本文主要在分析空分装置液氧、液氮涡街流量计使用现状的基础上，对管道尺寸确定的情况下不能测量较大流量以及涡街流量计小信号切除量较大的问题进行相关研究改进，还就此类问题提出改造建议并对实施效果进行跟踪，对国内煤化工企业的大型空分装置在产品核算、经济效益分析、可靠运行的方面具有一定帮助。

引  言

        笔者所在的煤基烯烃项 目建设的两套独立 的90000Nm ／h(02)空分装置 ，装置生产气氧 、气氮 、仪表空气 、工厂空气 、液氧及液氮。

        纯液氮进入主换热器后大部分作为高压氮气产品输出，剩余部分液氮经过冷器过冷后作为液氮产品送入 1台1500m 液氮贮槽，由于直接从冷箱输出，该液氮产品也带有过冷度，但进入低压贮槽仍有 3％左右的闪蒸。这股产品液体流量由液氮产品调节器调节，产量由操作人员设定。

        纯液氧大部分进入主换热器后作为高压氧气产品输出，一部分经过冷器过冷后作为液氧产品送人 1台 1000m 液氧贮槽 ，由于直接从冷箱输出，该液氧带有过冷度，防止闪蒸进入低压贮槽。这股产品主要作用是通过调节主冷器的液位来保证装置的冷量平衡 。当操作人员确定了液氧和高压气氧产品流量之后，进储槽的液氧流量可以由液氧和高压气氧产品流量之和 自动得到 。

        由于低压储槽压力要 求为 5kPa(G )，否则安全 阀将会起跳。因此，这两股产品流量控制不好使进入各自低压储槽的产品发生闪蒸。另外，一般情况下 ，现在的煤化工配套空分装置都较大 ，液氮 、液氧产品在工艺系统负荷较低时可以作为产品销售

1  空分装置液氧、液氮涡街流量计使用现状

1．1 液氧 、液 氮产品流量的测量方法

        为了准确测量这两股产品的流量，保证贸易交接的准确性，考虑到这两股产品低粘度 、低温、易气化的物理特性，以及测量管路的设计满足涡街流量计的要求，这种典型的速度式流量计，漩涡分离的稳定性受发生体上游流场畸变、漩涡流等影响，必须配备不同长度的上、下游直管段，并安装防振动措施，为涡街流量计提供良好的流场条件，消除流场对仪表的不利影响。因此项 目设计*初选用了DY 型低温分体式涡街流量计配以D Y A 型转换器来测量液氮 、液氧流量。大多数涡街流量计具有较好的线性度，涡街流量计理论*大量程比可达 300：1以上。但由于检测元件的灵敏度 、仪表的压力损失和其他方面的限制要达到这么高的量程比是非常困难的。因此实际大多数的涡街流量计的量程比仅为 10：1 以上 ，有的可达到 20：1甚至 30：1。

        若从节省投资成本考虑采用标准孔板流量计来测量液氮、液氧的话 ，存在一些不足之处：其一，量程范围较小，一般为3：1；其二，压力损失较大 ；其三，导压管、三 (五) 阀组及连接接头容易泄漏 ；其四，导压管、取压口易堵塞；其五 ，量程范围小 ，一般为3 比1，对流量波动较大易造成测量值偏低；其六，液氮、液氧温度较低，需要采取复热措施由液态恢复为气态才可测量，否则易冻结

1．2 涡街流量计测量空分装置液氧、液氮流量的缺点

        笔者通过装置开车后近一年的使用观察，发现在这两股产品处使用涡街流量计存在两大弊端：

(1) 这两股产品要求测量的量程比较宽，*小流量要求测到 lOkg／h，*大可测到5000kg／h及 以上，但实际使用时*小流量达不到测量要求。

原设计*小流量可测到0kg／h ，*大可测到3000kg／h 及以上。这是不可能测量准确的，首先由于流速的关系测量下限精度不可能保证在零位，实际使用时发现流量低于325Nm ／h就已经是零位了。

        由于涡街流量计小信号切除量较大 ，使下限流量不能太低，笔者尝试通过修改变送器的以下部分设置以期望达到一个较好的流量测量范围，但上、下限流量未发生较大变化：

        ①D10（对应Additional Setup→LOW CUT）中的低值切除的流量值从0.60697Cum/h改为0.3035Cum/h。这一项是为了消除噪声并使流量在低流量区输出为零，但是它的可设定范围仅仅是*小可测流量的一半至量程流量。

