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气体流量测量准确性影响分析
点击次数:502 发布时间:2017-03-08

1.初始密度设置偏差的影响分析
从加氢裂化装置循环氢机组的入口流量指示超量程问题中发现原设计介质密度设置偏离。循环氢介质操作密度从 10.5692 kg/m 3 改为 27.2194 kg/m 3 后,计算得出变送器zui大量程由原来的 8KPa 改为 16.19KPa,而对应zui大流量350000 Nm 3 /h 的工程量不变。根据公式:

当zui大差压量程△ P 为 8KPa,对应流量 350000 Nm 3 /h时,求得测量流量:

当zui大差压量程△ P 为 16.19KPa,对应流量 350000Nm 3 /h 时,求得测量流量:

则:Q1=1.422 Q 2
由此可见,在孔板测得同样差压的情况下,8KPa 量程所对应流量值指示值是量程为 16.19KPa 所对应流量值指示的 1.422 倍,流量指示偏大。原始介质密度设置的不恰当导致流量计算出现较大误差,且因变送器量程根据原始密度选型设置偏小而不能满足实际测量要求。
2.温压补偿 C 系数偏差影响分析
加氢裂化循环机机组入口流量的温压补偿方式,机组制造商给出一个补偿系数 C,提供的 C 值为 518138.53,但未给出此系数来源,推导过程及设定的边界条件。因此,上例中差压量程修改后,流量指示还是存在较大偏差,必须对系数 C 进行调整,以下为 C 系数调整的推算过程。 

将zui大流量 Q max :350000Nm 3 /h(满刻度流量),zui大差压△P max :16.19KPa,设计温度 T 0 :50℃ ,设计压力 P 0 :15.298 MPa(G) 代入上式:

得到: C=398487.34
将温压补偿 C 系数调整为 398487.34。
温压补偿 C 系数与流量呈线性关系,由于原先 C 值设置错误造成的流量误差达到 30.0%。
3.介质组分波动影响分析
采用温度、压力补偿方法测量气体体积流量,是基于介质组份稳定或组份变化很小的一般气体,可对流体密度影响予以忽略,对测量示值的影响也即可忽略。但对于组份波动变化较大的气体,流体密度影响将增大,如仍将某一组分的流体状态密度当作常数来处理,zui大测量误差就不可忽视。
在加氢裂化循环氢系统运行过程中,循环氢组分除氢气外,含有碳化合物、硫化氢等组分,混氢组分发生着动态变化。表 2 为从混氢组份 50 个随机样本中选取数据,通过计算获得氢气百分含量为zui大值、平均值、zui小值时所对应的密度分别为:19.54 kg/m 3 、26.615 kg/m 3 、34.790 kg/m 3 ,密度存在着较大波动。

对 50 个样本数进行数据统计,结果为:组分变化造成密度变化曲线如图 1,图 2 描述了 ±10% 密度变化的样本数为 66%。
从图 1 可看出,密度在 20 ~ 40 范围内变化。由此引出新的疑惑:尽管对气体有温压补偿纠偏,但气体组分存在波动 , 为了量化组分波动的影响情况,对影响的幅度进行计算。
从设计提供的孔板计算用密度为 27.2194 kg/m 3 作为基准,按zui小密度 19.54 kg/m 3  、 zui大密度 34.790 kg/m 3 来计算流量的误差情况:

假设除介质密度变化外,K、△ P 都不变

其中 Q 2 为 下的实际体积流量值,Q 1 为△ P下的设计体积流量值。
当 实 际 密 度 ρ 2 为 19.54 kg/m 3 , 设 计 密 度 ρ1 为27.2194 kg/m 3 时:
Q 2 =1.18Q 1
同样,当实际密度 ρ 2 为 34.790 kg/m 3 ,设计密度 1 为27.2194 kg/m 3 时:
Q 2 = 0.884Q 1
从图 2 情况看,组分变化引起密度在设计基准密度上下 10% 范围内波动的情况占 66%,按密度上下变化为 10%计算,分别是:
Q 2 = 0.954Q 1
和 Q 2 = 1.054Q 1
当实际密度 ρ 2 比设计密度 ρ 1 小时,实际体积流量比指示的流量大。当实际密度 ρ 2 比设计密度 ρ 1 大时,实际体积流量比指示的流量小。
4.各因素影响程度的比较
4.1 影响程度比较
由于采用错误的介质密度,造成流量测量误差zui大达 40%;
按错误的温压补偿系数计算得到的流量与实测值之间的误差达到 30%;
调整校正温压补偿系数后,介质组分变化可能造成的流量测量误差约达 10%~20%;一般情况下,组份引起的测量误差可以控制在 5% 以内。
4.2 体会
现阶段要做到在线进行密度补偿暂时不具备条件,但相对于设置偏离导致的计量误差,取平均组份的密度作为计量基准,可较大幅度降低计量偏差。
在实际工作过程中,有必要对设计提供的数据的合理性进行复核验证,类似加氢裂化循环氢介质密度取值错误导致的流量指示误差完全可以避免,而由于组份变化对流量测量的误差目前没有合适的解决办法,当组份变化不大时,流量误差仍属可控。
在气体流量测量系统中,温压补偿是其中一个不可缺少的环节,在实际的生产过程中,往往因设计参数的不确定性,提供的孔板计算原始参数与实际工况存在较大的偏差,学会计算调整差压,复核验证并得到正确的补偿系数在实际工作非常重要。
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