循環(huán)水裝置的儀表選型及應(yīng)用

蘇東衛(wèi)（天津辰鑫石化工程設(shè)計有限公司，天津 300350）

循環(huán)水裝置的儀表選型及應(yīng)用

蘇東衛(wèi)（天津辰鑫石化工程設(shè)計有限公司，天津 300350）

針對循環(huán)水裝置的特點并結(jié)合實際工程設(shè)計經(jīng)驗，分別介紹了循環(huán)水裝置常用的幾類檢測儀表，根據(jù)工藝流程、介質(zhì)特性及使用環(huán)境，在典型的溫度、壓力、流量、液位及控制閥五個方面進(jìn)行了闡述，總結(jié)了儀表選型的要點、安裝應(yīng)用注意事項。

循環(huán)水裝置，儀表選型，應(yīng)用

循環(huán)水系統(tǒng)是石化行業(yè)重要的公用工程，是工藝裝置安全運(yùn)行的保障，這就要求其運(yùn)行必須是安全的、可靠的。隨著循環(huán)水場規(guī)模的不斷擴(kuò)大及自動化水平的不斷提高，循環(huán)水裝置的自控系統(tǒng)也日趨完善，這就要求裝置內(nèi)儀表選型合理、安裝可靠。循環(huán)水場的管道一般都是口徑較大的，且大多在地下敷設(shè)，介質(zhì)為循環(huán)水、污水或脫鹽水，本文在溫度、壓力、流量、液位、控制閥等五個方面探討一下儀表選型及安裝應(yīng)用的問題。

1 溫度檢測

循環(huán)給水和循環(huán)回水管道上的遠(yuǎn)傳溫度檢測一般選用熱電阻即可，安裝方式為法蘭連接或螺紋連接，壓力等級不低于管道壓力等級，插入深度在管徑的三分之一區(qū)域內(nèi)，保護(hù)套管的形式應(yīng)選用整體鉆孔錐形保護(hù)套管。當(dāng)溫度計保護(hù)套管的自然頻率和激勵頻率之比接近1時，會產(chǎn)生共振損壞套管，故需要在規(guī)格書中給出最大流速，要求溫度計廠家根據(jù)流速進(jìn)行振動強(qiáng)度的核算，以確保套管的安全性。通常情況下，循環(huán)水管道都是埋地敷設(shè)，所以溫度元件大多安裝在井內(nèi)，儀表的防護(hù)等級必須為IP68，即便如此，很多國產(chǎn)儀表還是會因為浸泡導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確等問題，可適當(dāng)延長管段接頭長度，或?qū)t100的延伸段延長，把溫度元件的接線盒安裝在儀表井外，用角鋼保護(hù)。

循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的電機(jī)及軸承測溫一般都隨設(shè)備成套提供，選用Pt100熱電阻，泵上或風(fēng)機(jī)旁安裝接線盒，輸出信號為RTD信號，采用多芯電纜將信號引至控制室。大型的冷卻塔風(fēng)機(jī)減速機(jī)需要測量三維振動、油溫4個參數(shù)，或者振動、油溫、油位3個參數(shù)，多為成套設(shè)備配備的三參數(shù)組合探頭或四參數(shù)組合探頭，探頭長度根據(jù)減速機(jī)內(nèi)油位的高度確定。探頭輸出信號為3路或4路4-20mA信號，需控制系統(tǒng)單獨(dú)提供電源。

2 壓力檢測

遠(yuǎn)傳壓力檢測有智能壓力變送器和隔膜壓力變送器，對于埋地敷設(shè)的循環(huán)水管道，若采用一般的智能壓力變送器，通過引壓管的方式取壓，變送器安裝在儀表井外的方式，在冬季寒冷地區(qū)，必須對引壓管進(jìn)行保溫伴熱，而循環(huán)水裝置的伴熱蒸汽線通常很少甚至沒有，電伴熱帶引至儀表井內(nèi)維護(hù)不方便，造價也高。選用隔膜壓力變送器，通過毛細(xì)管導(dǎo)壓方式引至儀表井外，毛細(xì)管可用角鋼保護(hù)或儀表井內(nèi)預(yù)埋DN200鍍鋅鋼管直通地面，將法蘭一端穿進(jìn)鋼管至井內(nèi)，變送器安裝在地面上或保護(hù)箱內(nèi)，可避免保溫伴熱帶來的問題。因此，在井內(nèi)安裝的壓力檢測儀表采用隔膜壓力變送器是比較合理的，法蘭及膜片材質(zhì)選用304SS或316SS，壓力等級不低于管線壓力等級。

