探討差壓孔板和渦街流量計在燃料氣系統計量補償方法

         煉油裝置生產和消耗的燃料氣是一種混合氣體?；旌蠚怏w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 、空氣等氣體，比起單一氣體的流量計量較為復雜。 在石化企業中，日常的燃料氣平衡采用的是質量平衡體系，所以不僅要求體積流量準確，而且要求混合密度計算準確。 因此，在氣體測量過程中存在以下難點：

 

1. 目前用于燃料氣體積計量的流量計種類較多。

         由于煉油工藝與煉制油種與設計時發生了很大的變化，造成部分流量計設計要求和實際的操作條件發生了較大差異。 工況條件的偏離需要對測量值進行修正，但個別儀表在安裝時由于找不到合適的溫度和壓力采集點，往往采用固定溫壓補償的變通做法，有的甚至沒有補償。 固定的溫壓補償法在工況條件變化較小時，能保持測量的相對準確，但當工況條件變化較大時，采用固定溫壓補償法就會給計量帶來較大的誤差，有時誤差可達百分之幾十。

 

2. 燃料氣作為混合氣，密度的準確計量難度較大。

         目前燃料氣的密度計算采用先求混合氣體平均分子量，然后運用理想氣體方程計算出混合氣體在實際狀況下的比重。 主要問題有 3 個：（ 1 ）燃料氣組分變化很快，但燃料氣采樣分析的頻率間隔較長，有的甚至一周一次，采樣的代表性很難保證；（ 2 ）采樣和分析時要使用潔凈的采樣袋并很難避免空氣的進入；（ 3 ） 整個密度的計算方式是建立在理想氣體的假設之上的，實際上作為混合氣體的燃料氣和理想氣體之間還存在一定差距。

 

二、問題解決途徑探討

         對存在的問題，可以從兩個方面進行解決：首先從測量燃料氣的各種流量計的特性著手，了解工況條件的變化對流量計準確計量的影響，這是解決問題的

重點；另外，統一密度換算公式，建立統一計算平臺。

 

（一）目前常用燃料氣計量的流量計種類及特性

1. 差壓式孔板流量計

         使用標準節流裝置，差壓式流量計約占 70% 。 標準節流裝置包括孔板、噴嘴和文丘里管，其中較為常見的是孔板。 其測量原理是通過測量流體流過孔板時產生的壓差來測量流體的流量。 體積流量 q v 與壓差Δp=p 1 -p 2 有如下關系：

         

         上式中的密度 ρ 的變化由以下兩種情況引起：地衣是介質組分的變化引起的密度變化；第二是介質的溫度、壓力偏離設計值時密度產生的變化。

         （ 1 ）當介質組分發生變化時的修正公式

         

         （ 2 ）當工況條件偏離設計值時的修正公式

         

2. 渦街流量計

         渦街流量計因為性價比高、測量準確、量程比寬及維護簡單等特點，近年來倍受青睞。

         

         由上式可知，渦街流量計輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響， 只與漩渦發生體、管道的幾何尺寸、 斯特勞哈爾數 Sr 有關。 Sr 為無量綱參數，它與漩渦發生體形狀及雷諾數有關，在一定雷諾數范圍內僅與漩渦發生體及管道的形狀尺寸有關。因此，當測量氣體流量時，渦街流量計的溫壓補償公式為

         

 

（二）結合密度換算探索各種流量計的補償公式

         從以上各種流量計的特性分析， 實際工況對不同流量計的影響是不同的，如果不分工況、流量計類型均采用統一的補償方式，就會造成燃料氣計量不準確。目前，石化企業對燃料氣的平衡仍建立在質量平衡基礎之上，所以除了研究各種流量計體積流量的補償因素外，還要考慮密度的影響因素。 通過對公司燃料氣平衡系統內各種流量計的歷史資料的核對和實際應用、平衡情況的調研，提出了補償的基本思路：

1. 混合氣體密度的計算

         （ 1 ）計算混合氣體的平均分子量 ∑S

         

         （ 2 ）計算在標準狀況（壓力： 0.1MPa ，溫度： 273K ）下的密度

                       

2. 不同表型、不同工況計算公式

         （ 1 ）孔板式差壓流量計，儀表指示單位為m3 ，沒有溫壓補償

                      

                            

         舉例如下： Ⅲ 套重整裝置在燃料氣入口安裝了一塊孔板式差壓流量計，該流量計沒有溫壓補償，設計壓力 0.45MPa ， 40℃ ；該流量計附近點的固定壓力和溫度分別為 0.3MPa 和 60℃ 。 某周定期采集的燃料氣經分析后如表 1 所示。

 

         計算如下：