一起空分裝置流量測量元件計量誤差事件的處理方法沈夢榮

1、一起空分裝置流量測量元件計量誤差事件的處理方法沈夢榮，丁傳琪，李燕鵬（中國空分設(shè)備有限公司浙江杭州 310051）摘要：通過一起空分裝置流量測量元件計量不準確的事件，分析其中配管因素對于流量計計量精度的影響。在無法更改現(xiàn)場配管走向的情況下，通過增設(shè)管道流動整直器的方法最終解決了問題，并總結(jié)了經(jīng)驗教訓(xùn)。Abstract: Analysis of piping factors effect on the flowmeter measurement accuracy, because of an inaccurate measurement event about air separation un

2、it with the flow measurement device. Finally solved the problem by using the method of adding pipe flow straightening machine when piping to the scene of the unable to change the move towards situation, and sums up the experiences and lessons.關(guān)鍵詞：空分 純化系統(tǒng) 阿紐巴流量計 流動整直器 經(jīng)驗教訓(xùn)Key words : Air separation P

3、urification system Annubar flow element Flow straightening machine Experiences and lessons1 前言某石化公司于八十年代初期從國外知名空分公司引進一套10000Nm3/h空分裝置，該裝置運行至今已近三十年。近年來，分子篩純化系統(tǒng)曾多次出現(xiàn)分子篩填料通過床層泄漏事件，并經(jīng)由用戶自行進行了多次修補。由于用戶認為該分子篩純化系統(tǒng)的可靠性及安全性出現(xiàn)了明顯降低，用戶于2015年決定對該分子篩純化系統(tǒng)進行整體更換改造。本項目由我司負責設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計，某機械制造公司負責生產(chǎn)制造。項目于2015年6月下旬實施安

4、裝更新，2015年7月12日空分裝置重新啟動，改造后純化系統(tǒng)同時投入運行，純化系統(tǒng)出口處檢測空氣中CO2含量指標達到設(shè)計要求。2 現(xiàn)象與判斷空分裝置運行后不久發(fā)現(xiàn)，當MS1純化器與MS2純化器工作狀態(tài)相互切換后，空氣出純化系統(tǒng)的流量測量值相差較大。當MS1純化器工作時空氣出系統(tǒng)流量約為37300Nm3/h，當MS2純化器工作時空氣出系統(tǒng)流量約為53600Nm3/h，而空氣流量設(shè)計值為53000Nm3/h。繼續(xù)觀察純化系統(tǒng)運行三個周期后，結(jié)果依然是MS1純化器工作時較MS2純化器工作時空氣出系統(tǒng)流量計量值偏低，且偏差值趨于某一穩(wěn)定值?？諝獬鰞膳_分子篩純化器匯入空氣總管后流經(jīng)同一臺流量測量元件計量

5、，并最終進入冷箱內(nèi)分餾塔系統(tǒng)參與精餾過程。純化系統(tǒng)流程組織示意圖見圖1。通過觀察，在分子篩純化系統(tǒng)三個切換周期的運行過程中，空壓機排壓及上、下塔操作壓力未發(fā)生變化，空分裝置各產(chǎn)品產(chǎn)量與純度亦未見波動。同時，在裝置運行初期，所有自動控制閥均處于手動狀態(tài)，未投自動，閥門流通能力相對固定。上述現(xiàn)象說明在兩臺純化器切換的過程中空壓機排氣量及進分餾塔系統(tǒng)的空氣量實際未發(fā)生明顯變化，這也證實了當兩臺分子篩純化器切換運行過程中，實際通過每臺純化器的空氣量是基本相等的。圖1 純化系統(tǒng)流程組織示意圖3 原因分析本次純化系統(tǒng)改造更換項目按照用戶前期要求，兩臺純化器基礎(chǔ)利舊，純化器外形尺寸與管口位置盡可能與原純化器

