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安装条件对在线监测流量计测量性能的影响


文章日期:2017-06-17|阅读数:


针对加油站油气回收在线监测流量计易堵塞、准确度低等问题,设计模拟试验,对现场使用较为广泛的流量计进行测试,定量研究安装方式、安装位置和真空泵类型对仪表测量精度的影响。结果表明: 安装位置对流量计测量精度影响较大,泵前流量计测量值需进行压力和温度系数修正; 流量计水平或竖直安装时测量误差很小,小于 0. 1L; 真空泵产生的真空度越小,流量计的测量误差也越小。

随着社会、经济发展,石油和天然气零售业迅速发展,加油站数量越来越多,环保问题越来越受到政府和民众的关注。为有效监测和控制加油站在储运销过程中挥发的油气,我国GB 20952-2007《加油站大气污染物排放标准》中规定气液比(回气流量与加油流量的比值)范围为1.0~1.2。因此应在加油机回气管路上安装专用的气体流量计,对回气流量进行地计量,以作为计算油气回收效果的重要依据。

目前,加油站现场使用的气体流量计多为罗茨流量计,由于对仪表的生产、设计、选型和应用方面的经验不足,面对千差万别的现场工况和应用条件,有些问题逐步暴露出来,比如安装空间不足、易堵塞等。现国内学者对气体罗茨流量计的设计选型、仪表系数稳定性有一定研究,对气体涡轮流量计的现场安装使用有详细介绍,仅仪表厂家对气体罗茨流量计安装的直管段长度有合理值,对其现场使用安装条件尚无涉及。然而,流量测量仪表的安装方式、安装位置、真空泵选型对回气流量的计量有至关重要的作用,现场实际应用时由于安装、使用不合理都将对回气流量的计量造成很大的误差。为此,研发精度测试试验装置,选取两种市场上应用较为广泛的流量计,通过相同条件下的试验研究,定量讨论并比较不同流量计在不同安装方式、安装位置和真空泵类型下,对流量计测量性能的影响。

1.加油站油气回收在线监测流量计简介

流量计是油气回收在线监测系统的核心。国外成熟的油气回收在线监测系统主要采用容积式气体罗茨流量计,与其他流量计相比,它的工作原理简单、精度高、成本低、性能稳定、能耗低、寿命长,而且输出为脉冲信号,易于检测,很好地满足了油气回收在线监测的各项需求。因此,国内已安装在线监测系统的加油站也大多选用气体罗茨流量计,主要有 LLQ( Z) -20、LLQ( Z) -25及 Dresser8C175 等。

笔者也采用各地环保部门进行油气回收系统现场巡检和验收时使用的气液比测试仪———气体罗茨流量计作为试验用仪表,模拟现场操作工况,对比数据采用气液比测试仪测量值,以保证试验参考数据的准确可信。

2.油气回收在线监测流量计安装条件

在工程实际应用中,由于罗茨流量计体积较大、加油机安装空间限制及油气回收真空泵类型不同等使得流量计的安装使用条件有所不同。流量计通常有水平安装( 图 1) 和竖直安装( 图 2) 两种方式。

安装1.jpg安装2.jpg

在工程实际中,流量计的安装位置通常有真空泵前和真空泵后两种,两种安装方式的真空度相差较大,根据气体状态方程 PV = nRT,对气体体积流量会有较大影响,需要进行温度、压力补偿 。因此需要通过试验得出流量计在不同安装位置上测量值的修正系数( 修正系数为试验流量计测量值与参考值的线性拟合曲线的斜率,斜率越接近 1,说明数据越接近参考值,经修正后测量数据更能体现仪表的真实性能) ,来提高仪表的测量性能。

 

3.试验

 

3.1 试验流程

安装3.jpg

本试验设计的在线监测流量计安装试验流程如图 3 所示,模拟加油机内部的真空泵、在线监测装置及管道的安装位置等,以吸入空气模拟回收油气。箭头表示回气方向,按照气流方向,气液比测试仪的数字显示屏可直观地显示回气瞬时流量和平均流量,本试验中的读数作为回气流量参考值; 压力传感器监测泵前后的真空度; 温度传感器监测泵前后的温度; 球阀调节流量,模拟适应加油枪大小档加油流速的回气流量。试验中模拟管道为 12mm 的塑料管,模拟加油机内的铜管,其中 3. 5m 长的管模拟加油机立管,2m 长的管模拟加油机胶管,40cm 长的管模拟流量计安装在泵前后的大概位置。油气回收真空泵和试验流量计分别选用现场应用较为广泛的活塞泵、滑片泵和苍南 LLQ( Z) -20 型、Dresser8C175 型流量计。

