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涡街流量计在电厂瓦斯计量中的应用

来源:乌石化企业热电厂编辑:王建华颁发时间:2016-07-19 11:12:22

【摘要】 乌石化企业热电厂在瓦斯计量上选用了三畅仪表企业生产的涡街流量计SCLUGB,先容仪表选型、测量原理、安装、故障处置等方面内涵。 

       乌石化热电厂5台锅炉原设计为燃煤锅炉,由于昔时炼油厂的副产品瓦斯气体经过火炬燃烧,造成动力浪费和环境污染,其燃烧效果将直接影响企业的经济效益。企业要想在变幻莫测的市场经济大潮中立于不败之地,必须减本降耗。为了充分利用资源,平衡炼油厂的副产品瓦斯气体,热电厂对现有的燃气系统实行了改动。由于瓦斯是一种混合气体,它的成分经常变化,压力也不稳固,且瓦斯气中还含有少量的液体,所以密度持续变化,如果采用一般的孔板差压测量方式,将会引起很大的误差。为此大家按以下几个方面实行了表计选型:仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面。各方面的考虑因素如下:

       仪表性能方面:精确度、重复性、线性度、压力损失、上下限流量、信号输出特性、响应时间等;
       流体特性方面:流体压力、温度、密度、粘度、化学性质、磨损、腐蚀、结垢、脏污、气体压缩系数、等熵指数、声速、混相流、脉动流等;
       安装条件方面:管道布置方向、流动方向、上下游管道长度、管道口径、维护空间、管道振动、接地、电源、辅属设备(过滤、排污)、防爆等;
       环境条件方面:环境温度、湿度、安全性、电磁干扰等。
       因此,大家选用了结构简单,无运动件,可靠性高,耐用性强,统一结构的监视检测传感器,fv涡街流量计系利用流体绕流非流线形物体时产生卡门涡街这一流体振动现象制成的流量计。流量计输出只与流速成正比的脉冲频率信号,而与流体的温度、压力、成分、粘度以及密度等均无关系,适用于气体、蒸汽、液体,具有测量精度高、压力损失小、量程范围宽、通用性好的特点。
       1、测量原理
       涡街流量计是按照“卡门涡街”原理研制成的一种流体振荡型流量仪表。在流动的流体中插入一个断面为非流线型柱状物体时,在柱体后部两侧会产生两列交错排列的旋涡,旋涡分离的频率与流速成正比,与柱体的宽度成反比,如图1所示。可以用公式暗示:
QQ截图20160719111658.jpg
           式中:f为旋涡分离频率St为无量纲常数(斯特劳哈尔数),v为柱体侧面的流速,d为柱体的迎流面宽度,经过测量旋涡的分离频率便可测出流体流速和瞬时流量。斯特劳哈尔数St是可经过实验确定的无量纲常数。检测出频率f即可求得管内流体的流速,再由流速求出体积流量。一段时间内输出的脉冲数与流体的体积之比(流过单位体积流体对应的脉冲数)称为仪表系数(K系数,脉冲/m3)。埋设在探头体内部的压电晶体元件受到交变力的作用产生交变电荷;交变电荷信号经检测放大器处置后,以频率信号输出(传感器),或进一步变换成与流量成比例的4~20mA直流准则信号输出。在管道中装入一个物体,在其后部产生卡门涡街。但理论上这个过程只能对雷诺数Re>3000实行测量,只有在雷诺数Re>20000才能实行线性测量。一个垂直物体垂直于管道轴线安装,在其两侧周期性的交替产生漩涡,漩涡的卷出产生了“卡门涡街”,随之出现了交变压力,其频率与流速成正比:
QQ截图20160719111733.jpg
    式中:f为产生体一侧产生卡门涡街频率;
    St为斯特劳哈尔数;
    v为流体的流速;
    d为漩涡产生体的宽度。
卡曼涡街原理图
图1 卡曼涡街
    式(2)中:只有当雷诺数Re>20000时,斯特劳哈尔数St才是常数,漩涡产生体的宽度是常数,所以频率与流速成正比。因此,用测量卡门漩涡频率很容易得到体积流量。它应该满足两个条件:最小雷诺数不应低于界限雷诺数(Re=2×104),且气体流速需小于80m/s。
    2、表计应用计算
    炼厂供应的瓦斯气参数如下:
    工作压力:0.45MPa(表压);
    工作温度:20~25℃;
    瓦斯管径:150mm;
    瓦斯动力粘度:0.016cp;
    在准则情况下,最大体积流量为4000Nm3/h;
    在准则情况下,最小体积流量为400Nm3/h;
    压力损失:<1kPa;
    瓦斯密度(20℃、1个大气压):1.045kg/m3。
    (1)工作状态下介质的密度ρ:
    QQ截图20160719112005.jpg
    式中:ρ,ρn分别为工作状态和准则状态下的介质密度,kg/m3;
    P,Pn分别为工作状态和准则状态下的绝对压力,MPa;
    T,Tn分别为工作状态和准则状态下的热力学温度,K;
         QQ截图20160719112035.jpg
    (2)因为只有当雷诺数Re>20000时,斯特劳哈尔数St才是常数,如图2所示。
斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线
图2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线
    在ReD=2×104~7×106范围内,斯特劳哈尔数可视为常数,这是仪表正常工作范围。
    按照最小雷诺数20000,可计算出工作条件下可测量的最小流量:
    QQ截图20160719112131.jpg
    式中:Remin为最小雷诺数;Mmin为最小质量流量;D为管径;η为动力粘度。
         QQ截图20160719112209.jpg
    则QQ截图20160719112243.jpg    
    (3)准则情况下的体积流量:
    QQ截图20160719112314.jpg
    那么QQ截图20160719112333.jpg    
    一旦瓦斯流量小于130.24Nm3/h,斯特劳哈尔数将不是常量,频率与流速不是正比关系,流量计的测量误差很大。工艺提供的最小流量是300Nm3/h,所以满足请求。
    (4)在准则情况下,最大体积流量为4000Nm3/h,那么按照式(5)在工作条件下的体积流量为:
     QQ截图20160719112352.jpg
    又由于v(流速)×S(截面积)=体积流量,    
    QQ截图20160719112419.jpg
    涡街流量计测量时请求气体流速需小于80m/s。在工作条件下最大流速为12.6m/s,满足请求。
    (5)按照最大流速计算压力损失:
    QQ截图20160719112456.jpg
    式中:△p为最大流量时传感器的压力损失,Pa;
    U为管道最大流速,m/s;
    ρ为工作状态下介质的密度,kg/m3;
    QQ截图20160719112533.jpg
    最大压力损失小于工艺请求的1000Pa,符合工艺请求。
    