        ②将K25 （对应Maintenance→N.B. MODE） 噪声平衡模式从AUTO改为MANUAL。

        ③将K26（对应NOISE RATIO）从默认值0.734482改为0.9。

        ④将K45（对应H VIBRATION）改为No ACTION。此处测量并非微小流量测量，因此保证较大的正常流量同时兼顾较小流量才是测量的重心。

（2）测量*度比涡轮流量计、科氏力质量流量计低，不能满足贸易交接的需要。

笔者通过观察发现实际使用情况是*大流量在阀门仅65%开度时就达到了 100%，*小流量仅可测到 325Nm 3 /h，尤其上、下极限测量时基本很难用好

（3）原设计选用的是尺寸为DN25的涡街流量计，以液氧产品为例，通过计算，若改选用内缩径涡街流量计的话，可以看到所测*小流量要比非内缩径涡街流量计效果好。

但一般不推荐采用内缩颈涡街流量计，毕竟涡街流量计靠的是稳流才能测量，内缩径涡街流量计测量液氮、液氧流量肯定不如下面要介绍的科里奥利质量流量计效果好。

2 空分装置液氧、液氮流量测量改进方案

2.1 利用科里奥利质量流量计测量液氧、液氮产品流量

        考虑到这两股产品既要计量总流量，又要应用在流量控制系统中，流量计*度的确定要在整个系统控制*度要求下进行，因为整个系统不仅有流量检测的误差，还包含有信号传输、控制调节等环节的误差和各种影响因素，对测量仪表确定过高的*度是不合理和不经济的。

        因此综合精度、经济性一同考虑是对仪表改型的要素之一。考虑到现场仪表安装空间有限，一般安装于冷箱隔箱，要求一次安装调试到位尽量不再打开，再结合测点所在管道具有可靠的防振措施，笔者选用了艾默生高准 （Micro Motion）ELITE带MVD技术的CMF100分体式弯管型科里奥利质量流量计。

（1）精度高，零点标定方便

我们都知道用于贸易结算要求较高*度，一般应不低于于0.2级，但还应考虑*度的持久性和检定周期的关系，保证在整个检定周期内都合格。

该类流量计除了精度可达±0.10%外，标零也简便易操作：用被测介质打循环约5分钟，保证满管，关闭流量计下游阀，保证流量静止，用变送器上的调零按钮或375手操器对流量计进行调零。

（2）安装方面的考虑

        不同原理的流量计对安装要求有很大不同，往往需要考虑安装位置与介质流动方向、维护空间、安装方向等。各大设计院对仪表维护空间的重要性常被忽视。一般来说仪表检维修人员应能进入到流量计周围，易于维护，并能有更换整机的位置。笔者所在的装置这两个测点所在的管道位于冷箱隔箱内，其中管线、阀门密布，留给流量计安装的空间有限，并且隔箱内填充的是保冷材料（玻璃纤维与珠光砂的混合物），对于这里的仪表尽量考虑到使用长周期、减少维护工作量。

（3）环境条件方面的考虑

        流量计选型过程中应考虑仪表的周围条件及其预期变化，包括环境温度、湿度、安全性和电气干扰等。仪表的电子部件和某些仪表流量检测部分或电路部分会受环境温度变化影响，有时甚至造成故障。这时候我们往往采取转换显示部分和流量传感器分别装在不同场所，以保证电子元件免受温度影响。

（4）传感器接液结构的考虑

        由于介质接近-200℃，要求这类流量计无可动部件、无接液动态组件，尽量回避应用于低温工况的其他技术的许多局限性。另外，如果使用O形环、密封管、接液部件等的不同金属，那么在低温温度时还必须考虑流体的热冲击和它们的兼容性问题。

（5）保证量程比的考虑

        高准ELITE带多变量数字技术(MVD)的流量计应用于低温应用领域的两个主要原因是：压损和量程比。使用传感器较小的量程范围来降低压差。由于MVD电子平台包括低温杨氏模量非线性自动温度修正运算方程，因此在*小量程时高准ELITE流量计的测量精度也不会降低。

2.2 科里奥利质量流量计测量液氧、液氮产品的计算、选型

        （1）以液氧产品为例，按照管道尺寸DN15内缩径进行计算，这里的液氧正常工作压力仅为0.230MPa-a，压损和流速损失非常明显，因此内缩径的不适用于这里。