摘要:文章通過對比主流氫氣流量計(jì)的測量原理,分析流量計(jì)在測量介質(zhì)為氫氣時(shí)產(chǎn)生的誤差原因,有針對性的提出合理的解決方案,提高氫氣計(jì)量精度。
0引言
氫氣具有能量密度高.熱轉(zhuǎn)化效率高、無污染,故氫能的發(fā)展前景十分光明,受到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注和應(yīng)用,例如用于高能燃料、石化工業(yè)原料、冶金工業(yè)還原劑及金屬高溫加工中的保護(hù)氣等。氫氣既是石油煉制和石油化工的副產(chǎn)品,又是石油煉制和石油化工加氫工藝過程的重要原料資源。當(dāng)前重質(zhì)原油、高含硫原油對石油煉化公司的渣油加氫及加氫裂化的裝置處理能力不斷提高,在油品市場對質(zhì)量的不斷升級要求下，進(jìn)一步推動(dòng)高耗氫的加氫裝置全面發(fā)展,使得煉化公司對氫氣的需求量和品質(zhì)逐年提升,氫氣的生產(chǎn)管理逐漸成為影響煉油廠效益的主要因素之-凹。
1流量計(jì)的選擇及計(jì)量誤差分析
由于氫氣在元素周期表中分子量最小，密度低,要準(zhǔn)確計(jì)量就非常不容易。要正確的選擇達(dá)到計(jì)量要求的流量計(jì),不僅要熟悉各種流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況考慮以下幾個(gè)方面:流量計(jì)的性能、測量介質(zhì)的特性、現(xiàn)場安裝要求環(huán)境因素、流量計(jì)的價(jià)格。才能選取合適的流量計(jì)進(jìn)行氫氣計(jì)量。
1.1節(jié)流式流量計(jì)
節(jié)流式流量計(jì)是一種典型的差壓式流量計(jì),是目前工業(yè)生產(chǎn)中用來測量氣體、液體和蒸氣流量的最常用的一種流量儀表D。由安裝在管道中的節(jié)流件和測量差壓并顯示流量的差壓變送器組成。優(yōu)點(diǎn)在于:(1)結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,工作可靠,成本低,能滿足工程測量的需要。(2)使用歷史長,有豐富的、可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)加工標(biāo)準(zhǔn)化,不需要進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定,也能在已知的不確定的范圍內(nèi)進(jìn)行流量測量凹。
以節(jié)流式流量計(jì)應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)件一標(biāo)準(zhǔn)孔板為例,在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),需要提供測量介質(zhì)氫氣的工況壓力.工況溫度、最大流量、最小流量、常用流量、介質(zhì)粘度值、密度值等參數(shù),而實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況發(fā)生變化,一-般做法是進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償進(jìn)行校正。氣體節(jié)流式流量計(jì)補(bǔ)償公式:
式中:V實(shí)為實(shí)際工況的介質(zhì)標(biāo)況體積流量(Nm3/h);V設(shè)為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)標(biāo)況體積流量Nm/h);P矢為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)密度(kg/m3);ρ設(shè)為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)密度(kg/m3);ρ實(shí)為實(shí)際工況的介質(zhì)絕對壓力(MPa);ρ實(shí)為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)絕對壓力(MPa);T實(shí)為實(shí)際工況的介質(zhì)溫度(K);T設(shè)為設(shè)計(jì)工況的介質(zhì)溫度(K)。
由(1)式得,實(shí)際測量必須對測量流量值進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償,否則直接影響節(jié)流式流量計(jì)的準(zhǔn)確性。
但即便經(jīng)過溫度壓力補(bǔ)償后的流量值,其應(yīng)用也不理想，主要表現(xiàn)在:(1)量程比小,測量準(zhǔn)確度不高,一般為3%。(2)節(jié)流件在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)介質(zhì)參數(shù)是固定值,在實(shí)際使用的介質(zhì)參數(shù)卻因與設(shè)計(jì)值不同,而形成較大的差異,數(shù)據(jù)可信度不高。(3)在被測氣體組份發(fā)生變化，實(shí)際密度偏離設(shè)計(jì)密度,而產(chǎn)生流量測量誤差。
上述因素都直接影響到流量計(jì)的準(zhǔn)確性,實(shí)際應(yīng)用是達(dá)不到計(jì)量精度要求的。
1.2速度式流量計(jì)
