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    質量流量計在丙烯計量中的應用

    作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
    某公司自1986年起,通過管輸的方式從某煉油廠采購丙烯,由于歷史原因,丙烯計量一直采用人工檢尺計算體積值乘以固定密度的方法,由此帶來了很大的計量誤差。這本是計劃經濟時期,為取得原料并保證成品的銷售而采取的權宜之計,卻由于各種原因一直持續到21世紀。近幾年公司實行各生產單位成本網絡考核后,丙烯入庫量年年虧損,而丙烯原料本身的價格升至每噸萬元以上,計量人員工作壓力很大。所以做好丙烯計量結算工作顯得尤為重要。經多方交涉并提供全面的數據依據后,供方終于同意考慮在新罐區投人使用之際,增加一臺質量流量計作為結算依據。
     
    1.流量儀表的選擇
    因為目前對于石油產品的在線計量,選用科里奧利原理的質量流量計,是比較普遍的做法,因其測量在線流量準確,同時不受溫度、壓力等工藝條件的影響和限制,當氣溫和密度等工況條件變化時,能夠自動進行補償,計量數值在理論上來說是比較準確的。這樣流量計的種類就確定了。質量流量計本身的選型同樣是計量的關鍵。流量計的選型不只是對廠家、管徑、應用范圍的簡單對號人座,同時要更加注意應用的合理性。
    第一質量流量計參數中要選用具有適合工藝條件的量程比,一般來說質量流量計zui好的使用范圍是流量計額定流量的30%~85%,而zui小流量一定不要低于額定流量的10%,否則在小流量的應用下測量精度會降低,相應的壓力損失也較大,而在大于85%的額定流量下工作時,儀表的壓力損失又會相當大,造成儀表運行費用的提高,使用成本的增大。所以根據實際需要選擇合適量程比的質量流量計是選型的關鍵。
    二要考慮貿易結算的功能。近幾年無論國內還是國際上對質量流量計用于大宗石油產品貿易結算的認識都達成一定共識,質量流量計的應用已經成為普遍趨勢,所以各生產廠家都將貿易結算功能和批量處理功能添加到儀表中,對于貿易結算雙方來說,使用簡單的儀表加鎖方式,不如選用優質的貿易結算功能儀表,以此保證結算的安全性和使用的便捷性。
    三要注意高壓條件下使用的質量流量計,此時要考慮儀表的在線壓力補償功能。雖然質量流量計能對被測介質質量(體積)流量隨溫度和壓力變化自動進行修正,但在實際工作條件遠遠偏離標定狀態時(如P工≥5p標),會產生一定的測量誤差,所以必須進行壓力補償。一般廠家都會對自己的產品提供一個壓力修正系數,并用軟件的形式固化在儀表內,需要時,可進行選擇,將在線測量的壓力值引人儀表的計算單元,根據壓力修正系數在線進行補償。同時很多儀表廠家對于壓力變化不大,測量精度要求不高的場合,設置了固定值壓力補償方式,以滿足使用需要。
    綜合以上三個主要的選型條件,結合我們和供方在實踐中積累的經驗,雙方一起確定了艾默生過程管理ELITE Sensor+Model3700變送器作為雙方丙烯計量貿易結算用儀表。
     
