火炬氣測量難點(diǎn)分析

火炬氣測量難點(diǎn)分析

在石化裝置中，火炬系統(tǒng)是對(duì)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(duì)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(diǎn)在一個(gè)日產(chǎn)2050公噸(1公噸=1016千克)合成氨3250公噸尿素的項(xiàng)目中,全廠尾氣和安全閥的緊急排放氣經(jīng)由DN800mm的管道進(jìn)入火炬裝置。同時(shí),全廠操作負(fù)荷在40%~110%之間。在測量火炬氣的流量計(jì)選擇方面主要有以下難點(diǎn):a.火炬管線的直徑大,導(dǎo)致法蘭式流量計(jì)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(dǎo)致差壓式流量計(jì)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(dòng)的傳感元件應(yīng)用受到限制。d.流量量程比很大,正常操作時(shí),火炬氣流速在0.01~1.00m/s之間;裝置跳車時(shí),火炬氣流速可能超過100m/s。這就要求流量計(jì)具有很寬的量程比?；谏鲜鲭y點(diǎn),流量計(jì)的選擇必須滿足壓損低、適應(yīng)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(jì)來解決上述問題2超聲波傳播流量計(jì)算超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)會(huì)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(jìn)而換算成流量在管道上安裝有超聲波流量計(jì)的一對(duì)換能器,它們都可以接收和發(fā)送超聲波信號(hào),通過檢測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時(shí)間差來間接測量流體的流速,再通過流速來計(jì)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(shí)間為t式中v———流體速度;在常用的超聲波流量計(jì)中,超聲波的速度v式中d———兩個(gè)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(dāng)超聲波的速度v在超聲波流量計(jì)附近設(shè)置壓力變送器和溫度變送器,將信號(hào)送入到DCS中進(jìn)行溫壓補(bǔ)償計(jì)算后就可以得到精確的質(zhì)量流量。超聲波流量計(jì)測得順流時(shí)間和逆流時(shí)間之后,可以求出平均傳播時(shí)間,然后根據(jù)“平均傳播時(shí)間=聲程/聲速”的原理,計(jì)算出超聲波在運(yùn)動(dòng)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(jì)的選型在天然氣制合成氨尿素項(xiàng)目中,全廠火炬總管路上設(shè)有一個(gè)流量計(jì),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(jì)XGF868i,它利用超聲波時(shí)差法的原理對(duì)火炬氣進(jìn)行測量,具有精度高、反應(yīng)快和量程比寬的優(yōu)點(diǎn)。具體來看,超聲波流量計(jì)XGF868i具有以下特點(diǎn):a.探頭材料選用鉭,標(biāo)準(zhǔn)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(dá)2750∶1,因此一臺(tái)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(dāng)精度標(biāo)定時(shí),也可以達(dá)到±0.5%。綜上所述,超聲波流量計(jì)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(jì)XGF868i由一對(duì)換能器和一個(gè)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(jì)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(xì)管道。下面詳細(xì)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(dòng)的速度存在分量時(shí)的情形。假設(shè)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(dāng)采用V法安裝時(shí),沿半徑方向流動(dòng)的速度分量就會(huì)相互抵消,如圖2所示。Z法安裝。這種方式主要應(yīng)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(yīng)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(dòng)的設(shè)備。5火炬氣流量的測量超聲波流量計(jì)以其精度高、安裝