在冬季寒冷地區(qū)，對于冷卻塔上水管線上安裝的現(xiàn)場壓力表，在投資允許的情況下，可采用電伴熱帶對壓力表進(jìn)行伴熱。若規(guī)模較小或為節(jié)省投資，可在壓力表引壓管處安裝三通和排水閥，外部保溫。冬季需要現(xiàn)場看就地壓力時，打開根部閥，關(guān)閉排水閥，巡檢完后，關(guān)閉根部閥，打開排水閥，使引壓管內(nèi)的水排出，防止結(jié)凍。

3 流量檢測

根據(jù)流量計的測量原理，目前常用的測量水管線的流量計有電磁流量計、超聲波流量計，考慮到投資和維護(hù)問題，大口徑循環(huán)水管道一般采用超聲波流量計，超聲波流量計分為管道式、插入式和捆綁式，由于管道式體積較大，價格也較高，所以選用插入式和捆綁式，這兩中流量計的造價基本上與管道口徑大小無關(guān)。插入式超聲波流量計的特點是，測量精度高，但是安裝維修不便，需要現(xiàn)場在循環(huán)水管線上開孔，并且開孔位置一定要準(zhǔn)確，以保證測量精度?，F(xiàn)在有些廠家的插入式超聲波流量計已經(jīng)支持在線插拔，維修方便了許多。捆綁式超聲波流量計的特點是無需與介質(zhì)接觸，安裝維護(hù)方便，確定好測量位置后將探頭貼在管道上固定即可，但是測量精度相對低。選擇超聲波流量計的聲道數(shù)時，選擇雙聲道，兩個不同聲道的測量值取平均值，測量誤差相對較小。若其中一個聲道出現(xiàn)故障，可暫時使用另外一組聲道測量，維修時不影響流量計的工作。

對于口徑小于DN300或DN400的水管線（脫鹽水除外），流速在0.3m/s～10m/s，電磁流量計精度相對高些，其應(yīng)用也更普遍些。而對于脫鹽水管線，介質(zhì)導(dǎo)電性能差，電磁流量計無法測量，可選用管道式或捆綁式超聲波流量計。

循環(huán)水裝置的流量計多安裝在儀表井內(nèi)，法蘭連接，壓力等級不低于管道壓力等級，材質(zhì)為304SS或316SS，根據(jù)統(tǒng)一規(guī)定要求即可。流量計的形式選擇分體式，測量部分在井內(nèi)，防護(hù)等級為IP68，變送部分安裝在地面上或保護(hù)箱內(nèi)，流量計電源可選擇24VDC，若流量計位置距離控制室較遠(yuǎn)，電源選擇220VAC為宜。

對于需要外界提供工廠空氣和蒸汽的監(jiān)測換熱系統(tǒng)和自動加藥系統(tǒng)，一般都需要計量工廠空氣和蒸汽流量，可選用渦街流量計，安裝維護(hù)方便。由于渦街流量計測量受密度影響，對于溫度壓力變化明顯的蒸汽測量，需要進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，部分國產(chǎn)渦街流量計可自帶溫壓補(bǔ)償，輸出至控制系統(tǒng)的流量值即為補(bǔ)償后的流量。而進(jìn)口渦街流量計很少有自帶溫壓補(bǔ)償，需要另外安裝溫度元件和壓力變送器，同時將信號傳輸至控制系統(tǒng)，在DCS或PLC進(jìn)行組態(tài)，修正流量，或者有些流量計自帶溫度補(bǔ)償，同時變送器帶有4～20mA輸入接口，可將壓力變送器信號引入渦街流量計，在流量計內(nèi)部進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，此時，就需要從控制系統(tǒng)引出一路24VDC電源，將壓力變送器串到回路中。