6、一致，純化器、控制閥門及系統(tǒng)內(nèi)管道整體更換，配管盡可能保持原有走向。由于現(xiàn)場原有兩臺純化器的基礎(chǔ)定位相距較近，更新后的純化器位置也無法變更，這致使配管空間相對受限，對于原有配管的優(yōu)化設(shè)計難以實現(xiàn)。設(shè)計人員在布置純化器空氣出口管道時，綜合考慮閥門操作方便及有限的配管空間等因素，采用了不對稱布置形式。純化器空氣出口管道配管示意圖見圖2。圖2 純化器空氣出口管道配管示意圖位于空氣出口匯總管的流量測量元件FRQC1是一臺阿紐巴流量計。按工作原理分類屬于差壓式均速管流量計，安裝方式為插入式。插入式流量計由于其結(jié)構(gòu)特點使得它在大口徑流量測量中有突出的優(yōu)點，如價格低廉，重量輕，壓損小，易于安裝、維修等。該流

7、量計為利舊儀表，流量計經(jīng)現(xiàn)場業(yè)主儀表人員檢查后，可以排除是由于測量元件自身差壓測定不準或流量計算公式有誤或DCS系統(tǒng)所造成的誤差。那么此時我們的判斷為，造成此次流量計量差異產(chǎn)生的原因很可能是由于兩臺分子篩純化器空氣出口管道的不對稱布置所引起的。由分子篩純化系統(tǒng)的工作特點可知，每當工作純化器發(fā)生一次切換，流經(jīng)空氣匯總管的空氣路徑將發(fā)生一次改變。對于出口支管段對稱布置的純化系統(tǒng)來說，切換前后雖然空氣流路發(fā)生了變化，但是流經(jīng)的管路特性是一致的（流經(jīng)的管件數(shù)量與型式保持不變，流經(jīng)的管道長度保持不變）；而對于純化器出口支管段非對稱布置的純化系統(tǒng)，情況則要復(fù)雜的多。當然，理論上如果測量元件上游直管段足夠長

8、時，即使上游流體流動路徑發(fā)生了改變，但經(jīng)過充分發(fā)展流動后，消除旋渦，流型得到穩(wěn)定，流量測量元件所測量到的差壓也會趨于一致。該項目中，流量計安裝位置見圖2，流量計上游直管段長度約為10米，似乎滿足我們一般意義上認為的差壓式流量計“前十后五”的要求（即流量計上游側(cè)直管段長度不少于十倍管道直徑，下游側(cè)直管段長度不少于五倍管道直徑）。而在實際運行過程中我們發(fā)現(xiàn)，每當MS2純化器工作時，出口空氣流量接近設(shè)計值53000Nm3/h，與空壓機排氣能力基本吻合；而每當MS1純化器處于工作狀態(tài)時，出口空氣流量指示僅約為37300Nm3/h，偏低近30%，流量計指示值明顯不準確。從MS1純化器出口空氣管路布置分析

9、，空氣出純化器依次有DN700/DN400縮接，DN400彎頭，DN400蝶閥，以及連接DN400支管與DN600總管的異徑三通。當氣體流經(jīng)DN700/DN400縮接及DN400彎頭時速度分布產(chǎn)生畸變與二次流動，流經(jīng)DN400蝶閥時管內(nèi)氣體速度分布發(fā)生畸變、二次流動與旋渦，流經(jīng)異徑三通匯入總管時與管壁撞擊而粘滯速度分布發(fā)生畸變同時產(chǎn)生旋渦。表1所示為均速管流量計所要求的直管段長度。根據(jù)該項目實際情況，配管類型可大致簡化為類型3，表中顯示當不采用整流器且流經(jīng)管件不在同一平面內(nèi)時，流量計上游側(cè)最短直管段長度要求為24D（D為管道公稱直徑）。若按表1要求，那么當MS1純化器工作時，從匯總管異徑三通處

10、至流量計的直管段長度則略顯不足（空氣出口匯總管直徑DN600，流量計上游側(cè)最短直管段長度要求24D，即14400mm）。同理，空氣出MS2純化器并最終斜接匯入總管處距流量計的直管段長度亦略顯不足，但由于斜接管型式對于流體產(chǎn)生流速畸變或旋渦的影響在一定程度上要優(yōu)于三通型式，故實際測量中未測得當MS2純化器工作時空氣流量值的明顯偏差。表1 均速管流量計所要求的直管段長度4 問題處理由于現(xiàn)場流量計FRQC1為利舊儀表，改造施工中未涉及，且下游側(cè)直管段長度又相對較短，無法通過改變流量計的安裝位置來增加上游側(cè)直管段長度。因此，我們通過上述原因分析向用戶提供了以下兩種處理方法：（1） 修正均速管流量計的流

