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    高壓蒸汽流量測量誤差分析及改進措施

    高壓蒸汽流量測量誤差分析及改進措施

    時間:2023-11-25 10:25:12

     摘要:針對現有高壓蒸汽流量計的設計、安裝不能滿足工業現場計量的需求,文章提出一種適合工業現場的提高高壓蒸汽流量計計量準確性的方法。文章從高壓蒸汽流量計的現場測量應用的角度出發,闡述高壓蒸汽流量計設計、安裝、管線材質等應具備的性能,影響流量計現場測量準確性的主要原因,并提出具體的方法、措施,提高高壓蒸汽流量測量的準確性。pOP壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

     
    1 概述
    蒸汽流量計作為煉油企業重要的計量用流量計,它的準確性和可靠性對全廠蒸汽系統的平衡、節能降耗具有重要的作用。同時作為企業貿易交接用流量計,是貿易公平公正的基礎。
     
    B 公司高壓蒸汽的主要用途是:
    (1) 精制單元的開車;
    (2) 正常生產時通過高壓蒸汽加熱 CTA 漿料,溶解后進入加氫反應器與氫氣進行反應;
    (3) 薄膜蒸發器連續加熱使用。作為連續生產企業,為保障正常生產工況,高壓蒸汽需要連續穩定供應。B 公司未自備動力站,高壓蒸汽需從 A 公司購入。年平均購入量達 257 萬噸,年需支付費用大約 5 億元。由于對苯二甲酸行業工藝成熟,增潛挖效的主要途徑就是降低能耗成本。巨大的蒸汽消耗費用的開支占能耗費用比例較大。因此,準確的計量蒸汽數量對企業效益具有重要意義[1]。
     
    高壓蒸汽從 A 公司動力站管輸到 B 公司界區,管線長度約 2 km,長距離的管輸可能改變高壓蒸汽品質,使蒸汽出現汽液兩相狀態。平衡式孔板流量計對汽液兩相態蒸汽無法準確測量,給結算計量帶來無法確定和測量的誤差。
     
    A 公司的用汽裝置有 20 多套,每個壓力等級的蒸汽從系統管網供出,供 B 公司的高壓蒸汽由專線進行供應,所以 A 公司的裝置檢修、停工、生產負荷變化都不會影響 B 公司的用汽穩定性,F由于 B 公司實際工況用汽量與設計工況下用汽量差異較大,以及設計安裝不合理,對蒸汽的測量范圍、量程提出了更高的考驗。
     
    下面從蒸汽的品質、汽液兩相流、雙方界區流量計的安裝、節流元件的設計、管線設計等給高壓蒸汽測量帶來的誤差,提出可行的技術解決方案,對于技術無法解決的,通過建立管理機制將雙方儀表測量差異盡可能減小,以保障各方利益。
     
    2 蒸汽管輸過程中的兩相流、熱損帶來的影響及解決措施
     
           A 公司所供高壓蒸汽由動力站鍋爐專線供給B 公司,不因其他用汽裝置負荷的變化而變化,管線溫度、壓力穩定。高壓蒸汽在長距離輸送后,可能出現過熱蒸汽、臨界飽和蒸汽和過飽和蒸汽相互轉換的現象。這種熱量損失、壓力損失和溫度降低引起的蒸汽狀態改變由于當前雙方公司沒有技術手段對蒸汽狀態實時作出明確判斷,蒸汽按照過熱蒸汽進行質量計算。
     
           進入臨界飽和狀態或進入過飽和狀態是過熱蒸汽熱量損失而脫離過熱狀態后可能出現的兩種狀態。從理論上講,溫壓補償查出的密度和蒸汽實際密度是相符合的,不會因為進入臨界飽和狀態導致流量計的測量誤差增大。但是,由于目前蒸汽管道并未安裝測量干度的儀表,蒸汽如果進入過飽和狀態,測量結果偏低多少無法準確計算[2]。
     
           界區某個計量時間點雙方流量計的溫度和壓力如表 1 所示。
     某個計量時間點A公司計量表和 B公司計量表的溫度和壓力
           據上推斷,B 公司一線高壓蒸汽由于熱損的存在極有可能使蒸汽的狀態發生變化,從而造成下游計量儀表的測量值小于上游計量儀表的測量值。這種因為熱損的存在產生的雙方流量計計量差異技術上無法完全消除。雙方加強儀表維護、巡檢,做好計量儀表之間的管線保溫,從管理上的提升減小雙方計量儀表的差異是可行的。
     
