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質量流量計在液化石油氣流量測量中的應用

更新時間:2012-08-10   點擊次數:5364次

化石油氣既是煉化企業的主要產品,也是重要原料之一。由于液化石油氣的物理性質較其他石油產品(如汽油、煤油、柴油等)有其特殊性,對流量計的穩定運行和測量準確度影響較大,因此成為煉化企業流量測量的一大難題。我們通過十幾年的不斷摸索,以及改進測量手段和測量方法,同時得益于近十年來流量計技術的日趨成熟,目前比較好地解決了這一問題。下面分兩個方面介紹一下我們的做法。
 

    一、影響液化石油氣流量測量穩定性和準確度的主要原因


 

    構成液化石油氣的主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、異丁烯。由于各煉化企業工藝流程不同,加工方式不同,所以,賣出或購進的液化石油氣品種也有所區別。為便于討論,筆者在表1中給出主要成分的幾個物理常數。


 

    1.飽和蒸汽壓對測量準確度的影響


 

    由表1可以看出,液化石油氣的飽和蒸汽壓較其他石油產品高得多。因此,在流量測量中,如果流量計的背壓不高于其蒸汽壓時,在流量計測量腔內就會產生氣、液兩相。無論對于體積測量儀表(如渦輪流量計或容積式流量計)還是質量流量計,流體中氣、液兩相的存在都會直接影響測量準確度,有時這種影響會很大。影響的大小與流量計的種類有關,與含氣量百分比的大小也有關。對渦輪流量計的影響要大于對容積式儀表和質量流量計的影響,含氣量比例越大,影響也越大。特別是對類似裝車輸出系統這種間接送量的工藝流程,停泵送量期間,管線內壓力降低,會有大量氣相產生。等到下一次開泵送量時,氣相高速流過儀表,會造成渦輪或容積式流量計轉子高速旋轉,對儀表的損傷極大,有時會直接造成儀表損壞。


 

表1液化石油氣主要成分的幾個物理常數


 


 


 

    2.液化石油氣自潤滑性差對流量計使用壽命的影響


 

    在采用渦輪或容積式流量計測量液化石油氣時,由于液化石油氣自潤滑性差,也就是人們常說的比較“澀”,造成轉子軸與定子軸承之間、轉子與計量腔內壁之間磨損嚴重,直接影響流量計的壽命。目前,用碳化鎢硬質合金鋼做軸和軸承的渦輪流量計使用起來 略好一些,一般連續運轉可達到1~2年。普通材質的軸或軸承一般只能用3~6個月。


 

    二、采取避免措施


 

    1.流量計的選型


 

    據我們多年的經驗,以及上述對液化石油氣物理性質的分析,我們認為為質量流量計,其次為硬質合金做軸和軸承的渦輪流量計。質量流量計的價位一般要高于渦輪流量計3~5倍。我公司目前的實際使用情況是:對外貿易交接用質量流量計,約占10%,廠內裝置之間物料交接計量用渦輪流量計,約占90%。從技術性能、使用壽命、測量準確度、運行穩定性以及維護工作量上比較,質量流量計要優于渦輪流量計。但從一次性投入資金上比較,渦輪流量計又比質量流量計經濟得多。


 

    通過上述比較,我們認為在對外貿易交接計量中,采用質量流量計是很有必要的。雖然一次性投資較大,但它的各項技術性能都遠優于渦輪流量計。首先,它的計量腔內無可動部件,克服了流體自潤滑不好所造成的影響。同時,它直接測得流體的交接質量,而渦輪流量計測得的是流體的體積,要想換算成交接質量,還要測量流體的溫度、壓力、密度等參數。其中液化石油氣在線密度測量儀表價位很高,遠高于質量流量計。如果采用離線分析,首先是采樣的代表性不好,采樣時輕組分偏多,易造成樣品密度小于實際流體密度。同時,由于液化石油氣飽和蒸汽壓高,在常壓下無法測其密度,所以只能用色譜分析法或稱重瓶法來測量其密度,不僅操作比較麻煩,而且測量準確度難以保證較高。


 

    2.實際采用的測量方案


 

    流量計選型確認之后,就要結合流體工況條件、管道的工藝情況,設計一套適合流量計技術要求的外部測量環境,這在流量測量中是至關重要的。


 

    首先我們在流量計下游側安裝自力式壓力調節閥,調節方式為控制閥前壓力為定值,使流體的壓力高于其飽和蒸汽壓的1.2~1.5倍,避免了流體輸送過程中在計量腔內產生氣、液兩相。儀表安裝如圖1所示。


 


 


 

 


 

    在質量流量計運行過程中,個別流量計在停泵不送量期間有零漂現象,在做小信號切除后仍不能解決該問題,這也是質量流量計的主要缺點。當流體靜止時,測量管周期振蕩并沒有停止,由于外界原因(如管線振動、安裝應力過大、流體在測量管兩側質量不對稱等),都會使該相位差不為零,造成質量流量計產生零漂現象;連續送量測量時,由于該零漂較小,對整個計量準確度影響不大。而對于間接送量的液化石油氣來講,在停泵不送量期間,管道內壓力下降,當低于飽和蒸汽壓時,會有大量氣相產生,造成測量管內存有氣液兩相,甚至全部為氣相。由此造成振動管失去對稱平衡,產生相位差,導致零漂嚴重。我們觀察到的zui大零漂有時竟達(7~8) t/h,此零漂累計1夜(12h)將近有100t的儀表累計值,因無法區別是個別人故意多給用戶送量還是儀表零漂問題,從而造成管理上的混亂。為解決該問題,我們在管理上采取每交接送量1次都對流量計下游手閥施加鉛封的方法,以區別是人為還是儀表零漂造成非送油期間二次儀表累計值增加。同時在技術上采取的措施是利用質量流量計變送器自身的軟件功能,通過組態來控制零漂的產生。在實際觀察零漂現象產生時的工況條件中,我們發現其是有規律的,每次發生零漂時,流體的密度測量值都遠小于流體的正常工況密度,這也就證明了是由于氣相產生,造成流體平均密度下降,導致零漂的產生。具體做法是:用密度值控制流量值的累加。當密度小于某一給定值時,流量測量停止工作,累加器不累加;當密度測量值大于該給定值時,恢復正常測量,累加器累加該給定值根據液化石油氣的實際工況密度而定,這樣就比較有效地從技術上控制了因氣、液兩相而導致的零漂現象。