火炬气测量难点分析

火炬气测量难点分析

在石化装置中，火炬系统是对通过停车和安全压力耗竭的工艺气燃烧，将有害粉尘和腐蚀气体转换为有害或有毒物质，从而减少对环境的污染。随着环保要求的提高,CO1火炬气流量测量的难点在一个日产2050公吨(1公吨=1016千克)合成氨3250公吨尿素的项目中,全厂尾气和安全阀的紧急排放气经由DN800mm的管道进入火炬装置。同时,全厂操作负荷在40%~110%之间。在测量火炬气的流量计选择方面主要有以下难点:a.火炬管线的直径大,导致法兰式流量计的安装和测量很困难。b.火炬系统正常操作压力为十几千帕,最大300kPa,导致差压式流量计无法使用。c.火炬气存在固体污染物,容易造成测量元件堵塞,从而使得一些敏感和活动的传感元件应用受到限制。d.流量量程比很大,正常操作时,火炬气流速在0.01~1.00m/s之间;装置跳车时,火炬气流速可能超过100m/s。这就要求流量计具有很宽的量程比。基于上述难点,流量计的选择必须满足压损低、适应组分变化大及流速变化范围大等要求。因此,笔者选择了超声波流量计来解决上述问题2超声波传播流量计算超声波在流动的流体中传播时会载上流体流速的信息,因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,进而换算成流量在管道上安装有超声波流量计的一对换能器,它们都可以接收和发送超声波信号,通过检测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速,再通过流速来计算流量在图1中,换能器A和B的距离为L,超声波传播路线与管道水平方向的夹角为θ,管道公称直径为D,超声波在换能器A和B之间的顺流时间为t式中v———流体速度;在常用的超声波流量计中,超声波的速度v式中d———两个换能器在水平方向上的距离。因此可以推算出流体速度:从式(4)中可以看出,当超声波的速度v在超声波流量计附近设置压力变送器和温度变送器,将信号送入到DCS中进行温压补偿计算后就可以得到精确的质量流量。超声波流量计测得顺流时间和逆流时间之后,可以求出平均传播时间,然后根据“平均传播时间=声程/声速”的原理,计算出超声波在运动流体中的速度。由于超声波在已知温度和压力下的固定介质下速度保持不变,利用声速可以推算出流体内介质的组成成分和分子量3超声波流量计的选型在天然气制合成氨尿素项目中,全厂火炬总管路上设有一个流量计,用来测量火炬气的流量,具体工艺参数如下:管径DN800mm操作压力最大0.3MPa操作温度最高138.8℃流量最大274984kg/h密度3.5kg/m允许压降1kPa结合工艺参数,笔者选用了GE公司生产的一款用于测量火炬气的超声波流量计XGF868i,它利用超声波时差法的原理对火炬气进行测量,具有精度高、反应快和量程比宽的优点。具体来看,超声波流量计XGF868i具有以下特点:a.探头材料选用钽,标准探头可在-110~150℃的气体环境下使用,具有很高的抗腐蚀能力,适用于酸性气测量环境。b.可测气体速度的范围为0.03~120m/s,并且满足双向流的要求。量程比高达2750∶1,因此一台XGF868i可以满足绝大多数工况。c.测量精度取决于管径和单声道或双声道,一般为读数的±1%~±2%,当精度标定时,也可以达到±0.5%。综上所述,超声波流量计XGF868i可以满足量程比宽且有腐蚀性的气体流量的测量,是用来测量火炬气的最佳选择。4v法和z法安装方式的确定超声波流量计XGF868i由一对换能器和一个数字式变送器组成。根据换能器安装的位置,超声波流量计的安装方式有V法、Z法、N法和W法。在这4种方式中,V法和Z法用到的比较多,N法和W法用到的很少,一般适用于DN50mm以下的细管道。下面详细介绍V法和Z法的安装方式。V法安装。这种方式主要用于流体方向与管轴不平行,沿半径方向流动的速度存在分量时的情形。假设速度分量G,超声波传播方向与管轴夹角为θ,则速度分量为Gsinθ。当采用V法安装时,沿半径方向流动的速度分量就会相互抵消,如图2所示。Z法安装。这种方式主要应用于流体方向与管轴相互平行的场合,如图3所示。除了选择合适安装方式外,为了使流速分布均匀,去除外界噪声干扰,场所定位还应满足下列条件: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内不能装泵、阀等扰乱流动的设备。5火炬气流量的测量超声波流量计以其精度高、安装