    2.質量流量計的投用要點
    對質量流量計的投用,現場主要有安裝和調試兩個要點。
    2.1安裝
    質量流量計的常規安裝對直管段的要求并不嚴格,大的U型測量管質量流量計,也只是對U型管內介質有氣體時建議旗式安裝或U型管向上安裝,對于液體建議旗式安裝或U型管向下安裝??墒潜┦且环N較為特殊的石油產品,其物理性質異?;顫?,其在常溫下的飽和蒸汽壓為0.7~0.9MPa(如10℃時飽和蒸汽壓為0.7803MPa),具體來說在1.013×10的5次方~4.053×10的6次方Pa(1~40標準大氣壓)下,處于平衡狀態的丙烯,其飽和蒸汽壓可用下式表示:
    lg(133.32p)=-975.1/T(K)+7.025
    丙烯和蒸汽壓示意圖如圖1所示,圖中曲線為丙烯的平衡狀態,在遠離曲線的上方各點狀態為平衡的氣態,在遠離曲線的下方為平衡的液態,而曲線上則是一定溫度和壓力下的氣液兩相平衡態。我們知道對于其他石油產品,無論是氣體計量還是液體的計量,質量流量計一般都能保證計量精度,唯有在平衡態時氣液兩相混合的計量,因無法滿足其計量條件,質量流量計的計量偏差會很大,遠遠超過其儀表允許的zui大偏差。
    在儀表投用之前,我們調查了山東某大型石化企業中相關廠家使用流量計的情況,也對相似的石油產品使用質量流量計的情況做了調查,發現除非是在確認丙烯介質在氣、液單一相狀態下計量,否則很難達到理想計量精度。為確保丙烯計量的準確性,參考丙烯計量儀表出口背壓、參考整流器和分流裝置的使用條件,我們提出了如圖2所示的安裝方法。
    為減少丙烯在轉輸間隙因壓力降低而汽化,造成流量計走數,同時造成在轉輸過程中夾氣,使測量不準確的現象,我們設定當管線壓力低于1.7MPa時(約大于30℃時的丙烯飽和蒸汽壓),自力式調節閥關小或全部關閉,通過提高流量計的背壓,保證計量的介質在液態狀態下,沒有混合氣體,為單相流體;如果在轉輸間隙壓力大于2.0MPa,則需要打開消氣器進行適當卸壓或者在消氣器處安裝氣動泄壓閥,此時氣動閥自動打開向儲罐內卸壓,以此來滿足質量流量計的測量條件,保證測量精度,同時也能有效減少因液體汽化而自動走數的現象。
    2.2調試
    在調試過程中,主要注意的是儀表的零點校驗和在線壓力補償的設定,以及貿易交接功能的激活。
    2.2.1零點
    在質量流量計投人正常使用之前,要對流量計進行調零操作,而且每次重新安裝后也必須調零。另外每當季節變化時,大概是每三個月就要觀察質量流量計的零點是否漂移,如果零點有漂移,也要隨時在線調校零點,否則計量過程中會有較大偏差存在。在執行流量計調零操作步驟前,要保證流量變送器通電預熱30min,讓被測流體盡量以正常工作條件下(如溫度、密度和壓力等)的狀態充滿傳感器,并保證傳感器內被測流體完全靜止,然后使用自動調零功能在線調校。
    2.2.2壓力在線補償
    1)將在線壓力變送器的測量輸出mA值送到3700的第一路毫安輸入/輸出端子,作為壓力補償的輸入項,在表內選擇:configuring polling(輪詢組態)參數→polling setup(輪詢設定):poll controli(輪詢控制)→輪詢主變量-+被輪詢參數1:press(壓力),以上選擇是將外部HART設備輪詢為主設備。
    2)輪詢變量選擇:壓力(press)。
    3)外部記錄名:輸入壓力設備的位號,同時要求此壓力設備在其變送器內已輸入位號。
    4)壓力補償選項:選擇“使用”選項。
    5)壓力單位:選擇正確的外部壓力設備單位,注意和補償系數相對應的單位是“PSI”,同時也是默認的壓力單位。
    6)流量系數修正值:即壓力變化1磅/平方英寸對流量的百分比影響。從傳感器的產品樣本上可查到該數值,同時在變送器上也能顯示出原出廠設置的流量系數修正值,此值為與傳感器相對應的變送傳感器本身帶有的數值;需要注意的是,從產品樣本上選擇的數值需要改變符號(如壓力影響為0.000004,則輸入壓力校正系數-0.000004),而如果是變送器直接顯示的,出廠時設置好的則不需要改變符號,可直接使用。通過以上步驟設置,就將輸入的壓力信號變成補償信號作為補償修正值在物料計量時直接得到修正后的計量值,并參與累計計算。
    2.2.3貿易交接
    Rosemount3700系列儀表關于貿易交接功能的應用非常廣泛,我們只選用了其中zui基本的功能,在設定為歐洲貿易交接模式之前,將必要的參數全部采集出來,做成記錄表,然后貿易雙方一起設置交接密碼,進人貿易交接模式,這樣就僅可使用質量總量、體積總量來進行貿易交接的計量工作,僅可通過過程監控、LCD選項設定、報警記錄、密度曲線選項進行有效的計量過程監控。其他組態和應用功能均被屏蔽。保證了雙方用戶使用的安全性。
     
    3.質量流量計現場使用性能分析
    從2010年年初質量流量計開始使用以來,經過與接收質量流量計比對,同時與供求雙方檢尺計量結果比對,其運行狀態良好,效益明顯。從儀表投運至今,基本不需要對質量流量計進行維護,也沒有進行檢修,運行一直正常。我們計劃按照貿易結算強檢要求,在儀表運行過程中每年進行強制檢定和檢修。因為儀表裝有旁路,檢修時,不會造成生產排廢,提高了安全和環保雙方面的要求。而另一方面通過儀表計量,管道輸送丙烯本身就大大降低了運行費用和維護費用,同時對于37km的運行線路來說,其安全性也大大提高了。
     
    4.結束語
    質量流量計尤其是艾默生過程管理ELITE系列以后的產品,的確是性能優越、計量可靠的流量儀表,其測量的高精度性、運行過程中的可靠性、貿易結算模式的安全性,都決定了使用質量流量計計量丙烯的先進性。雖然工況條件變化對其也有一定的影響,但是只要進行適當的在線補償操作,以及根據對丙烯性能的了解進行必要的防止氣液混合的措施,就能應用質量流量計得到zui好的檢測結果。
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