目前，國內大多數合成氣裝置都是利用煤、原料油和氧氣為原料，在氣化爐內的1300℃高溫條件下發生反應，生成以一氧化碳為主的合成氣。由于在反應過程中，原料中部分碳元素成為碳黑存在于合成氣中，所以需要對合成氣使用工業水進行洗滌降溫，此過程會產生大量的碳黑水，溫度200℃，壓力4.0MPa。在裝置生產時，各工段碳黑水的水量平衡尤為重要，直接關系平穩運行和環保指標，不同工藝管道流程的碳黑水流量監測是工藝人員的重要操作參數。我公司很好套合成氣裝置建成于20世紀80年代，直到2012年，公司的第二套也是國內很好一套利用焦油氣化生產合成氣的裝置投入生產運行。30年以來，合成氣裝置碳黑水流量的測量有了長足的進步和發展，從當年使用過的孔板流量計、渦街流量計、電磁流量計、質量流量計、渦輪流量計、超聲波流量計到現在使用的矩形流量計，使我們對碳黑水介質的流量測量有了更加深刻的認識，也從中總結了許多的使用維護經驗，在這里做簡單分享。

 

1 孔板流量計

很好套合成氣裝置碳黑水流量儀表原始設計全部安裝孔板，通過導壓管，使用差壓變送器測量，因為導壓管內介質不流動，末端溫度低，碳黑附著性強，一旦濃度大、溫度低時易堵塞管路，儀表操作規程規定每4h要對導壓管沖洗一次，儀表維護人員作業頻繁，維護量大，特別是晚上還存在作業風險。在冬季的時候，整個儀表管路還需要伴熱，增加維護成本，儀表故障率高。

 

2 渦街流量計

20世紀90年代，對幾臺重要的儀表進行了改造，更換為渦街流量計，那時候的渦街流量計技術還不夠成熟，為非智能產品，內部各部分電路都是獨立的，管線振動、自身性能等原因造成儀表零點經常發生漂移，這時候就得將電路板拆下，使用頻率信號發生器對零點和量程反復進行標定，再裝回使用，有時得反復做多次才能確保準確。

 

3 電磁流量計

2000年初，1臺渦街流量計損壞，使用了電磁流量計替代，但是電磁流量計有其固有缺點，就是它的襯里不能耐高溫，碳黑水的溫度都在200℃以上，使用一段時間后，襯里變形、電極附著碳黑的問題就出現了，導致儀表指示出現偏差，只能作為參考量，不能作為工藝操作參考依據，直至不能使用。

 

4 質量流量計

電磁流量計損壞之后，我們又使用了質量流量計替代，質量流量計在正常生產中運行還很穩定，但合成氣裝置屬于劇烈的化學反應，高溫高壓，管線的振動對其有影響。另外，工藝管路的直徑小，碳黑還是會堵塞質量流量計U型管內部，定期得拆下清理。另外，昂貴的價格，導致其不能在裝置中大量應用。

 

5 超聲波流量計

在以上幾種流量計使用過程中，有的是在裝置正常生產時損壞的，工藝人員沒有了操作參考，這時需要儀表人員使用超聲波流量計在工藝管道外部測量流量，但是碳黑水介質臟、溫度高、管道材質等苛刻條件，導致超聲波流量計出現探頭信號弱、耦合劑效果不好等問題，根本無法測量。

 

6 矩形流量計

2012年，新的合成氣裝置在中國石油大慶石化公司建成投用，矩形流量計在碳黑水的流量測量上得到了大量的應用，至今4年時間，性能極其穩定，故障率低，取得良好的應用效果。

矩形流量計是一種新型的產生差壓測量流量儀表，可以測量氣體、蒸汽和液體（包括油漿、高粘度液體），以及高磨擦性（含固體顆粒的）流體和腐蝕性流體。這種流量計是以楔式流量計和文丘里流量計為基礎，結合兩種流量計的優點，在關鍵性能上進行了明顯的改進，成為一種高精度、高可靠性流量測量設備，從而使差壓式流量測量儀表的使用范圍更廣，適用性更強。其測量原理如圖1所示。

矩形流量計是一種產生差壓信號的節流部件，根據流體力學方程，由差壓信號與流量的對應系，可以精確地測量流體流量。 它的節流塊具有楔形流量計節流楔塊的部分特征，又有文丘里流量計的大部分特征，但沒有楔型節流塊那樣的尖銳棱角，節流線是一個加工非常光滑的鈍角園弧線，這就大大減小了磨損，類似于測量高速流體采用流量噴嘴一樣，噴嘴采用非常光滑的園弧節流口，使得它具有耐高速流體沖刷的作用。節流件采用硬質合金，堆焊硬質合金并噴鍍碳化鎢，可有效防止流體沖刷產生的磨損。節流通道屬于流線型，具有一個適當長度的喉管，該喉管起到整流的作用，有效減緩了流體的波動，再加上后部的壓力恢復段，延續了這種流線型流道，使得整個內部不會產生渦流和震動，從而避免了因渦流產生的磨損。

 

6.1 性能特點

（1）具有量程比大的特點，適用面廣；

（2）解決了其它流量計無法解決或解決效果不佳的流量測量問題，尤其是高粘度、強腐蝕性和重摩擦性介質流量的長期、可靠、高精度測量問題；

（3）具有類似于文丘里流量計一樣的壓頭恢復段，可以**大限度的恢復壓力，壓頭損失僅有測量壓差的15%~25%；

（4）矩形流量計加工后，不用標定就可保證精度0.5%（測量值），如果需要，可以標定到精度0.25%（測量值）；

（5）一般要求上游2~4倍測量管徑的直管段，下游不要求直管段，整體安裝空間大。

 

6.2 現場應用

（1）普通安裝

對于碳黑水介質，操作壓力較高，矩形流量計的取壓為法蘭形式，安裝高壓球閥，采用雙法蘭式差壓變送器測量，閥門管件壓力等級高，2個取壓呈90°分開設計，以便有足夠的安裝空間，如圖2所示。此種方式，矩形流量計安裝在工藝管道上，兩個取壓法蘭一個向上，一個水平，變送器的2個法蘭不在同一水平面上，需要對零點進行遷移；也可以將2個取壓法蘭全部向上45°安裝，使2個法蘭在同一水平面上，就無 xu遷移。

（2）帶沖洗線安裝

為在線維護需要，矩形流量計可以在高壓球閥和變送器法蘭之間安裝沖洗環，連接合成氣裝置自產的熱水（壓力5.3PMa，溫度110℃）沖洗線，這樣在取壓發生堵塞時，就可以打開閥門使用沖洗水在線沖洗疏通取壓部分，不用拆卸法蘭，操作簡單方便，效果良好，如圖3所示。

 

7 結束語

其實，對于每一種工藝介質，都有其**適用的測量儀表，作為儀表維護人員，在滿足測量要求的前提下，工作的目標就是日常運行穩定、維護量少，從而為企業間接降低運行成本，維護人員減少作業頻次和降低作業強度，避免更大的安全風險。所以，使用設計合理、性能穩定、性價比高的儀表設備，也是必然的選擇。