量測量的精度,既能實現質量改進,還能顯著降低成本,更具競爭優勢。在油氣生產、管道輸送、煉油廠和眾多其他類型的石化工廠中,對氣體、蒸汽、液體或泥漿的精確測量都是至關重要的。

    不幸的是,流量測量經常是事后才引起重視——尤其是在許多工廠擴建、設備升級和改造項目中。流量開關和流量計的選擇與部署都需要事先仔細斟酌。在應用中選擇不當的流量監測技術,或者流量測量儀位置過于靠近泵或閥門,這可能會縮減潛在的成本節約量,并經常導致不必要的更換或拆遷。

    然而,若公司對新型或升級版流量儀表提前進行周密規劃,則會帶來諸多益處:

    降低儀表的初始安裝成本,快速投入應用;

    燃燒器、鍋爐、風扇或烘爐的耗能成本降低;

    更有效地消耗工藝產生的氣體,比如氯氣或氮氣;

    降低工藝用水量,并減少廢水量;

    降低工廠設備維護或更換的頻率。

    存在的問題

    每家企業都應該擁有一位高水平的儀表工程師,熟悉當前市場上所有的流量測定技術并具有豐富的應用經驗。企業的采辦預算足夠買市面上性能最優良的設備,一流的維保團隊負責安裝。

    優化企業流量儀表的最有效方法可以歸納為四大指導方針:

    • 一定要為工藝介質選擇合適的流量傳感技術;
    • 未雨綢繆,提前了解安裝和維護要求;
    • 需要考慮其他就近設備對儀表的影響;
    • 預計需要流量調節器或流量矯正器來確保準確性。

    流量測量技術

    在選擇適宜的流量傳感技術時,首先應考慮測量的工藝介質:空氣、氣體、蒸汽、液體或泥漿。不存在“一刀切”的概念,也就是說任一種流量傳感技術并不適用于所有的介質環境,比如有些技術可以測量泥漿,而有些則根本不能。

    業內主要的流量傳感技術包括科里奧利效應(質量)、壓差、電磁、正位移、熱量(質量)、渦輪、超聲波、可變面積和旋渦脫落。

    潛在的安裝難題

    在安裝流量儀表(尤其是流量計)時,最常見的問題之一是儀表上游和下游的直管段長度不足。在購置特定流量計之前,有必要咨詢制造商核實設備規格,以確定必需的直管段長度要求。如果做不到這一點,通常會導致待測液體出現非對稱流動,進而會影響測量的準確性。

    附近的管道彎頭、伸縮管、貼近流體的螺旋管和其他儀表通常會進一步加劇直線流程不足的問題。空間緊張導致的高密度設備布局和糟糕的管道布局共同作用,改變了工藝介質的切向、徑向和軸向速度矢量,最終導致氣流擾動,包括渦流、噴射和速度剖面畸變。

    當管道中產生擾流時,流量計、泵和其他設備的性能很可能深受影響。例如,對于流量計,工藝材料的不規則流動對許多最流行的流量傳感技術(壓差、渦輪、電磁、熱量、超聲波與旋渦脫落)的準確性和可重復性會產生消極影響。根據流量傳感技術的不同,直管流量對流量計的直徑要求從10到20甚至更大。

    解題秘鑰

    為了減少渦流等管道內的擾流對流量測量精度的影響,使用流量調節器是最簡單和最有效的解決方案之一。在工藝流程中加入流量調節器,通常可以將流量儀器的準確性與可重復利用率提高50%以上。

    例如,添加了流量調節器的熱式質量流量計可以把精度從標準的±2%提升到±1%。在一年的時間內,這種精度的提高可使燃氣鍋爐節省大量費用。

    有許多不同種類的流量調節器技術:

    • 多孔板通常用于天然氣、清潔氣體或液體介質管道,安裝簡單,不需要閥芯片,但流通含雜質的氣體時容易堵塞。
    • 板式流量調節器在清潔/含雜質的氣體或液體中表現良好,其優異的交叉混合功能能夠有效消除渦流影響,并在產生最小壓降的情況下修正速度剖面。
    • 由于蜂窩葉片式調節器可以提供空氣流量剖面修正,故常應用在暖通空調或壓縮空氣處理系統中,其有多樣化的設計與材料,便于用戶選擇。
    • 制冷管束和葉片已經使用了數十年,管束能有效去除渦流影響,但有凍結速度場的趨勢,因而它們不能有效隔離及糾正流場畸變的異常現象。

    上述提及的技術手段都有其優缺點,這取決于工藝和設備情況。綜合考慮工藝介質、工廠設備、環境要求與其他規章、維保計劃等多方面因素,公司一般可得出1~2個最優解決方案。

    但需切記,流量調節器在糾正流量剖面畸變方面越有效,則它所產生的壓降就越大。當目標是降低能耗或泵送成本,或者需要加快產品吞吐量時,企業則希望將水頭損失或壓降降到最小。

    板式流量調節器(圖1)在考慮壓降影響方面,已被證明是一款有效的解決方案,在其標準化直管結構中,Vortab流量調節器在標準化直管內部設計有一小段的抗渦流直板,還分布有3排流量剖面修正直板。

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    圖1 ?帶質量流量計的板式流量調節器

    基于板式流量調節器的抗渦流與剖面修正直板的綜合效果,在管道出口處能形成一個可重復的、平坦的速度剖面。彎頭流量調節器也可以采用類似的流量調節技術(圖2),企業有時需要安裝彎頭來為管線規定路徑,以支持工藝所需的設備布局。

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    圖2? 直管和彎管板式流量調節器

    在油氣生產、精煉和管道供應等流程中,均需部署不同類型的流量儀表。通過安裝板式流量調節器,這些流量儀表均可從中受益。

    例如,在一個海上石油泵站,工藝工程團隊需要增加一個泵來增加液體流量。注入泵的彎頭進口端是20英寸,出口端直徑減小至12英寸(圖3)。

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    圖3 ?海上石油泵站彎頭

    工程師很快就發現,沒有足夠的空間來滿足泵的直線流量要求,也沒有辦法擴大平臺來適應管道運行。通過在彎頭上安裝一個板式彎頭調節器,完美解決了空間問題,確保了經過適當調節的流量進入泵內,節省了大量成本,并為其他可能的用途騰出了空間。

    類似的情況也存在于煉油廠或管道泵站,這些泵站和彎頭擁擠在有限的空間內,還必須滿足對氣體或液體流量精確測量的要求。

    在另一家工廠,工程團隊需要增加兩個相同的14英寸離心泵,把水注入主鍋爐。泵的配置要求管路尺寸從彎頭處的16英寸減小至泵進口處的14英寸。這些泵由350馬力的電動馬達驅動。

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    圖4 ?帶插入面板板式調節器的泵連接彎頭

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    圖5 ?在直管、插入面板、儀表運行中的板式調節器設計

    在安裝水泵時,發現室內設施沒有足夠的空間使上游管道進入水泵(請注意圖4中水泵非常靠近建筑物墻壁)。在彎頭上安裝一個板式流量調節器,彌補了缺少必要直管的問題,并使進入水泵的流體速度剖面均勻分布。

    板式流量調節器不僅適用于彎管和水泵,還可應用于直管、插入面板、儀表運行等配置中(圖5)。當設備或儀器因空間緊張導致直管長度不足時,流量調節器是一個有效的解決方案。

    結論

    企業在選擇合適的流量儀表并實現有效安裝前,需要提前進行周密計劃,包括對工藝介質與安裝位置的考量。在適當的情況下,添加流量調節器可以優化流量儀表和泵、閥門等其他設備的工作性能。

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