苍南 LLQ( Z) -20 型流量计采用高对比度液晶显示屏,可就地显示流量值; 而 Dresser8C175 型流量计不具有数据显示功能。本试验用 NI 采集卡采集 Dresser8C175 型流量计输出的脉冲信号,经 LabVIEW 程序进行数据分析和显示,可直接转为瞬时流量和累积流量从计算机上读取。

3. 2 试验过程

 

本试验分别进行流量计安装方式、流量计安装位置、不同真空泵对流量计计量精度影响的试验。将苍南 LLQ( Z) -20 和 Dresser8C175 流量计、滑片式真空泵和活塞式真空泵分别进行以下试验:

 

a. 校准压力传感器和温度传感器,按照试验流程图装配试验装置,试验流量计置于真空泵前

 

40cm 处; b. 将流量计水平安装在管路中,打开手动球阀 1 和 2 并保持全开状态,检查配电线路后,给真空泵通电;

c.  打开气液比测试仪开关,调节手动球阀 1观察气液比测试仪平均流量读数稳定在 40L /min左右( 即加油枪大档加油时的流速) ,保持手动球阀 1 的开度;

d. 将气液比测试仪归零,重新开启真空泵,在测试仪累计流量为 15 ~ 25L 时关闭真空泵,读取并记录测试仪和试验流量计的读数,并重复测试 1 次;

 

e. 调节手动球阀 1 观察气液比测试仪平均流量读数稳定在 20L /min 左右( 即加油枪小档加油流速) ,保持手动球阀 1 的开度,重复步骤 d;

 

f. 将试验流量计竖直安装,重复步骤 c ~ e; g. 将试验流量计置于真空泵后 40cm 处,重复步骤 b ~ f;

 

h. 试验结束,关闭各装置开关并断电,同时将测试台用品复位。

 

4.试验结果

 

两种流量计分别记作 A、B,每个安装位置的每种安装方式分别做 4 次重复性试验,按照气液比测试仪的参考流量对二者的读数进行修正,并计算修正后的 4 次读数的总误差( 单位 L) 。A、B

 安装4.jpg

在不同安装位置下( 真空泵前后 40cm 处) 的修正系数和误差对比如图 4、5 所示。A、B 在不同安装方式下( 水平、竖直安装) 的误差对比如图 6 所示。两种流量计在不同真空泵下 ( 活塞式、滑片式) 的修正系数和误差对比如图 7、8 所示。

安装5.jpg

可以看出: 不同安装位置的流量计的修正系数相差较大,安装在泵后测得数据的修正系数更接近 1; 经修正,流量计在真空泵前后测得的误差均小于 0. 18L。流量计安装位置相同时,经修正,流量计水平安装比竖直安装测得的误差小,基本小于 0. 10L,可见安装方式对流量计的测量值误差影响较小。各流量计在滑片泵下比在活塞泵下的修正系数更接近 1,即滑片泵提供的真空度较小; 流量计在滑片泵下比活塞泵下测得的误差小。

 

针对加油站油气回收在线监测流量计的性能要求,通过试验定量研究流量计安装方式、安装位置和不同真空泵对仪表测量性能的影响。根据试验结果可以指导现场安装操作,具体建议如下:

 

a. 安装位置对流量计测量值影响较大,泵前真空度较大且数据非常不准,因此建议将流量计安装在泵后;

 

b. 若现场将流量计已安装于泵前,则测量值应进行压力系数修正,且压力、温度传感器应尽可能选用高精度产品;

 

c. 修正后水平和竖直两种安装方式测量值之间误差很小,基本可以忽略,而实际现场使用的罗茨流量计易堵塞,建议竖直安装,气体上进下出;

d.  建议在保证一定真空度的基础上,使用产生真空度较小且较稳定的滑片式真空泵;

 

 

e.  气体罗茨流量计计量腔内易发生堵塞,在加油机内安装空间足够的条件下,上游必须安装相应规格的过滤器并定期清洗。

5.结束语

笔者针对加油站现场应用较为广泛的两种流量计的 8 次试验数据,定量分析其测量性能,针对实际应用需求即可得到较为满意的结果。在时间和成本允许的条件下,应在后续工作中尽可能选择多种型号的流量计和真空泵进行试验,并增加试验次数,使数据量更大、更全面,得到的修正系数也更,以便更好地研究在线监测流量计的测量性能。试验结果对现场流量计的选型和安装使用具有重要的指导意义。

 



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