           在 A 公司流量計后,B 公司流量計前,因管道高度差較大,管道有低點排凝疏水,這部分排凝疏水未經回收,直接流入雨水溝。在冬天可以明顯地看到比較大的排凝量,這部分排凝量無法進行計量,排凝對雙方計量差異的影響無法準確計算。但是,因考慮到排凝是工藝安全設計必須存在的,考慮將排凝水量進行工藝改造回收。
     
    3、蒸汽的現有工況和設計工況不一致給測量
           準確度帶來的影響及解決措施由表 2 可知,流量計實際工況下的流量小于測量范圍的 1/3,不在流量計的#佳運行范圍內,可能導致流量測量值不夠精que。從而引起雙方流量計測量誤差較大。
           解決措施:根據正常運行時的實際用量,采購一臺符合 B 公司正常蒸汽用量且能夠滿足#大蒸汽流量的流量計,采購流量計參數如表 3 所示。因生產工藝需要,新采購流量計在 B 公司停工檢修期間施工安裝在 B 公司界區,作為雙方現有流量計的比對依據。
     
    4 管道設備材質差異和節流元件參數差異
           對測量帶來的影響及解決措施A公司供B公司高壓蒸汽流量計為平衡式流量計,直接測得的是差壓,然后輸出介質的體積,蒸汽的結算業內普遍按噸進行計量結算,蒸汽的質量流量等于體積流量乘以密度。因此,要得到準確的質量流量,需要得到準確性較高的蒸汽密度[3]。
     
    以下是雙方界區高壓蒸汽流量計的計算原理:360桌面截圖20231125105126.jpg
    式中:Qm 為質量流量;C 為流出系數;β 為直徑比;ε 為流束膨脹性系數;ΔP 為差壓;ρ 為流體密度;d 為
    工作條件下節流件的孔徑。
     
    溫壓補償輸出原理:360桌面截圖20231125105152.jpg
    式中:ρ2 為溫壓補償后的密度輸出;ρ1 為根據實際壓力和實際溫度,通過查表法得到焓值與比容 u,ρ1=1/u;ρ0 為設計密度 (查詢計算書雙方設計密度一致);S 為溫壓補償前的密度輸入。
     
    4.1 雙方溫壓補償設置不同對測量帶來的影響及解決措施
            流量計投入初期,B 公司流量計參數配置溫度和壓力為儀表計算書上的設計溫度 330 ℃,設計壓力9.4 MPa,A 公司流量計參數配置為實際工況下測得的實時溫度、壓力,即 B 公司密度為定量,A 公司密度為工況下隨溫度壓力而變的變量。查表得,焓值與比容隨溫度和壓力的降低 (同時降低) 而降低。
            代入式 (2) 可 知,對 B 公 司 流 量 計:實 際 工 況(328.6 ℃、9.33 MPa) 與設計工況 (330 ℃、9.4 MPa) 相比較,實際工況下的輸出大于設計工況下的輸出。因此,雙方判斷,用設計密度進行測量輸出會導致測量輸出結果偏小。
            基于此判斷,B 公司溫壓補償更改為實際工況下的動態溫度、壓力進行補償計算。運行一段時間后,經比對雙方流量計差異減小。高壓蒸汽計量偏差率如圖 1所示。
    高壓蒸汽計量偏差率
    4.2 雙方流量計壁厚不同對測量帶來的影響及解決措施
    雙方流量計壁的測量如表 4 所示。
     雙方流量計壁的測量
    依據公式 (1):雙方界區流量計直徑不同的情況下,在相同的差壓下,測量結果輸出不一致。
    解決方法:由于結算計量的重要性,雙方認可待新流量計投用后進行。
     
    5 界區流量計引壓管設計長度和安裝對測量帶來的影響及解決措施
           差壓式流量計差壓信號管路的安裝:為保證節流裝置的輸出差壓可靠,準確度傳遞到差壓計或差壓變送器上,差壓信號管路應按規定的技術要求進行敷設。
    引壓管的安裝應當注意以下幾點:
           (1) 導壓管的材質應按被測流體的性質和參數選用,其內徑不得小于 6 mm,其長度#好在 16 m 以內,可視被測流體的性質而定。
           (2) 導壓管應垂直或傾斜敷設,其傾斜程度不得小于 1∶12,黏度較高的流體,其傾斜度還應增大。當差壓信號傳送距離大于30 mm時,導壓管應分段傾斜,并在各#高點和#低點分別裝設集氣器 (或排氣閥)和沉降器 (或排污閥)。
           (3) 為了避免差壓傳送失真,正、負壓導壓管應盡量靠近敷設。嚴寒地區的導壓管應有伴熱保溫措施。加熱保溫時,要防止過熱而產生汽化。導壓管直徑 8 mm,長度 26 000 mm,引壓管較長,降低了輸出差壓的可靠度。
    解決措施:流量計處增加操作平臺,將流量變送器由地面改至操作平臺,降低引壓管長度引起的計量誤差。
     
