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新聞詳情
對渦街流量計(jì)氣體測量的影響因素分析與改進(jìn)上海自動化儀表有限公司計(jì)量作為源頭節(jié)能的重要一環(huán),其測量準(zhǔn)確性、科學(xué)性及其關(guān)鍵。本文通過分析影響渦街流量計(jì)在氣體測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的幾個因素與控制措施應(yīng)用,對有效提高渦街流量計(jì)在氣體測量中的準(zhǔn)確性進(jìn)行研究,進(jìn)而達(dá)到控制、降本減費(fèi)的目的。 煉化企業(yè)生產(chǎn)過程中,蒸汽、氮?dú)?、氧氣、壓縮空氣各類公用工程氣體用量大、能耗高,如何有效控制其用量,是企業(yè)降低生產(chǎn)成本、推進(jìn)源頭減排、推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展不容忽視的重要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代工業(yè)計(jì)量中,超聲流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)等是氣體計(jì)量的主流儀器。其中,渦街流量計(jì)因具備無轉(zhuǎn)動部件、安裝簡便、運(yùn)行穩(wěn)定、適用性強(qiáng)、維護(hù)成本低、準(zhǔn)確、測量范圍大等優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用。 1 工作原理與結(jié)構(gòu) 渦街流量計(jì)是速度式流量計(jì)的一種,一般按測量流量頻率輸出方式劃分為 :應(yīng)變式、電容式、超聲式、應(yīng)力式、光電式及熱敏式、振動式等[3] ,由傳感器和變送器兩部分組成,是利用旋渦發(fā)生體在流體中產(chǎn)生滿足雷諾數(shù)為2*104~7*104范圍的交錯旋渦,通過對一定條件下旋渦分離的頻率f與發(fā)生體側(cè)平均流速及旋渦發(fā)生體寬度d的固定關(guān)系,通過qf公式測量出體積流量。 溫壓補(bǔ)償渦街流量計(jì) 2 影響分析與改進(jìn) 渦街流量計(jì)決定了其測量準(zhǔn)確性易受到機(jī)械振動、信號傳輸、被測介質(zhì)、安裝位置方式以及流體流動狀況等多種因素影響。 2.1 管道振動 某烯烴生產(chǎn)企業(yè)在儲罐內(nèi)儲存輕質(zhì)石腦油作為生產(chǎn)原料。為避免罐存石腦油揮發(fā)排放,減少大氣污染,降低儲存損失,故使用低壓氮?dú)膺M(jìn)行氣封,企業(yè)采用渦街流量計(jì)測量用氣量。由于工藝原因,造成石腦油儲罐罐位頻繁變化,低壓氮?dú)獠欢ㄆ谶M(jìn)行補(bǔ)充,且用量不穩(wěn)定。使用過程中發(fā)現(xiàn)儀表測量量與理論用量有較大差異。經(jīng)觀察,當(dāng)停止補(bǔ)氣時,流量計(jì)仍存在計(jì)數(shù)現(xiàn)象,但儀表經(jīng)檢定結(jié)果合格,且安裝符合技術(shù)要求。實(shí)地排查發(fā)現(xiàn),距氮?dú)夤芫€50米處有4臺原料輸送泵,當(dāng)啟泵輸送原料時,產(chǎn)生較大振動。測量工作原理決定渦街流量計(jì)是一種振動型流體測量儀表,除測量信號為壓電晶體形式測量的渦街流量計(jì),其它種類渦街流量計(jì)對振動較為敏感。由于渦街流計(jì)傳感器輸出的脈沖頻率與流速呈正比例,同時測量旋渦與被測流體的密度和流速的平方呈正比例,所以當(dāng)測量低于臨界流量時,由于渦街流量傳輸信號的脈沖頻率較低且頻率振幅較小,易被低頻的機(jī)械振動所干擾而影響比較嚴(yán)重,其疊加輸出信號與真實(shí)信號相對誤差較大;隨著流量的不斷加大,其測量傳感器信號脈沖頻率也相應(yīng)變大,且信號頻率幅值也相應(yīng)加大,受到低頻的機(jī)械振動干擾影響量相對比逐步減小,輸出信號相對誤差也隨之變小[2]。