上述流量計均應(yīng)安裝于被測介質(zhì)完全充滿的管道上。安裝時均需要直管段要求，以保證測量精度。根據(jù)不同廠家各流量計不同的安裝要求，直管段長度也不同。在循環(huán)水裝置，一般管道材質(zhì)為碳鋼，被測流體接地時，電磁流量計表體與工藝管道應(yīng)良好地連接并接地。此時，電磁流量計可不帶接地環(huán)。

4 液位檢測

循環(huán)水場測量液位的設(shè)備大多是吸水池、污水池、廢水池等地下水池，蓋板材質(zhì)多為水泥，只能用頂裝式儀表。根據(jù)經(jīng)驗，一般選用雷達(dá)液位計或超聲波液位計，不需要與介質(zhì)接觸，且無需保溫伴熱，安裝維護(hù)方便。液位計安裝時，在蓋板預(yù)埋無縫鋼管，鋼管間隔池壁一定距離，并遠(yuǎn)離泵、進(jìn)水口等。根據(jù)水池深度選擇合適的液位計口徑，根據(jù)液位計的波束角確定液位計與池壁的距離，保證信號波束范圍內(nèi)無遮擋物體且避開液位劇烈波動的部位。對于超聲波液位計，若被測液體溫度、成份變化比較顯著，應(yīng)考慮對聲波傳播速度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。而雷達(dá)液位計不會有此類問題?，F(xiàn)在超聲波液位計和雷達(dá)液位計的價格相差不大，所以對于測量地下水池液位，雷達(dá)液位計是個不錯的選擇。

5 控制閥

循環(huán)水裝置用到的控制閥門為調(diào)節(jié)閥和開關(guān)閥，按照循環(huán)水系統(tǒng)的工藝流程，循環(huán)水裝置中的控制回路不多，其中自動加藥系統(tǒng)需要根據(jù)電導(dǎo)率變化來調(diào)節(jié)循環(huán)水系統(tǒng)排污量，在排污管線設(shè)置調(diào)節(jié)閥，根據(jù)介質(zhì)特點選用調(diào)節(jié)蝶閥即可，為使調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)性能最佳，計算閥門開度時，正常開度在40%～50%范圍內(nèi)，最大開度控制在70%以下。循環(huán)水裝置內(nèi)若有凈化空氣，可選用氣動調(diào)節(jié)閥，若凈化空氣距離較遠(yuǎn)，可選電動調(diào)節(jié)閥。對于安裝在井內(nèi)的調(diào)節(jié)閥，防護(hù)等級要求IP68，即便如此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)也不能長期泡在水下。為了延長執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命，也為了操作維護(hù)方便，一般將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥桿延長至地面上，將調(diào)節(jié)閥的膜頭伸出地面，最大程度減小被水泡的時間。

循環(huán)水管線的口徑較大，開關(guān)閥一般為電動蝶閥，由給排水專業(yè)負(fù)責(zé)。但是開關(guān)閥的信號還需要引入控制室。由于循環(huán)水場的規(guī)模和自動化水平的不同，開關(guān)閥信號引至控制室的要求也不同。對大型循環(huán)水裝置，根據(jù)給排水專業(yè)的操作要求，循環(huán)水泵出水管線開關(guān)閥有時不需要全部開啟，這種情況下，可令開關(guān)閥帶開度顯示并將信號引至控制室，在操作界面上便于觀察操作。

6 結(jié)語

本文是根據(jù)多次循環(huán)水場工程設(shè)計經(jīng)驗及現(xiàn)場施工安裝遇到的問題總結(jié)歸納的，雖然各循環(huán)水場流程規(guī)模各不相同，但介質(zhì)特性相近，可供參考。

[1]張羽.淺談流量計的選型及其應(yīng)用.自動化與儀表，2007（增刊1）：24～27

[2]原芝泉.自控技術(shù)應(yīng)用.2010年第31卷第5期：55～59

蘇東衛(wèi)，女，工程師，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），控制理論與控制工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油石化行業(yè)自控設(shè)計工作。