速度式流量計(jì)是基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象,儀表的輸出與流速有確定的關(guān)系，即可知流體的體積流量。常用氣體計(jì)量的流量計(jì)有:渦輪流量計(jì)、旋進(jìn)式渦輪流量計(jì)、旋進(jìn)式漩渦流量計(jì).超聲波流量計(jì)等。渦輪流量計(jì)因有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件,且渦輪轉(zhuǎn)速高,維修量大而應(yīng)用逐漸減少。漩渦流量計(jì)也因?yàn)榻橘|(zhì)組份.溫度和壓力補(bǔ)償?shù)鹊纫蛩赜绊懀瑧?yīng)用效果也不理想,其測量精度也基本不能滿足計(jì)量的要求。
旋進(jìn)式漩渦流量計(jì)和旋進(jìn)式渦輪流量計(jì)具有信號強(qiáng)、低流速特性好的優(yōu)勢,測量氫氣工況流量的同時(shí)還能測量工況溫度和壓力,直接采集溫度和壓力信號,在流量計(jì)內(nèi)進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償轉(zhuǎn)換為標(biāo)況流量。相關(guān)數(shù)據(jù)不僅可就地指示還能通過(4~20)mA模擬信號和RS485通訊到DCS機(jī)柜室進(jìn)行顯示和積算。在量程范圍的20%~80%可以正常工作,但在實(shí)際使用中還是有很多因素制約著流量計(jì)的準(zhǔn)確度，如流量計(jì)是用壓縮空氣進(jìn)行的檢定,用于溫度壓力補(bǔ)償測量的傳感器的檢定則被忽視，使用中的雜質(zhì)和含水的影響，低流量的小信號切除等問題，高流量下的共振問題等,都使無故障運(yùn)行周期得不到保障，最終應(yīng)用效果也不理想。
超聲波流量計(jì)因氫氣密度小的原因,測量精度不能滿足要求而應(yīng)用較少。
1.3質(zhì)量流量計(jì)
質(zhì)量流量計(jì)有直接式和間接式二種,本文只討論科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流動(dòng)的介質(zhì)與振蕩管之間的相互作用而產(chǎn)生的科氏力,使振蕩管出入口安裝的檢測線圈檢測產(chǎn)生的相位差來直接測量質(zhì)量流量的儀表。一般由振動(dòng)管與轉(zhuǎn)換器組成,振動(dòng)管(測量管道)是敏感器件,有U形、S2形、環(huán)形、直管形及螺旋形等幾種形狀凹。
質(zhì)量流量計(jì)不僅可直接測量通過流量計(jì)的介質(zhì)質(zhì)量,還可測量介質(zhì)的密度溫度,具有測量精度高,受介質(zhì)物性影響小，無上下游直管段的優(yōu)點(diǎn),輸出信號多樣,在能源、石油化工產(chǎn)業(yè).化學(xué)等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣,不論是氣體還是液體測量,尤其在裝車和貿(mào)易交接提供了非常好的解決方案。
質(zhì)量流量計(jì)在測量混合氣的氫氣質(zhì)量時(shí),非氫氣的介質(zhì)所帶來的誤差不容忽視。在氫氣貿(mào)易交接中常以純氫的標(biāo)況體積數(shù)據(jù)結(jié)算,若由測量的質(zhì)量直接轉(zhuǎn)換為純氫標(biāo)況體積,將產(chǎn)生超出氣體貿(mào)易交接的質(zhì)量流量計(jì)精度的計(jì)量誤差,以氫氣1氮?dú)怏w積比為例，氫氣體積濃度每降低0.1%,純氫的質(zhì)量比數(shù)據(jù)將降低1.3%,應(yīng)根據(jù)在線分析數(shù)據(jù)及時(shí)修正計(jì)量交接修正系數(shù),減少需方經(jīng)濟(jì)損失。
2應(yīng)用和建議
2.1節(jié)流式流量計(jì)在實(shí)際使用中應(yīng)關(guān)注的事項(xiàng)
(1)定期排空節(jié)流式流量計(jì)的膜盒中積液。
(2)標(biāo)定的差壓值對應(yīng)的流量量程與積算量程設(shè)置是否--致。
(3)定期修正因氫氣組份變化對工況密度的造成的影響。
2.2速度式流量計(jì)
旋進(jìn)式漩渦流量計(jì)和旋進(jìn)式渦輪流量計(jì)在離線標(biāo)定的同.時(shí),對溫度和壓力變送器進(jìn)行檢定校準(zhǔn)，并將修正值輸入積算放大器中。因氫氣質(zhì)量小，需合理設(shè)置零點(diǎn)切除值，避免無流量有干擾小流量和切除值過大而小流量缺失計(jì)量的發(fā)生。增加現(xiàn)場維護(hù),定期對機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)軸承加油,減小渦輪始動(dòng)的系統(tǒng)誤差。
2.3質(zhì)量流量計(jì)
在實(shí)際應(yīng)用中,必須及時(shí)零點(diǎn)標(biāo)定操作,以消除環(huán)境溫度變化和安裝產(chǎn)生的管線應(yīng)力,消除零點(diǎn)漂移。另外還需要定期計(jì)量比對核查,計(jì)量數(shù)據(jù)偏小就要考慮旁路閥內(nèi)漏的影響，其必須研磨打壓測試閥門的密封性直至更換。貿(mào)易交接的氫氣質(zhì)量流量計(jì),應(yīng)根據(jù)在線或離線氣體分析儀測量的體積百分比和組成,折算純氫質(zhì)量比進(jìn)行修正,再換算成標(biāo)況體積進(jìn)行貿(mào)易計(jì)量結(jié)算。
3結(jié)語
氫氣計(jì)量在實(shí)際使用中,應(yīng)根據(jù)對計(jì)量精度的要求,本著經(jīng)濟(jì)合理的原則,選用流量計(jì),對裝置內(nèi)部物料供需的企業(yè)內(nèi)部計(jì)量,可采用一體化溫度壓力補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì),現(xiàn)場分析氫氣組成,定期修正密度系數(shù),降低計(jì)量誤差;對貿(mào)易交接計(jì)量的氫氣流量計(jì)。
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