當(dāng)渦街流量計(jì)在所安裝的位置附近出現(xiàn)了管道上的振動時,它可以分別采取以下三種方法予以減小或消除: (1)增設(shè)管道固定支架,限制管道振幅; (2)調(diào)整儀表電路的設(shè)定狀態(tài),力求排除振動影響; (3)如以上兩種方法無法消除時,可根據(jù)其抗振動能力的不同,在安裝管線上的流量計(jì)方向加以調(diào)整,渦街流量計(jì)發(fā)生體方向的抗振能力強(qiáng),而發(fā)生體垂直左右方向及橫向力作用的方向差。觀察或測量管道的主要振動方向,旋轉(zhuǎn)流量計(jì),直到發(fā)生體與此主振方向重合,把儀表固定在該方向上,盡可能減小管道振動對流量計(jì)測量的影響。 法蘭連接溫壓補(bǔ)償渦街流量計(jì) 2.2 信號傳輸 某化工廠使用一臺渦街流量計(jì)對氧氣進(jìn)行測量,使用過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場讀數(shù)與DCS顯示流量存在差異,對現(xiàn)場工藝調(diào)整造成困惑。經(jīng)檢查流量計(jì)與DCS參數(shù)設(shè)置一致,流量量程均為(0~60)m3/h。測量現(xiàn)場儀表信號輸出為12.48mA,核算理論流量為31.80 m3/h,現(xiàn)場儀表顯示正常。測量DCS信號接收為12.35mA,核算理論流量為31.32 m3 /h,DCS顯示正?!,F(xiàn)場觀察渦街流量計(jì)距DCS控制室直線距離不足700米,但信號線管廊距離為1200米左右,并采用一般兩芯電纜進(jìn)行信號傳輸。 2.3 測量介質(zhì)(蒸汽測量從壓力溫度查表確定是否過熱) 一用熱企業(yè)采用DN250口徑渦街流量計(jì)監(jiān)督1.0MPa蒸汽用量,計(jì)量過程發(fā)現(xiàn)監(jiān)督表量低于計(jì)量表量,差率2.5%左右。檢查監(jiān)督表無異常、供熱單位計(jì)量表性能符合計(jì)量技術(shù)要求。查工況運(yùn)行條件發(fā)現(xiàn),計(jì)量表運(yùn)行壓力為1.02MPa,溫度為213.05℃,監(jiān)督表運(yùn)行壓力為1.00MPa,溫度為178.13℃。經(jīng)查閱蒸汽特性發(fā)現(xiàn),壓力在1.0MPa的蒸汽飽和溫度為184℃以上。說明從計(jì)量表至監(jiān)督表輸送過程中,由于熱量散失與流動阻力,致使蒸汽溫度下降,形成不飽和蒸汽,造成監(jiān)督表測量為氣液兩相流。 目前流量測量儀表大多對單相流體進(jìn)行測量,而渦街流量計(jì)也不例外。當(dāng)發(fā)現(xiàn)被測介質(zhì)存在二相流動現(xiàn)象時,其測量誤差將出現(xiàn)明顯偏移。如測量遠(yuǎn)距離輸送的過熱蒸汽時,因?yàn)閭鬏斁嚯x遠(yuǎn),管道保溫不良或彎頭、閥門、分支多等原因,均可引起蒸汽流動阻力過大,從而導(dǎo)致過熱蒸汽在輸送過程中的工作溫度逐步下降。當(dāng)蒸汽從過熱狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)時,介質(zhì)中會出現(xiàn)冷凝的不均勻水滴。而冷凝水的標(biāo)準(zhǔn)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過熱蒸汽標(biāo)準(zhǔn)密度,從而直接導(dǎo)致渦街流量計(jì)測量過熱蒸汽流量明顯由大變小。應(yīng)對易于液化氣體介質(zhì)進(jìn)行增加背壓、改善保溫或同時加裝氣液分離設(shè)備等措施,并對被測介質(zhì)的工作溫度與工作壓力進(jìn)行監(jiān)督,防止二相流體出現(xiàn)。 2.4 流體狀況 流量計(jì)確保正常工作的流體要素:(1) 被測流體具備無旋渦、充分滿足湍流速度分布、流速軸均勻分布的特點(diǎn);(2)測量介質(zhì)為單項(xiàng)流,且應(yīng)充滿測量管道;(3) 流量基本穩(wěn)定,避免出現(xiàn)脈沖流。