    6 、蒸汽流量計閥門選材不當和計量器具維護管理不到位對測量帶來的影響和解決措施
           B 公司高壓蒸汽管道正負壓閥門經常發生泄漏,閥門泄漏對計量引起的影響導致貿易結算異議。經設備部門、儀表部門原因分析,設計采用的普通鑄鐵閥門不適用高壓蒸汽管道安裝。在裝置檢維修期間,在用四臺正負壓側全部更換為鉻鉬材質閥門,更換后運行半年以來未發生漏氣。因此,高壓蒸汽管道的閥門選材會對計量造成影響,應當嚴格進行適當標準的選材選型。
     
           高壓蒸汽計量器具的維護管理方面。投用初期因雙方流量計之間的保溫棉未安裝,導致溫損壓損較大,計量差異量大。結算用蒸汽流量計量器具從出廠到報廢的全壽命周期良好的管理是保障計量數據的準確性、及時性的基礎。從設計初期就需要儀表專業、設備專業、工藝專業等各專業聯合進行設計選型選材的把關,避免考慮不周引起的計量問題。
     
           結算用計量器具的巡檢方面,儀表部門安排每個月對每臺計量器具巡檢一次。單位計量周期的巡檢頻次較低,對于現場發生問題的流量計和閥門不能及時發現和處理。專業部門應當加強貿易結算用計量器具和管線的巡檢頻次。
     
           高壓蒸汽計量器具應遵循“專業聯合管理、合理布局、按需配備”的原則:上下游互供蒸汽,實行一線一表送料制,原則上在送料方安裝計量表,以送料方流量計作為結算依據。做好管線、計量器具的保溫、維護。高壓蒸汽計量器具配備應滿足或優于 GB 17167—2006 《用能單位能源計量器具配備和管理通則》、GB/T 20901—2007 《石油石化行業能源計量器具配備和管理要求》的要求;新購置的高壓蒸汽計量器具必須具有齊全的標志和說明書,包括出廠編號、產品合格證、檢定校準證書、使用說明書、鉛封等;貿易結算用高壓蒸汽計量流量計的數據采集應具有計量數據趨勢查詢、流量計狀態檢測和故障報警等功能。
           對于常規的設備,判斷其運行狀況,可以通過實時監測流量、轉速、壓力、溫度、振動等參數進行判斷,但是對于高壓蒸汽計量用器具,在各儀表參數都正常的情況下,測量輸出也未必準確。因此,數據管理專業、工藝管理專業、系統管理專業、儀表管理專業、設備管理專業聯合進行故障診斷和排查顯得尤為重要。各級管理層通過管理軟件對現場儀表、管線運行狀態、儀表工程師站的管理進行日監控,能夠保障計量數據的準確性和可靠性。提高管線的保溫效果,定期對管線的保溫進行檢測評估,保證管線保溫效果符合guojia標準,減少輸轉途中的熱損。
           為了保證蒸汽流量計測量準確,尤其對于企業之間進行互供的貿易結算用流量計,必須嚴格執行企業制度《計量儀表及標準儀器管理辦法》和《計量管理規定》,按制度要求進行選型選材設計、管線保溫、周期檢定、巡檢維護和數據清零,確保其合法合規運行。
     
    7、結語
           綜上所述,在高壓蒸汽計量過程中,流量計、管道、閥門的選材選型是否標準,流量計的安裝是否符合規范要求,蒸汽流量計管線的日常維護管理是否及時都會對蒸汽測量結果的準確性產生影響。因此,在流量計的設計、選型、安裝、維護及使用過程中,必須考慮到各項影響因素,貿易雙方前期對每個環節進行充分的信息溝通,對出現的問題和不一致進行及時消除解決,主動去消除影響流量計準確計量的因素,對貿易結算的公平公正具有重要作用。同時也能夠為企業能源統計提供準確、及時、可靠的能耗數據,為企業的節能降耗舉措提供有效的數據支撐。
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