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        質量流量計在燃料氣計量中的應用

        作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
        洛陽分公司加熱爐燃料氣計量絕大多數采用孔板差壓式流量計,即采用體積測量值法,根據化驗密度和體積流量值計算燃料氣耗量。燃料氣的密度波動大且不能實時在線采集,加上節流件磨損、腐蝕以及維修等因素,導致孔板測得的數據準確度不高,各裝置每月上報的燃料氣消耗數據與實際嚴重不符。
        本文總結質量流量計用于燃料氣計量中的一些經驗做法,供同行參考。
        1.質量流量計的使用特性
        1.1質量流量計由傳感器和信號處理器組成,流量傳感器是一種基于科里奧利力效應的諧振式傳感器,可直接測量出流體的質量。其硬件原理框圖如下:
        1.2科氏質量流量計,利用流體流過振動的振動管時產生的科氏力,使振動管發生扭轉,從而導致兩個傳感器的輸出信號之間存在相位差,通過測出相位差和信號頻率即可得到質量流量。
        1.3測量氣體的性能要求
        寬量程比,更高的測量準確度且長期穩定,更寬的測量范圍,溫漂時漂zui低,體積小、重量輕,硬件簡單可靠,高復現性,能耗低,環境溫度影響近似于零。變送器硬件簡單,體積更小,可靠性更高,通用性好,用戶可以在過程控制應用現場直接替換發生故障的變送器,而不用拆下傳感器一同標定,這樣會極大地提高維修效率,節約成本。
        2.用質量流量計實現燃料氣計量
        2011年檢修期間,我們在各加熱爐進燃料氣主管線上安裝了13臺質量流量計。由于長期不真實的“經驗”數據,加上計量認知上的偏差,車間和相關部門懷疑、不認可新上的質量流量計數據。根據2011年11月11日至30日加熱爐燃料氣焓值差、燃料氣熱值和加熱爐熱效率計算每臺爐子燃料氣消耗的理論測算值,采用新上質量流量計的測量值分別與理論測算值、孔板體積測量值進行對比。結果表明:三種測量方法在焦化、四聯合、蠟油加氫、航煤加氫和直柴加氫小用戶裝置上數值較接近,但在常壓、重整和芳烴大用戶裝置上偏差較大。為驗證質量流量計的準確性,我們開展了“燃料氣計量優化專題”活動。
        第一,比對。對于差量較大的質量流量計,計量管理中心牽頭,技術質量處、生產調度處、機械動力處、質檢中心和相關車間配合,經兩周時間,對一聯合FT161、三聯合FT4001A、芳烴16FI400三臺燃料氣質量流量計的各種參數采集、同時采樣化驗密度,并同步采集各個爐子孔板流量計的數據,進行對比分析。
        結果表明:質量流量計的顯示密度與化驗換算工況后的密度基本相符;而三臺質量流量計的體積值與孔板流量計的體積量不相符,無法比對。
        第二,調研。為進一步查找原因,計量管理中心請廠家技術人員又對質量流量計進行了詳細檢測,未發現異常:在先后調查了解石家莊、金陵、齊魯、濟南等煉廠燃料氣計量的基礎上,分析認為:質量流量計運行可靠、計量準確:孔板流量計因使用年限較長,磨損嚴重,體積數據不準:燃料氣密度的變化帶來體積推算質量時誤差大,最終導致孔板流量計測量誤差大。
        第三,外送檢定。為消除計量爭議,經請示分公司領導同意后,由計量管理中心、能源管理處和使用車間共同將質量流量計外送至國家石油天然氣大流量計量站成都分站進行第三方實流檢定。檢定結果表明:流量計誤差優于1%,符合計量要求。
        第四,職能部門相互協作。機械動力處做好加熱爐優化,提高加熱爐效率;技術質量處牽頭查找燃料氣中氮氣含量高原因,并通過與其它企業對比分析,如異常制定整改措施:開展裝置對標,燃料氣消耗納入計劃定額管理。
        第五,及時跟蹤和處理。計量管理中心指派專人定期現場檢查新上質量流量計,旬、月現場抄表跟蹤并會同工藝人員查找分析,發現問題及時聯系廠家處理。
        通過上述工作,質量流量計數據較真實地反映了各裝置燃料氣的使用情況,得到了裝置和相關部門的認可,為裝置節能降耗和優化操作提供了計量依據。
        3.使用中存在的問題
