節流裝置是流量測量最常用的測量元件。尤其在20世紀80年代之前,用節流裝置的流量測量儀表品種少;而其他成熟的新型流量測量儀表既少且價格也昂貴,故只要工藝條件允許,節流裝置理所當然地成為首選儀表,是流量測量的主力,在石油化工行業中,管徑大、流量大的工況下尤為適用,占流量儀表的70%左右。
學校專業課中老師講的節流裝置-銳孔板測量流量,主要有角接取壓和1吋法蘭取壓兩種方法。學校安排我們到吳涇化工廠實習和到蘭化合成氨廠畢業實習中,見到的都是角接取壓帶環室的節流裝置,這在化工行業應用中非常廣泛。
1964年,筆者大學畢業分配到石油部撫順設計院工作,后設計院遷至洛陽。1965年,筆者做第一個設計項目時,流量測量儀表選用的就是1吋法蘭取壓節流裝置,從此開始直到退休也就只用過這一種節流裝置。當時孔板計算采用燃化部第一石油化工建設公司設計研究所編制、化工部自控中心站(原名蘭化設計院石油化工自控設計建設組)出版的《法蘭取壓節流裝置計算手冊》,使用計算尺加上查圖表,計算出銳孔板的孔徑比,而后確定孔板孔徑,全是手工一步一步算出來的。
60年代初,石油部搞“五朵金花”,都是國內的第1套裝置,其中撫順設計院設計了其中的3套:消化吸收國外技術,自行設計的第1套流化催化裂化裝置;自行設計的第1套延遲焦化裝置;在引進裝置基礎上,自行設計的加氫裂化裝置。這些裝置先后于1965年-1966年投產。上述裝置的設計中全都采用1吋法蘭取壓節流裝置。
當時,撫順設計院編制有一套1吋法蘭取壓節流裝置的制造圖,隨施工圖紙一起發給業主,由業主發到制造廠;至于在哪個廠加工制造,設計院不知道也不干預。該圖紙參考了引進裝置的圖紙,在撫順設計院一直沿用了近20年。
1981年,在與國外合作設計中得到ISO5167-1980《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》標準的完整版,經過一段時間準備后,1983年開始著手編制符合ISO5167-1980標準的1吋法蘭取壓節流裝置制造圖冊,并列入設計院1983年-1984年設計二線計劃,由段澤灜主持,筆者和高云亮、謝英奮參加設計。經過對 ISO5167-1980 的消化、研討,發覺我們原有的節流裝置圖冊并不完全符合該標準規定,對銳孔板制造、節流裝置安裝的嚴格要求,在老的圖冊中沒有具體規定。當時我們常稱孔板的測量精度是0.5%,實際上計算孔板時流出系數的不確定度可以保證在0.5%以內,但沒有孔板制造和安裝的嚴格限制條件,就無法保證測量精度。
此前,1吋取壓法蘭多采用光滑面(RF)法蘭安裝,僅從使用壓力高的角度采用金屬環墊(RJ),孔板安裝的不同心度根本達不到ISO5167 規定的要求。經討論后,采用孔板和八角墊做成一體,并提高法蘭密封槽和環墊的加工精度,來保證孔板的不同心度和取壓孔與孔板面間距 25.4mm的要求,保證流出系數的不確定度小于0.5%,并且沒有附加誤差。后來,在進口節流裝置樣本中也看到了相同的結構設計。考慮到生產過程中流量控制并不需要精確計量的場合,又設計了一套光滑面法蘭連接的節流裝置,放寬了安裝要求,流出系數有附加誤差,適用于過程控制場合以降低成本。
1984年,1吋取壓法蘭節流裝置圖紙設計完成后,要找一家儀表制造廠試制。距離最近、技術力量強大的開封儀表廠本來就生產節流裝置,又有當時國內最大的流量儀表標定設備,但與該廠聯系后,他們對此沒有興趣。因為當時國內1吋取壓法蘭節流裝置市場不大,主要在煉油行業中使用,而化工行業都使用角接取壓節流裝置。正當試制無門時,浙江省蒼南縣農機廠廠長黃瑞祥來我們設計院,介紹儀表閥門和管件;當與他談及節流裝置試制時,黃提出帶圖紙回去研究,看看能否試制。當黃再次來到設計院表示能試制時,我們卻擔心農機廠的裝備能否做出孔徑加工精度為0.05%的銳孔板。雙方商定,先試制一套無流量系數附加誤差DN100的1吋取壓法蘭節流裝置,并要送到上海自動化儀表研究所(現上海工業自動化儀表研究院)標定,如能達到設計要求,就將全套圖紙轉讓給他們生產。
設計院提供了一套DN100的1吋取壓法蘭節流裝置的設計數據和圖紙,交浙江省蒼南縣農機廠試制。樣機制作完成后,院里安排筆者參與孔板標定工作。幾次往返于洛陽、上海之間,聯系上海自動化儀表研究所流量室,商討標定內容、日期,查看標定設備和準備標定用安裝管道。
標定工作開始,先按ISO5167-1980標準,測量銳孔板的孔徑誤差、橢圓度、銳口,以及節流裝置所帶直管段的管徑、橢圓度等,經檢測都合格后,再上標定裝置標定。用事先準備好的材料和管道安裝測試管路,很順利,只用一天時間連安裝加標定都完成了。
幾天后,標定報告送到洛陽,結果全部符合ISO5167的規定,流量系數不確定度小于0.5%,也就是說,設計、試制都成功了。洛陽石油化工工程公司與蒼南儀表廠(此時蒼南農機廠已更名為蒼南儀表廠)簽訂了技術轉讓協議,提供全套圖紙。1984年秋,1吋取壓法蘭節流裝置在杭州通過鑒定,先在石油化工行業中推廣使用,后又推向其他行業。
在圖紙設計的同時,設計院也開發了用于小型計算機的計算程序(當時設計院也只有這種小型計算機),以終結手工計算時代。計算程序也提供給制造廠,并幫助廠里培訓一名孔板計算人員。
后來有幾家儀表廠也要求得到該制造圖,但洛陽石化工程公司按照原先的承諾只轉讓給一家制造廠。
現在1吋法蘭取壓節流裝置已在石化行業中廣泛應用,同時ISO5167用差壓裝置測量流量標準、制造圖和計算軟件也更加完善。
作者簡介
虞兆麟:上海人,1964年畢業于華東化工學院化工自動控制專業,原石油部撫順設計院(現中國石化洛陽石油化工工程公司)從事石油化工自動化設計,歷任高級工程師、副主任工程師及電儀室主任,2000年退休。
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