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探讨差压孔板和涡街流量计在燃料气系统计量补偿方法

来源:编辑:发表时间:2017-07-28 13:33:29

 一、目前燃料气计量中存在的难题

         炼油装置生产和消耗的燃料气是一种混合气体。混合气体中主要含有 H 2 、 CH 4 、 C 2 H 6 、 C 2 H 4 、 C 3 H 8 、 C 3 H 6 、C 4 H 10 、 C 4 H 8 、 C 5 H 12 、 CO 、 CO 2 、 H 2 S 、空气等气体,比起单一气体的流量计量较为复杂。 在石化企业中,日常的燃料气平衡采用的是质量平衡体系,所以不仅要求体积流量准确,而且要求混合密度计算准确。 因此,在气体测量过程中存在以下难点:
 
1. 目前用于燃料气体积计量的流量计种类较多。
         由于炼油工艺与炼制油种与设计时发生了很大的变化,造成部分流量计设计要求和实际的操作条件发生了较大差异。 工况条件的偏离需要对测量值进行修正,但个别仪表在安装时由于找不到合适的温度和压力采集点,往往采用固定温压补偿的变通做法,有的甚至没有补偿。 固定的温压补偿法在工况条件变化较小时,能保持测量的相对准确,但当工况条件变化较大时,采用固定温压补偿法就会给计量带来较大的误差,有时误差可达百分之几十。
 
2. 燃料气作为混合气,密度的准确计量难度较大。
         目前燃料气的密度计算采用先求混合气体平均分子量,然后运用理想气体方程计算出混合气体在实际状况下的比重。 主要问题有 3 个:( 1 )燃料气组分变化很快,但燃料气采样分析的频率间隔较长,有的甚至一周一次,采样的代表性很难保证;( 2 )采样和分析时要使用洁净的采样袋并很难避免空气的进入;( 3 ) 整个密度的计算方式是建立在理想气体的假设之上的,实际上作为混合气体的燃料气和理想气体之间还存在一定差距。
 
二、问题解决途径探讨
         对存在的问题,可以从两个方面进行解决:首先从测量燃料气的各种流量计的特性着手,了解工况条件的变化对流量计准确计量的影响,这是解决问题的
重点;另外,统一密度换算公式,建立统一计算平台。
 
(一)目前常用燃料气计量的流量计种类及特性
1. 差压式孔板流量计
         使用标准节流装置,差压式流量计约占 70% 。 标准节流装置包括孔板、喷嘴和文丘里管,其中最为常见的是孔板。 其测量原理是通过测量流体流过孔板时产生的压差来测量流体的流量。 体积流量 q v 与压差Δp=p 1 -p 2 有如下关系:
         QQ截图20170728134840.jpg
         上式中的密度 ρ 的变化由以下两种情况引起:第一是介质组分的变化引起的密度变化;第二是介质的温度、压力偏离设计值时密度产生的变化。
         ( 1 )当介质组分发生变化时的修正公式
         未sdf456456题-1.gif
         ( 2 )当工况条件偏离设计值时的修正公式
         修正公式
2. 涡街流量计
         涡街流量计因为性价比高、测量准确、量程比宽及维护简单等特点,近年来倍受青睐。
         QQ截图20170728135325.jpg
         由上式可知,涡街流量计输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响, 只与漩涡发生体、管道的几何尺寸、 斯特劳哈尔数 Sr 有关。 Sr 为无量纲参数,它与漩涡发生体形状及雷诺数有关,在一定雷诺数范围内仅与漩涡发生体及管道的形状尺寸有关。因此,当测量气体流量时,涡街流量计的温压补偿公式为
         温压补偿公式
 
(二)结合密度换算探索各种流量计的补偿公式
         从以上各种流量计的特性分析, 实际工况对不同流量计的影响是不同的,如果不分工况、流量计类型均采用统一的补偿方式,就会造成燃料气计量不准确。目前,石化企业对燃料气的平衡仍建立在质量平衡基础之上,所以除了研究各种流量计体积流量的补偿因素外,还要考虑密度的影响因素。 通过对企业燃料气平衡系统内各种流量计的历史资料的核对和实际应用、平衡情况的调研,提出了补偿的基本思路:
1. 混合气体密度的计算
         ( 1 )计算混合气体的平均分子量 ∑S
         平均分子量 ∑S
         ( 2 )计算在标准状况(压力: 0.1MPa ,温度: 273K )下的密度QQ截图20170728135513.jpg
                       未标题dsfa23saf-4.gif
2. 不同表型、不同工况计算公式
         ( 1 )孔板式差压流量计,仪表指示单位为m3 ,没有温压补偿
                      温压补偿计算公式QQ截图20170728140003.jpg
                            
         举例如下: Ⅲ 套重整装置在燃料气入口安装了一块孔板式差压流量计,该流量计没有温压补偿,设计压力 0.45MPa , 40℃ ;该流量计附近点的固定压力和温度分别为 0.3MPa 和 60℃ 。 某周定期采集的燃料气经分析后如表 1 所示。
 某周定期采集的燃料气数据分析
         计算如下:
详细计算公式和计算步骤

 

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