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碳化三段气孔板流量计改造为毕托巴节能型流量


文章日期:2018-09-06|阅读数:


摘要:针对公司早期运用的孔板流量计压损、计量偏差、运行费用等综合评价, 同新型节能型毕托巴流量计有效比对, 论证毕托巴节能型流量计使用效果及能耗效益, 为在行业内推广该节能型产品提供参考。

  在化工生产中, 准确计量是企业提高经济效益的重要手段, 同时又是产品质量的重要保障;加强计量管理工作, 实现消耗考核, 做到合理耗能、用料, 采用先进工艺技术及先进节能型产品均能有效减低企业运行成本。

  公司碳化工段三段气流量计量设施选用的孔板流量计, 数量54套;经运行10多年, 设备腐蚀、磨损严重, 导致计量偏差较大 (计量误差>10%) , 制约公司先进技术的改造运用 (碳化APC先进控制系统实施) ;同时因压力损失大 (4~10kPa) , 导致能源消耗高、浪费严重;亟需对三段气流量计进行更新, 以获取更准确、更稳定的计量测量数据, 为先进技术的运用夯实基础。新设备选型要点为压损小、防堵、节能型产品, 稳定准确, 在线检修维护便捷。

1、碳化三段气 (中段气、下段气、清洗气) 工艺参数:

  碳化三段气 (中段气、下段气、清洗气) 流量测量使用差压式流量计, 节流元件为标准环室孔板, 配EJA110型差压变送器。流量计仪表共计54套, 设备数据概况如表1。

表1 碳化三段气流量计设备概况

表1 碳化三段气流量计设备概况

2、现用孔板流量计运行分析:

  孔板为差压式流量计, 属于节流装置。测量原理:充满管道的流体流经管道内的节流装置, 在节流件附近造成局部收缩, 流速增加, 在其上、下游两侧产生静压力差。对于一定形状和尺寸的节流件、一定的测压位置和前后直管段、一定的流体参数情况下, 节流件前后的差压△P与流量Q之间关系符合伯努利方程。

表2 现用孔板流量计参数 

表2 现用孔板流量计参数

根据JJG640-2016, 差压式检定规程节流件的标准节流装置, 流出系数按式 (7) 计算, 流量系数按式 (8) 计算[1]:

计算公式 

 

式中:Cij———流量系数;

β———孔板直径比;

qs———工况体积流量, m3/s;

V———流体流速, m/s;

d———管道直径, mm;

ρ1———介质工况密度, kg/m3;

ΔPij———差压值, kPa。

及根据GB/T 2624.2-2006/ISO 5167-2:2003《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第2部分孔板》孔板的压力损失计算公式由公式 (6) 近似的表明与差压ΔPij的关系:

计算公式 

 

式中:β———直径比 (d/D) ;

C———流出系数;

ΔP———差压值, kPa。

计算得出孔板流量计压力损失PPL (kPa) :

中段气孔板

压损PPL=5 262Pa=5.262kPa

下段气孔板

压损PPL=3 895Pa=3.895kPa

清洗气孔板

压损PPL=10 421Pa=10.421kPa

节流件压损带来的功率损失计算公式为:

计算公式 

 

式中:Q———流体体积流量, m3/s;

PPL———节流件产生的压损, kPa。

根据上述公式可以估算三段气流量在正常运行中由于孔板的压力损失而折合成压缩机的功率损失如下:

根据监测, 日常生产中三段气的正常流量均值为:Q中段气=5 000m3/h、Q下段气=4 000m3/h、Q清洗气=11 000m3/h, 则节流件压损带来的功率损失分别为:Hp中段气= (5 000m3/h÷3 600s/h) ×5.262kPa≈7.31kW/h, Hp下段气= (4 000m3/h÷3 600s/h) ×3.895kPa≈4.33kW/h, Hp中段气= (11 000m3/h÷3 600s/h) ×10.421kPa≈31.84kW/h。

按一年连续运行300天计算, 每天运行24h, 每度电的电费为0.35元, 那么一年三段气流量仪表运行的能耗换算成电费分别为:中段气33.16万元, 下段气19.64万元, 清洗气144.43万元。则三段气流量仪表每年消耗的电费约为197.23万元。

3、毕托巴节能型流量计运行分析:

毕托巴流量计前身———智能探针式流量计, 是清华大学专利产品, 发改委的61号节能型产品。毕托巴流量计是国内目前公认的综合性能***佳的流量测量仪表。测量原理:毕托巴是采用皮托管原理提取流体流速 (全压-静压=动压) 再换算成流体体积流量与质量流量的差压式流量计;采用非收缩节流设计, 是一种高效、节能的中心速度流量探头。

其优越性能特点如下:

适用性强:传感器适用各种流体和多种管道形式, 是目前国内国际一种执行元件能做到测量各种流体的流量计;节约能源:毕托巴传感器截流面积很小, 几乎无压力损失, 运行成本大大降低;测量流量范围广:气体流速在1 m/s以上, 液体流速在0.1m/s以上的介质都可以测量。对低流速、小流量、大管径测量效果尤佳;维护方便:传感器本身无需维护, 不停产的情况下实现检修。

根据公司三段气流量计参数, 计算出采用毕托巴流量计压力损失:

表3 公司三段气运用毕托巴节能型流量计选型

表3 公司三段气运用毕托巴节能型流量计选型

毕托巴流量计K=0.03

压力损失计算公式为:PPL=KxΔP1

式中:ΔP———毕托巴产生的差压, kPa;

PPL———毕托巴产生的压损, kPa。

中段气PPL=0.03×0.8≈0.03kPa

下段气PPL=0.03×0.6≈0.02kPa

清洗气PPL=0.03×2.77≈0.08kPa

节流件压损带来的功率损失计算公式为:

计算公式 

 

式中:Q———流体体积流量, m3/s;

PPL———节流件产生的压损, kPa。

中段气功率损失:Hp≈0.04kW

下段气功率损失:Hp≈0.04kW

清洗气功率损失:Hp≈0.40kW

按一年连续运行290天计算, 每天运行24h, 每度电的电费为0.35元, 那么一年54套毕托巴运行的能耗换算成电费:中段气0.175万, 下段气0.175万元, 清洗气1.75万元, 总计:2.1万元。

4、安装维护分析:

图1 毕托巴流量计与孔板流量计

图1 毕托巴流量计与孔板流量计

 

  孔板:设备主体、导压管及管阀件使用较多, 且须停产焊接安装, 工程量大, 泄漏点多;定期清理难度大, 需停车解决;加之量程比较窄 (通常为4∶1) , 在工况发生较大变化时难以调整;气体带液时测量不准, 偏差较大, 影响工艺平稳操作;设备维护难度较高。

  毕托巴:采用单一的一体化结构, 安装简便:只需在管道合适的位置上打一个相当的孔 (φ20~φ30) , 把一次元件探针插入管道中心, 即可方便地进行安装;泄漏点少;节省了大量安装工作量及费用;可灵活进行拔出清理维护;量程比宽 (可达30∶1) , 气体测量精度≤1%;在气体测量具有较高的性价比;设备维护难度较低。

5、结论:

  毕托巴采用非收缩节流设计, 和孔板流量计比较, 压损降低了99.5%, 运行费用降低99%, 证明毕托巴流量计在运行使用中的节能降耗上有较大优势。



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