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旋进双参量质量流量计在变组分气体计量中应用



摘要:文章通过分析旋进双参量气体质量流量计的工作原理及特点,总结该流量计变组分气体计量应用情况,通过此文的探索拟给炼化企业同行提供一个安装成本低、数据可靠准确的变组分气体测量的理想解决方案。
    各炼化企业中装置燃料气、干气等变组分气体计量大多采用标准节流装置流量计、涡街流量计,通过采用固定密度值间接得到质量流量。但炼化企业受原油品种、生产工艺影响,炼厂干气、燃料气组分及密度变化大。由于现场无法实时测量组分密度,用固定的组分密度值进行流量计算必然造成燃料气、干气等变组分气体计量误差大,装置物料难以平衡。如给每台流量计配装在线色谱仪,由于成本原因不易推广。    为解决此问题,各炼化企业也陆续使用科氏力质量流量计用于变组分气体计量。虽然科氏质量流量计性能稳定、准确度高,但目前国内一般只有口径拟00及以下科氏力质量流量计用于气体计量,大口径气体计量大多采用标准节流装置流量计、均速管流量计。同时科氏力质量流量计价格昂贵,并对使用环境要求高,要求周边无大的振动源、流量计不能安装在低点易积液处等要求。
    应用研究新型计量原理的旋进双参量气体质量流量计,可以在未知组份情况下测量出介质的密度和质量流量,同时性价比高、故障率低、准确度高,适用于测量变组份气体,可解决各炼化企业装置燃料气、干气等变组分气体计量误差大问题。
1、旋进双参里质量流量计工作原理及特点:
1.1、工作原理:

    旋进双参量质量流量计分二部分:旋进体积流量计和差压变送器组件,其中差压变送器的两根取压管分别安装在旋进流量计起旋器前后位置的管壁上,跟管道内连通。旋进体积流量计输出的脉冲信号、差压变送器输出的4一20 mA信号进流量积算仪,在流量积算仪中输人流量计检定系数,流量积算仪显示质量流量、工况体积、工况密度等参数,其结构示意图如图1所示。
图1旋进双参f质f流f计结构示意图
图1旋进双参f质f流f计结构示意图
    其工作原理如下所述。    (1)旋进体积流量计能可靠地测量工况条件下的体积流量。即
计算公式
    式中:qv.为工况条件下体积流量,m3/h; f为旋进体积流量计传感器输出频率,1/s;  K,为工况条件下流量系数(起旋器后取压),1/L; e为气体可膨胀系数。    如果气体组分稳定,也就是密度固定,则采用温度压力补偿的方法就可测量质量流量qm,但对变组分气体,即使温度压力稳定不变,流量密度也会在大范围内变化。
    (2)差压变送器体积流量
计算公式
计算公式

    由式(6)分析,质量流量只与差压值一个变量有关,其他参数在实验室通过标定得出。因此,利用旋进体积流量计与差压变送器测量组合,可以在未知组份情况下测量出介质的密度和质量流量,适用于变组份气体的流量计量。
1. 2、特点:
    根据旋进双参量质量流量计结构及工作原理,可分析该流量计具有如下特点。
    (1)利用旋进体积流量计的起旋器作为差压产生部件,可以获得差压值为标准孔板开孔面积比大概在0. 52时的差压,因此获得比较高的差压值,本身旋进体积流量计测量体积可以获得很宽的量程,使得测量量程总体比较宽,尤其适用于低密度、低流速气体测量。
    (2)被测气体流过起旋器后,静压总有一定的降低,从而使气体的体积相应膨胀。旋进双参量质量流量计特殊的结构,通过特殊的标定方法,从式(4)得知,旋进双参量质量流量计测量得到的密度自动消除了这个不可知的膨胀带来的体积(密度)误差,经误差合成计算,系统准确度等级可达1. 0级。
    (3)因差压部件的流量系数通过标定得出,旋进双参量质量流量计的质量流量通过动态得到的密度和差压计算得出,是实时的动态质量流量和密度。
    (4)旋进双参量质量流量计本身具有自己整流的能力,安装一般无需直管段,特别适合流量仪表安装位置直管段不足的场合。    (5)可以测量最高到300℃气体介质。

2、旋进双参量质量流量计变组分计量应用分析:
2.1、校验:

  旋进双参量质量流量计在音速喷嘴标准装置标定得出Ke,凡,并在(正压法)空气流量标准装置上进行校验,以验证其1. 0级准确度。    某炼化企业某装置低分气A旋进双参量质量流量计检定数据,如表1所示。
表1
续表
2.2、现场应用分析:
2. 2. 1、低分气A理论分析密度计算:

    仪表显示的流体密度值,可用气体组分分析仪器测得的混合气体组分值,经式(7)计算得到理论密度,然后进行比较,求得示值误差。
计算公式


    某装置低分气A分析数据及密度计算,如表2所示。
表2低分气A分析数据及密度计算
表2低分气A分析数据及密度计算

2. 2. 2、低分气A旋进双参量质量流量计标准密度:
      计算    低分气A旋进双参量质量流量计测量的工况状态混合气体密度为4. 222呵耐,该低分气管线温度、压力测量值:压力1. 492 MPa( G),温度43. 9℃。
计算公式


2. 2. 3、相对误差计算 :
   相对误差计算公式: (Pm一POn)/pm则相对误差=( 0. 311一0. 309)/0. 311 x 100%二0. 6%。

2. 2. 4、结果验证:
    因为旋进双参量质量流量计测量的质量流量直接与P、旋进流量计qv。有关,因为流量计测量密度与分析密度间的相对误差小于1. 0%,流量计Ke,凡准确,因此该流量计质量流量9。数据准确。

3、结论:
  (1)旋进双参量质量流量计利用差压与起旋器测量原理,较好的解决了变组分气体的测量难点,其价格仅为科氏力质量流量计1/2一1/3。同时,利用旋涡发生体作为差压测量部件,获得比较高的差压值,测量量程宽,适用于低流速变组分气体测量。经(正压法)空气流量标准装置上校验,其准确度可达1. 0级。
    (2)由于旋进双参量质量流量计的起旋器是非标准节流件,差压变送器的流量系数、旋进体积流量计的传感器输出频率必须通过标定装置获得,同时对于不同流速气体的流量系数非线性,因此在大口径、大流量气体测量仍需要实验。