循环水装置的仪表选型及应用

苏东卫（天津辰鑫石化工程设计有限公司，天津 300350）

循环水装置的仪表选型及应用

苏东卫（天津辰鑫石化工程设计有限公司，天津 300350）

针对循环水装置的特点并结合实际工程设计经验，分别介绍了循环水装置常用的几类检测仪表，根据工艺流程、介质特性及使用环境，在典型的温度、压力、流量、液位及控制阀五个方面进行了阐述，总结了仪表选型的要点、安装应用注意事项。

循环水装置，仪表选型，应用

循环水系统是石化行业重要的公用工程，是工艺装置安全运行的保障，这就要求其运行必须是安全的、可靠的。随着循环水场规模的不断扩大及自动化水平的不断提高，循环水装置的自控系统也日趋完善，这就要求装置内仪表选型合理、安装可靠。循环水场的管道一般都是口径较大的，且大多在地下敷设，介质为循环水、污水或脱盐水，本文在温度、压力、流量、液位、控制阀等五个方面探讨一下仪表选型及安装应用的问题。

1 温度检测

循环给水和循环回水管道上的远传温度检测一般选用热电阻即可，安装方式为法兰连接或螺纹连接，压力等级不低于管道压力等级，插入深度在管径的三分之一区域内，保护套管的形式应选用整体钻孔锥形保护套管。当温度计保护套管的自然频率和激励频率之比接近1时，会产生共振损坏套管，故需要在规格书中给出最大流速，要求温度计厂家根据流速进行振动强度的核算，以确保套管的安全性。通常情况下，循环水管道都是埋地敷设，所以温度元件大多安装在井内，仪表的防护等级必须为IP68，即便如此，很多国产仪表还是会因为浸泡导致测量不准确等问题，可适当延长管段接头长度，或将Pt100的延伸段延长，把温度元件的接线盒安装在仪表井外，用角钢保护。

循环水泵和冷却塔风机的电机及轴承测温一般都随设备成套提供，选用Pt100热电阻，泵上或风机旁安装接线盒，输出信号为RTD信号，采用多芯电缆将信号引至控制室。大型的冷却塔风机减速机需要测量三维振动、油温4个参数，或者振动、油温、油位3个参数，多为成套设备配备的三参数组合探头或四参数组合探头，探头长度根据减速机内油位的高度确定。探头输出信号为3路或4路4-20mA信号，需控制系统单独提供电源。

2 压力检测

远传压力检测有智能压力变送器和隔膜压力变送器，对于埋地敷设的循环水管道，若采用一般的智能压力变送器，通过引压管的方式取压，变送器安装在仪表井外的方式，在冬季寒冷地区，必须对引压管进行保温伴热，而循环水装置的伴热蒸汽线通常很少甚至没有，电伴热带引至仪表井内维护不方便，造价也高。选用隔膜压力变送器，通过毛细管导压方式引至仪表井外，毛细管可用角钢保护或仪表井内预埋DN200镀锌钢管直通地面，将法兰一端穿进钢管至井内，变送器安装在地面上或保护箱内，可避免保温伴热带来的问题。因此，在井内安装的压力检测仪表采用隔膜压力变送器是比较合理的，法兰及膜片材质选用304SS或316SS，压力等级不低于管线压力等级。

在冬季寒冷地区，对于冷却塔上水管线上安装的现场压力表，在投资允许的情况下，可采用电伴热带对压力表进行伴热。若规模较小或为节省投资，可在压力表引压管处安装三通和排水阀，外部保温。冬季需要现场看就地压力时，打开根部阀，关闭排水阀，巡检完后，关闭根部阀，打开排水阀，使引压管内的水排出，防止结冻。

3 流量检测

根据流量计的测量原理，目前常用的测量水管线的流量计有电磁流量计、超声波流量计，考虑到投资和维护问题，大口径循环水管道一般采用超声波流量计，超声波流量计分为管道式、插入式和捆绑式，由于管道式体积较大，价格也较高，所以选用插入式和捆绑式，这两中流量计的造价基本上与管道口径大小无关。插入式超声波流量计的特点是，测量精度高，但是安装维修不便，需要现场在循环水管线上开孔，并且开孔位置一定要准确，以保证测量精度。现在有些厂家的插入式超声波流量计已经支持在线插拔，维修方便了许多。捆绑式超声波流量计的特点是无需与介质接触，安装维护方便，确定好测量位置后将探头贴在管道上固定即可，但是测量精度相对低。选择超声波流量计的声道数时，选择双声道，两个不同声道的测量值取平均值，测量误差相对较小。若其中一个声道出现故障，可暂时使用另外一组声道测量，维修时不影响流量计的工作。

