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质量流量计在液化气计量中的应用
发布日期:2020/9/8 9:48:47
液化气又称液态烃,是炼油化工企业的副产品,其主要成份是丙烷、丙烯、异丁烷、正丁烷、正异丁烯、反丁烯、顺丁烯及少量的C1、C2和C5以上组份。液化气在常温常压下为气态,为便于储存和运输通常通过加压到0.7MPa以上,使其转化为液态,故此得名液化气。液化气既可作为燃料也可以作为化工原料,经裂解工艺生产乙烯、丙烯或经提纯生产丁烯等。液化气的运输主要有汽车槽车、火车槽车、液化气专用船和管道输送等几种方式。本文主要讨论管道输送液化气的计量问题,对汽车槽车、火车槽车、液化气专用船的计量也有一定的借鉴作用。管输液化气计量主要有两种计量方式,一是使用储罐检尺的方式;二是使用流量计进行计量。这两种方式目前都在使用。
 
1、储罐检尺计量
储罐检尺计量是液化气交接过程中ZUI早采用的计量方式,具有直观、简便、投资少等优点。但由于液化气组份不确定、容易气化的特性及其它一些相关问题,液化气的输送过程中使用储罐检尺作为计量交接手段时不确定因素较多。主要体现在下面几个方面:
(1)没有标准可以依据
由于液化气组份变化比较大,组份的变化又影响到密度及温度特性的变化,虽然国家近年来更新了石油计量的国家标准GB/T1885,但至今没有液化气的计算表。国内主要石化企业近年来陆续制定了许多化工产品计量计算的企业标准,但也不涉及液化气,造成检尺计量过程中没有标准可依据,只能使用视密度进行交接。
(2)温度变化的影响
液化气储罐都是承压的球罐或卧罐,不能采用直接检尺的方式测量液位,要采用读取液位计的方式进行液位的测量,目前广泛使用的液位计为直读式玻璃板液位计、钢带液位计、磁浮子式翻板液位计;雷达液位计;伺服液位计等,直读式液位计的安装方式如图1所示。
直读式玻璃板液位计、钢带液位计、磁浮子式翻板液位计的联通管在储罐的外面,在夏季环境温度比较高时,联通管处的温度会高于储罐内的温度,一般情况下会高于储罐内部2~10℃。假设液位计处的密度为p1、液位高度为h1,储罐内部的密度为p2、液位高度为h2,则有:
p1•h1=p2•h2
一般来讲,温度每升高1℃液化气的密度会降低0.1%,则当温度差为10℃时,h1/h2=1.01,对于1000m³的储罐,直径约为12.4m,如果液位在球罐的ZUI大直径处时,△h约为0.062m,因此造成的误差约为5t,相对误差为1%。为解决这问题一是可以采用在温度相对稳定的时候进行交接计量,或在夜间进行输送;二是使用伺服液位计,由于伺服液位计安装在球罐内,能避免温度的影响。
(3)取样的代表性问题
由于没有液化气的密度表,现实操作中通常使用取样实测密度的方式来获得液化气的密度。液化气的输送过程中,因储罐下部的密度高,上部密度低,输送时密度会逐渐下降,造成采样缺乏代表性,夏季日光的照射还会加大上下密度的差值,为降低这方面的影响可以采用在输送过程中多次采样,用测量密度计算平均值的办法解决。
(4)液化气气相变化量的影响
在输送过程中,液化气储罐的气液是连通的,输出或接受罐液体的变化量会被同体积的气相量取代,若忽略这部分气相的变化也会造成一定的误差。一般情况下1000m³储罐的气化量会在1t左右,在实际操作中应该计算这部分的数据。
 