    3、安装请求
    (1)为包管测量精度,涡街流量计上游直管段应大于20D,下游直管段应大于5D(D为管道内径)。
    (2)一般情况下涡街流量计应安装在阀门的上游。      
    (3)如果管路中有振动,应加支撑。
    (4)测压点、测温点应取在涡街流量计下游2D~7D之间。
    (5)在安装流量计前必须把管壁上的污垢、泥渣和锈冲洗干净,流量计前最好装有滤网。
    (6)为包管流量计测量的精确性,在安装时应幸免将垫片突出在管道内。
    (7)介质流向必须与流量计上箭头方向一致,垂直管道安装介质流向必须低进高出。
    4 使用中一般故障处置
    (1)无流量时,表计有输出。由于漩涡流量计是经过测量频率来测量体积流量的,所以管道的轻微震动将会影响表计的准确性。因此大家在安装表计时,在管道的前后端都加装了固定支架;并且实行了可靠的接地。
    (2)管道中有流量,但显示为零:确认流量值在下限以下或靠近下限附近。
    (3)流量显示不稳固:适当调高Fct1、1、4时间常数。
    (4)流量显示随流量变化,但与实际流量不符:经判断确认,压力传感器指示误差大,所以大家调整了Fct3.7.2、Fct3.7.3压力修正值。
    (5)流量计显示误差大:经检查确认,传感器漩涡产生体上浮有污物,对传感器漩涡产生体清洗后正常。
    (6)温度传感器故障:大家将Fct3.6.1设置为No
5、结束语
         由于炼厂提供瓦斯气含杂质较多,成分变化大,压力、温度均不稳固,且瓦斯气中还含有少量的液体,所以密度持续变化,一般的流量表计无法满足精度请求,大家选择的三畅仪表企业生产的涡街流量计SCLUGB,提供在线温压补偿,可显示瞬时流量、累计流量、介质温度、介质压力。经过3年多的使用,测量精度仍然在1%以内,使用效果优良,为电厂的成本核算提供了准确的数据。

 

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