(4)符合牛頓流體[4]要求;流量計(jì)在測量過程中如無法完全滿足以上四種條件將會導(dǎo)致流量計(jì)測量附加誤差同時產(chǎn)生。在工藝現(xiàn)場流體流動特性常是難以滿足以上要求,將不可避免的會造成測量附加誤差的加大,且量值加大多少難以通過定量分析確定。因此在現(xiàn)場儀表安裝設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能加大測量儀表前后直管段或加裝整流設(shè)備,使流體趨于測量條件要求。 法蘭卡裝渦街流量計(jì) 2.5 氣體標(biāo)況測量附件 目前,煉化企業(yè)氣體計(jì)量交接多采用標(biāo)況體積量結(jié)算,需引入介質(zhì)溫度及壓力進(jìn)行換算。部分廠家產(chǎn)品能夠測量標(biāo)況量,但多采用溫壓定值計(jì)算,對于溫度、壓力穩(wěn)定流體,可以較為準(zhǔn)確進(jìn)行測量,但絕大部分流體會隨著氣候變化、工藝變動而產(chǎn)生較大差異。為了確保測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確,各企業(yè)多使用在線溫度、壓力信號引入二次儀表進(jìn)行實(shí)時補(bǔ)償計(jì)算。 某煉化企業(yè)采用口徑150mm渦街流量計(jì)測量低壓氮?dú)?,其介質(zhì)傳輸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為壓力0.70MPa、溫度25℃,待使用方安裝同一口徑、同一廠家渦街流量計(jì)進(jìn)行比對,發(fā)現(xiàn)其比對差率嚴(yán)重超差(表1)。 壓力整改前主輔比對差率 現(xiàn)場檢查主計(jì)量、溫度及壓力發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場壓力取壓點(diǎn)設(shè)置于表前,且位于DN300與DN150變徑大管徑處。根據(jù)廠家安裝說明,壓力取壓點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在表后4D處,根據(jù)JJG1029《渦街流量計(jì)檢定規(guī)程》,壓力的測量位置應(yīng)設(shè)置在流量計(jì)下游側(cè)(2~7)D處。 經(jīng)廠家計(jì)算,在此工況下,流量計(jì)壓損為15.07kPa。同時根據(jù)流體特性及流速計(jì)算,由于管道變徑同樣造成(2~3)kPa的壓力損失。由此引入測量誤差理論計(jì)算:15+2/80×100%=2.13%。(15kp為儀表壓損;2kp為變徑壓損;800kp為介質(zhì)壓力)。 3 結(jié)束語 上海自動化儀表有限公司石油石化行業(yè)是國家能源安全的命脈,直接關(guān)系著我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民美好生活的改善,石油石化計(jì)量作為石油石化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),與企業(yè)的運(yùn)行優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)效益、成本控制、綠色發(fā)展等密切相關(guān)。通過對影響渦街流量計(jì)氣體測量準(zhǔn)確性的多項(xiàng)因素進(jìn)行深入分析,提出有效的改進(jìn)對策來提升渦街流量計(jì)對氣體測量的準(zhǔn)確性,能夠?yàn)槠髽I(yè)生產(chǎn)控制、成本管理、優(yōu)化創(chuàng)效、節(jié)能減排提供可靠數(shù)據(jù)支撐,對企業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型、源頭減排降碳、高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。 |