2、流量计计量
近几年随着质量流量计的广泛应用,在液化气计量中使用质量流量计的情况逐渐增多。质量流量计采用科里奥利原理进行流量的测量,不仅能直接测量被测介质的质量流量,还可直接测量被测介质的温度和密度,测量结果与被测介质的其他参数如组份、密度、温度、压力、黏度和流动状态无关。由于采用集成化设计、连续式测定,其结构简单、可靠性高,可得到与质量流量成正比完全线性的信号,无需特殊运算。
质量流量计准确度一般可以达到0.2%,在实际使用中质量流量计既能测量液体也能测量气体,具有良好的稳定性、量程比宽、可靠性高等特点,但在液体中混有不溶解气体,固粒混合流体、高黏度流体情况下会影响测量的准确程度以目前常用的CMF系列流量计为例:
流量准确度:±0.10%实际流量±[(零位稳定性/实际流量)×100]%
流量重复性:±0.05%实际流量±[1/2(零位稳定性/实际流量)×100]%
密度精度:±0.0005g/cm³
温度精度: ±1℃±(1℃×0.5%)
对于CMF300传感器:
零位稳定性:6.8kg/h
温度效应(被测介质的实际温度偏离流量计置零时,被测介质的温度可能发生的测量误差)
士0.004%/℃
压力效应(被测介质的实际压力偏离流量计置零
校准时的压力可能发生的测量误差):-0.0006%/psi
(1 psi=6. 89kpa)
从上述技术指标来看,并综合介质、环境等因素,使用质量流量计组成的液化气计量系统的测量准确度在±0.3%左右。使用质量流量计测量两相流特别是气液两相流时问题比较多。当气体含量较小且分布比较均匀的情况下,流量计能够进行测量,大部分生产厂家表示此时流量计测量结果是准确的,相关试验表明流量计此时的准确度会有所下降,个别情况下会达到5%左右。
在液体中混杂气体较多的状态下,分布在流量计传感器测量管上的科里奥利力不均衡,造成振动频率不稳定,流量计不能实现稳定的测量,外部表现为流量计的团状流动报警,即俗称的一股一股的流动。要使用流量计准确进行液化气的计量,需要注意下面几个问题。
(1)要有足够的背压
一般要求流量计下游侧的压力即背压应大于测量介质饱和蒸汽压的1.25倍与经过流量计永久压力损失的2倍。只有当背压满足要求时才能避免液化气在流经流量计时产生气化。
即p>1.25Pa+2Δp
液化气的饱和蒸汽压随液化气的组份而变化,一般为0.5-0.6MPa。为保证流量计下游始终满足背压的条件,输送压力一般应大于0.8~1.0MPa。在下游侧安装自励式调压阀是很好的做法。
(2)实时监控流量计的运行状态
通过将流量计数据联网等方式,将流量计的测量数据、运行数据、报警信息等进行记录,便于检查和判断流量计的运行情况,对空管、气化等状态实施监控,及时发现问题。如:在流量计启动时,如果存在气体或空管的情况下,流量计会产生团状流报警信息,提示操作人员;运行过程中夹杂气体时流量计的密度会发生变化,通过及时监控,也能及时发现问题加以解决。
(3)进行传感器的压力修正
无论何种设计型式和制造商的科里奥利力式质量流量传感器,检定压力同实际运行压力的不同都会对测量造成影响,产生这种影响的原因是流量计传感器测量管内部的高压影响测量管的刚性所造成的。在设计上,增加流量管的壁厚可以降低压力的影响,但壁厚的增加会降低灵敏度,从而降低测量精度。 MicroMotion对其制造的质量流量计给出了精确修正的公式和压力效应的数值。 Micro Motion生产的部分质量流量计在标定条件和测量条件不同时流量系数的计算方法如下:
新流量系数=原流量系数x[1-(压力效应) x(实际压力-标定压力)]
CMF300的压力效应是-0.0006%/psi,这样一个附加误差是要引起注意的。对于压力变化大的场合,可以外加一个压力变送器,接到质量流量变送器上进行压力补偿。如果压力变化不大,可以通过上述公式的流量系数进行修正,也可以达到补偿的目的。
(4)流量计应安装在管道的低点
对于断续输送的液化气,管道高处的气较难排除,若将流量计安装在管道的高点,需要很长时间将气体带走后,流量计才能正常工作,因此应将流量计安装在管道的低点。
(5)降低输送温度
降低输送温度即可以降低饱和蒸汽压,也可以避免因涨线问题造成的频繁卸压。将管道埋人地下,在管道外边喷涂凉凉胶或纳米太空涂料等做法可以有效的降低储罐、管道的温度。
(6)选用较大口径的流量计
在条件允许的情况下,选用较大口径的流量计可以在很大的程度上避免流体在流量计处产生气化。不同于其他油品的测量,为使流量计实现稳定可靠的计量,在选用流量计时可以牺牲部分准确性指标,选用较大口径的流量计。
(7)规范输送过程的操作
在输送前应充分灌泵;输送完毕应尽快关闭流量计的下游阀门;应设置两个涨线卸压阀,分别安装在流量计的前后侧,避免经过计量以后的液化气回流等。
 
3、结论
通过充分考虑以上几个方面的影响,在我们更换了质量流量计后实现了液化气的准确计量,避免了计量纠纷的产生。
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