火炬氣測量難點分析

火炬氣測量難點分析

在石化裝置中，火炬系統(tǒng)是對通過停車和安全壓力耗竭的工藝氣燃燒，將有害粉塵和腐蝕氣體轉(zhuǎn)換為有害或有毒物質(zhì)，從而減少對環(huán)境的污染。隨著環(huán)保要求的提高,CO1火炬氣流量測量的難點在一個日產(chǎn)2050公噸(1公噸=1016千克)合成氨3250公噸尿素的項目中,全廠尾氣和安全閥的緊急排放氣經(jīng)由DN800mm的管道進入火炬裝置。同時,全廠操作負荷在40%~110%之間。在測量火炬氣的流量計選擇方面主要有以下難點:a.火炬管線的直徑大,導致法蘭式流量計的安裝和測量很困難。b.火炬系統(tǒng)正常操作壓力為十幾千帕,最大300kPa,導致差壓式流量計無法使用。c.火炬氣存在固體污染物,容易造成測量元件堵塞,從而使得一些敏感和活動的傳感元件應用受到限制。d.流量量程比很大,正常操作時,火炬氣流速在0.01~1.00m/s之間;裝置跳車時,火炬氣流速可能超過100m/s。這就要求流量計具有很寬的量程比。基于上述難點,流量計的選擇必須滿足壓損低、適應組分變化大及流速變化范圍大等要求。因此,筆者選擇了超聲波流量計來解決上述問題2超聲波傳播流量計算超聲波在流動的流體中傳播時會載上流體流速的信息,因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速,進而換算成流量在管道上安裝有超聲波流量計的一對換能器,它們都可以接收和發(fā)送超聲波信號,通過檢測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速,再通過流速來計算流量在圖1中,換能器A和B的距離為L,超聲波傳播路線與管道水平方向的夾角為θ,管道公稱直徑為D,超聲波在換能器A和B之間的順流時間為t式中v———流體速度;在常用的超聲波流量計中,超聲波的速度v式中d———兩個換能器在水平方向上的距離。因此可以推算出流體速度:從式(4)中可以看出,當超聲波的速度v在超聲波流量計附近設置壓力變送器和溫度變送器,將信號送入到DCS中進行溫壓補償計算后就可以得到精確的質(zhì)量流量。超聲波流量計測得順流時間和逆流時間之后,可以求出平均傳播時間,然后根據(jù)“平均傳播時間=聲程/聲速”的原理,計算出超聲波在運動流體中的速度。由于超聲波在已知溫度和壓力下的固定介質(zhì)下速度保持不變,利用聲速可以推算出流體內(nèi)介質(zhì)的組成成分和分子量3超聲波流量計的選型在天然氣制合成氨尿素項目中,全廠火炬總管路上設有一個流量計,用來測量火炬氣的流量,具體工藝參數(shù)如下:管徑DN800mm操作壓力最大0.3MPa操作溫度最高138.8℃流量最大274984kg/h密度3.5kg/m允許壓降1kPa結(jié)合工藝參數(shù),筆者選用了GE公司生產(chǎn)的一款用于測量火炬氣的超聲波流量計XGF868i,它利用超聲波時差法的原理對火炬氣進行測量,具有精度高、反應快和量程比寬的優(yōu)點。具體來看,超聲波流量計XGF868i具有以下特點:a.探頭材料選用鉭,標準探頭可在-110~150℃的氣體環(huán)境下使用,具有很高的抗腐蝕能力,適用于酸性氣測量環(huán)境。b.可測氣體速度的范圍為0.03~120m/s,并且滿足雙向流的要求。量程比高達2750∶1,因此一臺XGF868i可以滿足絕大多數(shù)工況。c.測量精度取決于管徑和單聲道或雙聲道,一般為讀數(shù)的±1%~±2%,當精度標定時,也可以達到±0.5%。綜上所述,超聲波流量計XGF868i可以滿足量程比寬且有腐蝕性的氣體流量的測量,是用來測量火炬氣的最佳選擇。4v法和z法安裝方式的確定超聲波流量計XGF868i由一對換能器和一個數(shù)字式變送器組成。根據(jù)換能器安裝的位置,超聲波流量計的安裝方式有V法、Z法、N法和W法。在這4種方式中,V法和Z法用到的比較多,N法和W法用到的很少,一般適用于DN50mm以下的細管道。下面詳細介紹V法和Z法的安裝方式。V法安裝。這種方式主要用于流體方向與管軸不平行,沿半徑方向流動的速度存在分量時的情形。假設速度分量G,超聲波傳播方向與管軸夾角為θ,則速度分量為Gsinθ。當采用V法安裝時,沿半徑方向流動的速度分量就會相互抵消,如圖2所示。Z法安裝。這種方式主要應用于流體方向與管軸相互平行的場合,如圖3所示。除了選擇合適安裝方式外,為了使流速分布均勻,去除外界噪聲干擾,場所定位還應滿足下列條件:a.上游10D,下游5D以上直管段(水平、垂直、斜管都可以);b.上游30D內(nèi)不能裝泵、閥等擾亂流動的設備。5火炬氣流量的測量超聲波流量計以其精度高、安裝