        3.1流量計人口被堵。有一臺質量流量計(管線管徑DN150、流量計通徑DN100)流量指示8.8t/h,流量計入口壓力0.45MPa,出口壓力0.1MPa,而改走旁路時出、入口壓力均為0.43 MPa。
        隔離拆下該流量計,檢查發現流量計人口處被雜物堵塞;處理后重新安裝進行零點標定,流量指示6.5t/h,且流量波動平穩。
        3.2燃料氣帶液。在冬季,質量流量計出現指示數值大,與生產工況不符,平時用量為1.1t/h,突然指示為1.8t/h:關閉上下游閥門,進行零點標定,流量計報警提示:零點過大,無法進行零點標定:同時質量流量計顯示的燃料氣密度也變大。分析判斷在冬季由于氣溫低、沒有伴熱,燃料氣發生液化。打開副線閥,關閉該流量計上下游閥,打開排污閥,排出大量液體后重新進行零點標定,未出現警報信息,恢復正常。因此,對于含有水汽或雜質的燃料氣,流量計應裝在上方的管線上,旁路走下方,這樣可避免水汽冷凝或雜質帶來的影響;同時加裝伴熱管線,定期排液。
        第三,零點不穩,標定零點困難。流量計指示波動大,關閉上、下游閥,對流量計進行零點標定,流量計顯示報警:零點不穩定,不能進行零點標定。
        出現零點不穩可能有兩方面的因素:一是介質形成氣液混合體,狀態不穩,波動大:二是存在現場電磁干擾或機械振動?,F場反復關閉上、下游閥門,檢查零點,判斷介質是否穩定;檢查地線連接可靠與否,降低電磁干擾影響;再進行零點標定,恢復正常。
        第四,流量在零和滿量程間跳動。運行中,有一臺質量流量計指示流量在零和滿量程間跳動,嚴重偏離生產實際。出現流量跳動可能有兩方面的因素:一是介質壓力、流量不穩,波動大;二是夾帶液體,形成氣液兩相。檢查該表安裝情況,發現流量計口徑小,懷疑流速偏高。打開副線降低流量,結果流量指示穩定:打開排污閥排放液體后,指示恢復正常。
        第五,傳感器的激勵線圈不啟動。有一臺質量流量計安裝,通電調試完成后,投入運行時流量計無指示。對流量計的安裝形式、傳感器和變送器之間的接線、變送器的參數設置、電源逐一進行檢查,均不存在問題。用手感覺傳感器有流量通過,但沒有啟動跡象。
        用萬用表測量電源,示值為23.5V。用干電池作為電源進行試驗,發現傳感器的激勵線圈需要近30V才能啟動,這樣找到了流量計不指示的原因。原來是給流量計供電的電源經過DCS后電壓變低,致使傳感器的激勵線圈不能啟動。解決方案是重新放專線給這臺質量流量計供電:實施后,流量計運行正常。
        4.做好質量流量計的正常維護
        4.1定期檢查流量計零點。確認流量計零點示值小于零點穩定度,記錄流量計零點、工作條件、環境條件參數,同歷史記錄數據比較,確定流量計的零點長期穩定性和潛在的影響因素;新投用的質量流量計,一至三周內每周檢查一次:以后每季度做一次。
        4.2檢查流量傳感器。流量計在現場使用,會受到腐蝕性氣體、潮濕或粉塵等腐蝕或損壞傳感器接線口處的密封、接線端子,造成流量計不能正常運行。
        4.3定期全面檢查。從傳感器的外觀、安裝牢固程度、工藝管線的振動、變速器和顯示儀的指示,發現問題及時處理,保證流量計的計量特性。
        4.4定期檢定、校準和比對,確認質量流量計的運行是否可靠。
        4.5質量流量計在使用中應進行小流量切除,要定期檢查所設置的參數,查看參數是否發生變化,以保證燃料氣計量準確。
        4.6控制流速,正常保持在<100m/s,zui好工作在50m/s;高流速產生的噪聲影響計量準確性和重復性,會嚴重磨損一次件測量管,從而降低流量計的使用壽命。
        4.7加熱爐燃料氣消耗大小與煉廠燃料氣組分變化十分密切,在質量流量計指示值偏高或異常時要及時考慮煉廠燃料氣組分變化帶來的影響:由于無法實現在線組分采集,必要的化驗采樣和分析頻次是必要的。
         
        5.綜上
        實踐表明:按規范要求設計、安裝,做好日常檢查、維護,及時處理異常情況,國產質量流量計用于燃料氣準確計量是可行的:相對進口超聲流量計,也是經濟的。
         
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