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智能型涡街流量计在合成氨然气流量测量上应用
发布时间:2020-7-2 08:23:29

摘要:天然气是一种多组分复杂的混合气体,其流量的计量过去采用同心直角孔板差压式流量计测量方式,由于多种因素易引起测量误差。从智能型涡街流量计简单的工作原理,使用实例介绍应用涡街流量计测量天然气流量,提高天然气计量的准确度。
1前言
  我公司合成氨装置进入生产界区的燃料气和原料气的流量测量,采用的流量计是节流元件为标准孔板和均速流量管的差压式流量计。由于天然气是一种复杂的多组分的气体混合物,天然气输送中夹带的杂质和水份,常常会造成孔板结碳脏物,均速流量管静动压孔堵塞,加之装置本身的精度低,很难使天然气的流量测量准确可靠。
  智能型涡街流量计(又称漩涡流量计),是一种新型的.流量仪表,从70年代末出现至今,相维出现了热敏式压敏式应力式超声式电容式等各种形式的仪表,随着科学技术的日新月异,涡街流量计的发展速度也是非常惊人的。我公司现采用的涡街流量计,是由上海横河电机公司制作的集计算机技术通信技术于一体,智能型抗机械流体振动干扰较强的第五代产品。
2涡街流量计测量原理及应用
  智能型涡街流量计是利用流体力学中卡门涡街的原理制作的一种仪表,其原理如图1,图2所示,当在流体流动的管道中放入一个柱体障碍物(漩涡发生体)时,在发生体下游的两侧就会交替地产生漩涡,这些漩涡就是卡门漩涡,也称卡门涡街。对于涡街流量计,在一定雷诺数范围内(2×104~7×106)内,下列方程成立:
f=St×v/d
式中
f:发生体一侧产生的卡门涡街频率
St:斯特劳哈尔数(无量纲数)
v:流体的流速
d:漩涡发生体的宽度
智能型涡街流量计工作原理图示
  St的值与漩涡发生体宽度d和雷诺数Re有关。当雷诺数Re<2×106情况下,St为变数;当Re在2×104~7×106的范围内,St值基本保持不变,这段范围为流量计的正常测量范围。在漩涡发生体宽度d和斯特劳哈尔数St为定值时,漩涡产生的频率f与流体的平均流速V成正比,因此,可以从漩涡产生的频率f求出流体的平均流速V。
  由于漩涡流量计的管道内插有漩涡发生体,因此在漩涡发生体处的流速与管道内其他部位的平均流速不同,根据流体连续方程:Q=V1A1=V2A2
式中Q:通过流量计的流体流量
A1:流量计管道的载面积.
V1:流量计管道内流体的平均流速
A2:漩涡发生体处管道的截面积
V2:漩涡发生体处管道内流体的平均流速
设:A2/A1=m
当d/D<0.35时,可近似认为:
m=1-1.25d/D
式中d:漩涡发生体宽度
D:流量计管道内径
整理f=StV/d;Q=V;A2=V2A2;
m=1-1.25d/D;
得到:Q=πD2/4×1/St×d(1-1.25d/D)×f
令:K=1/[πrD2/4.1/St×d(1-1.25d/D)]
则:Q=f/k
式中:K为流量计的流量系数,其物理意义是每升流体的脉冲数。
  当流量计的管道内径D和漩涡发生体宽度d为确定值时,K值随之而确定。从Q=f/K可知:在一定的雷诺数Re范围内,流量Q与漩涡的频率f成线性关系,只要测量出漩涡的频率f就能求得流过流量计管道流体的体积流量Q。漩涡流量计用一个有压电元件的传感器组件来测量交替作用于发生体的应力而产生的漩涡频率f。
  对涡街流量计的安装要求,与一般孔板流量计的安装要求有许多相同,流体流向要与流量计标示一致。夹持型涡街流量计,要把仪器的口径对准邻近管道的内孔,这一点很重要,否则将影响测量准确。安装正确无误后,将流量计的有关参数设置好,即可投入使用。YF100型(E型)YEQFLO(涡街流量计)是一种新颖的智能型流量计,由于功能齐全,该仪表可用标准的遥控通信和现场本机通信,先进的通信功能使你可通过控制室“CTM-XL”或“μXL”操作面板,或用现场显示器本机手持电脑终端(BT200)来监控运行情况和设定参数。一旦选定要测量的流体后,仪表所要求的仅仅是实际需要的那些参数,并且简单方便易操作。其主要参数的设置如图3所示。
  从图3中可以看出,该流量计的测量流体可是液体、气体和蒸汽,并且可作质量型流量测量,或工作状况下的体积流量测量与标准状况下的体积流量测量。
智能型涡街流量计流量测量设定的参数流程图示
  工艺生产上已习惯于用标准状况下的体积流量来操作和进行物料平衡计算,加之天然气这种多组分的气体混合物,质量测量中要求的介质密度和粘度非常确切的数值难于实现,我们在实际使用上采用了标准状况气体体积流量测量的方式。
  流量计的测量是基于Q=f/k公式,这里Q是天然气在实际工作压力和温度下的体积流量,换算.到标准状态下的体积流量应为:
Q栋=P/Pn×(Tn+273.15)/(Tr+273.15)×QvK
  这是普遍应用的测量方法,从上式看,测量的累积是在一定工作时间内的平均温度和平均压力折算到标准状态下的体积,为保证流量累积量的准确,必须进行在线实时温度压力测量,我们是通过DCS内部运算功能来实现其温度压力补偿的,补偿方式为:

3涡街流量计与差压式流量计的比较,
  我公司的天然气流量测量,过去全部采用的是孔板取压,近年选用了涡街流量计测量天然气流量,表2是涡街流量计与差压式流量计的主要性能比较,同时表明了我们为什么要选用涡街流量计来测量天然气,

  智能型涡街流量计结构简单,检测元件不接触介质,可测腐蚀性、较脏介质,无运动件,可靠性高,耐用性强,使用命寿命长,基本上无需维护,在我公司的天然气流量测量上得到了很好的应用,大有全部取代孔板式差压计测量天然气的趋势。但天然气是一种较为复杂的多组份的气体,引起测量误差的因素比较多。加之使用涡街流量计的时间不长,需要收集有关数据,用大量的实际工作去验证确定,积累经验,使涡街流量计在计量天然气上更加准确,更加完善,发挥其全部功能。

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