对于口径小于DN300或DN400的水管线（脱盐水除外），流速在0.3m/s～10m/s，电磁流量计精度相对高些，其应用也更普遍些。而对于脱盐水管线，介质导电性能差，电磁流量计无法测量，可选用管道式或捆绑式超声波流量计。

循环水装置的流量计多安装在仪表井内，法兰连接，压力等级不低于管道压力等级，材质为304SS或316SS，根据统一规定要求即可。流量计的形式选择分体式，测量部分在井内，防护等级为IP68，变送部分安装在地面上或保护箱内，流量计电源可选择24VDC，若流量计位置距离控制室较远，电源选择220VAC为宜。

对于需要外界提供工厂空气和蒸汽的监测换热系统和自动加药系统，一般都需要计量工厂空气和蒸汽流量，可选用涡街流量计，安装维护方便。由于涡街流量计测量受密度影响，对于温度压力变化明显的蒸汽测量，需要进行温压补偿，部分国产涡街流量计可自带温压补偿，输出至控制系统的流量值即为补偿后的流量。而进口涡街流量计很少有自带温压补偿，需要另外安装温度元件和压力变送器，同时将信号传输至控制系统，在DCS或PLC进行组态，修正流量，或者有些流量计自带温度补偿，同时变送器带有4～20mA输入接口，可将压力变送器信号引入涡街流量计，在流量计内部进行温压补偿，此时，就需要从控制系统引出一路24VDC电源，将压力变送器串到回路中。

上述流量计均应安装于被测介质完全充满的管道上。安装时均需要直管段要求，以保证测量精度。根据不同厂家各流量计不同的安装要求，直管段长度也不同。在循环水装置，一般管道材质为碳钢，被测流体接地时，电磁流量计表体与工艺管道应良好地连接并接地。此时，电磁流量计可不带接地环。

4 液位检测

循环水场测量液位的设备大多是吸水池、污水池、废水池等地下水池，盖板材质多为水泥，只能用顶装式仪表。根据经验，一般选用雷达液位计或超声波液位计，不需要与介质接触，且无需保温伴热，安装维护方便。液位计安装时，在盖板预埋无缝钢管，钢管间隔池壁一定距离，并远离泵、进水口等。根据水池深度选择合适的液位计口径，根据液位计的波束角确定液位计与池壁的距离，保证信号波束范围内无遮挡物体且避开液位剧烈波动的部位。对于超声波液位计，若被测液体温度、成份变化比较显著，应考虑对声波传播速度的变化进行补偿。而雷达液位计不会有此类问题。现在超声波液位计和雷达液位计的价格相差不大，所以对于测量地下水池液位，雷达液位计是个不错的选择。

5 控制阀

循环水装置用到的控制阀门为调节阀和开关阀，按照循环水系统的工艺流程，循环水装置中的控制回路不多，其中自动加药系统需要根据电导率变化来调节循环水系统排污量，在排污管线设置调节阀，根据介质特点选用调节蝶阀即可，为使调节阀的调节性能最佳，计算阀门开度时，正常开度在40%～50%范围内，最大开度控制在70%以下。循环水装置内若有净化空气，可选用气动调节阀，若净化空气距离较远，可选电动调节阀。对于安装在井内的调节阀，防护等级要求IP68，即便如此，执行机构也不能长期泡在水下。为了延长执行机构的使用寿命，也为了操作维护方便，一般将执行机构的阀杆延长至地面上，将调节阀的膜头伸出地面，最大程度减小被水泡的时间。

循环水管线的口径较大，开关阀一般为电动蝶阀，由给排水专业负责。但是开关阀的信号还需要引入控制室。由于循环水场的规模和自动化水平的不同，开关阀信号引至控制室的要求也不同。对大型循环水装置，根据给排水专业的操作要求，循环水泵出水管线开关阀有时不需要全部开启，这种情况下，可令开关阀带开度显示并将信号引至控制室，在操作界面上便于观察操作。

6 结语

本文是根据多次循环水场工程设计经验及现场施工安装遇到的问题总结归纳的，虽然各循环水场流程规模各不相同，但介质特性相近，可供参考。

[1]张羽.浅谈流量计的选型及其应用.自动化与仪表，2007（增刊1）：24～27

[2]原芝泉.自控技术应用.2010年第31卷第5期：55～59

苏东卫，女，工程师，2009年毕业于中国石油大学（华东），控制理论与控制工程专业，现主要从事石油石化行业自控设计工作。