11、量系數(shù)根據(jù)此類流量計工作原理，其測量公式中有一個流量系數(shù)，這個系數(shù)反映了流量計按標準制造安裝的流量計修正系數(shù)。流量計計量值發(fā)生了偏離，是設(shè)計、制造、安裝使用一系列因素造成的，也即流量系數(shù)發(fā)生了變化。由于均速管流量計其流量測量的重復(fù)性比較好，且純化系統(tǒng)空氣出口流量僅作為控制流量，而非貿(mào)易結(jié)算用流量。因此使修改流量系數(shù)成為可能，這種方法最大的好處是極為便捷且不產(chǎn)生任何能耗的增加。（2） 采用流動整直器由表1可知，若在流量計上游側(cè)直管段中增設(shè)流動整直器，則能大大降低流量計上游側(cè)最短直管段長度要求，雖然這種方法增加了部分的永久壓損，但在某些特定場合具有其特有的使用價值。根據(jù)GB/T2624.1-200

12、6用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量 第一部分：一般原理和要求附錄C，采用流動整直器能夠消除或顯著減少旋渦但不能同時產(chǎn)生容許流動狀態(tài)（參見參考文獻2），流動整直器型式可分為管束式流動整直器（圖3）、AMCA整直器（圖4）和Etoile整直器（圖5）。圖3 管束式流動整直器圖4 AMCA整直器圖5 Etoile整直器最終經(jīng)過討論，用戶認為純化系統(tǒng)空氣出口流量指示值被用于空氣壓縮喘振控制，屬于重要參數(shù)，故決定采用增設(shè)管束式流動整直器的方式來減小或消除計量偏差。管束式流動整直器由一捆緊固在一起平行相切并剛性地夾持在管道中的管子組成。管束式流動整直器至少宜有19根管子，管子直徑小于等于0

13、.2倍管道直徑，管子長度宜大于等于10倍管子直徑。依據(jù)用戶生產(chǎn)安排，空分裝置于2015年8月15日進行臨時停車，并在空氣出口流量計上游側(cè)加裝了流動整直器。最終，在MS2純化器空氣出口管斜接匯入空氣總管后，流量計FRQC1上游側(cè)，安裝了由22根DN100不銹鋼管子組成的管束式流動整直器，管束長度1300mm。2015年8月16日空分裝置再次啟動，F(xiàn)RQC1流量計在工作純化器切換前后計量空氣出系統(tǒng)流量，流量指示值基本一致，與設(shè)計值相符。通過此次增設(shè)流動整直器，完美的解決了工程實踐中出現(xiàn)的流量計上游側(cè)直管段無法滿足最短長度的問題，從而保證了空分裝置的整體穩(wěn)定運行及空氣壓縮機控制要求，對于其他有類似情況發(fā)生的工程項目具有一定借鑒作用。5 經(jīng)驗教訓(xùn)本次改造項目屬于分子篩純化系統(tǒng)整體改造，除了滿足分子篩純化器設(shè)備自身的安全可靠性之外，設(shè)計人員對于整個系統(tǒng)設(shè)計的把握應(yīng)具有全局性，使系統(tǒng)各項運行測量指標均符合設(shè)計要求，是保證整個裝置安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。對于分子篩純化系統(tǒng)的管路應(yīng)盡可能采用對稱布置型式，以減少純化器切換工作前后對于整個系統(tǒng)運行狀況的影響。如果確實由于空間限制，無法滿足純化系統(tǒng)主要管道完全實現(xiàn)對稱布置的要求時，則應(yīng)評估其對下游設(shè)備或計量儀器影響，如影響較大時須采取相應(yīng)措施，減少或消除影響。隨著空分裝置的大型化