石油化工天然气处理厂火炬气计量仪表选型

石油化工天然气处理厂火炬气计量仪表选型

燃料挤出计量的选择通常包括道路误差、热气体质量分析仪和超声波预处理，而热气体质量分析仪主要是热气体的质量分析仪。多年来,由于火炬气介质的特殊性,准确度差一直是其计量的突出问题,所呈现的数据基本上都只作为生产管理中的参考数据。在精细化管理越加严格的今天,尤其是在炼油厂采用MES加强能耗管理的形势下,准确计量火炬气已是十分迫切的问题。一、加工原油和瓦斯气一般炼油厂基本上都设有一次加工装置和二次加工装置,主要由蒸馏和催化组成。燕山石化炼油厂共有4套蒸馏装置和3套催化装置,另有中压加氢、高压加氢、柴油加氢、联合重整、气分以及润滑油系列装置等,年加工原油1000万吨。各装置(蒸馏、催化等)出来的瓦斯气(火炬气),首先分别进入低压瓦斯管网,然后进入瓦斯气柜,再经瓦斯压缩机压缩后进入高压瓦斯管网,瓦斯气在此与外部来的天然气混合,经分配后分别返回相应装置的加热炉,作燃料使用。其工艺示意简图如图1所示。燕山石化炼油厂共设有4个火炬,近年来,由于实施了系列节能改造以及精细管理的加强,平时火炬都是熄灭的,一般波动所产生的瓦斯气(见图1)都回收利用;紧急情况下,瓦斯气则通过低压管网直接进入火炬系统,点燃火炬。为准确核算和掌握装置的实际能耗情况,炼油厂各装置所产生的以及所接受的瓦斯气都应该计量。二、装置应用情况炼油厂的火炬气计量目前大部分选用质量流量计和热式气体质量流量计,由于火炬气管线的口径都比较大,安全上又不允许缩径,所以一般都寄希望在热式气体质量流量计上。2005年,燕山石化对包括火炬气在内的能源计量仪表进行了节能改造。经参考其他装置的应用情况,燕山石化炼油厂火炬气的计量仪表选型定为热式气体质量流量计,具体如表1所示(部分列出)。热式气体质量流量计利用的是传热原理,即利用流动中的流体与热源(流体中加热的物体或测量管外加热体)之间热交换关系测量流体的流量,主要用于测量气体。该流量计主要有两大类:一是采用测量管外加热进行热传导的热分布类;二是利用热散效应金氏定律的插入类。前者一般用于口径较小的场合,而后者主要用于大口径。所以,一般火炬气测量都选用插入式热式气体质量流量计。插入式热式质量流量计是将两个温度传感器分别置于两个金属管内,金属管插在被测气体中,其中一个用于测量气体温度T式中:P———消耗功率;ΔT———温度差;Q上述算法是恒定加热功率,测量温度差;也可以恒定温度差,测量变化的加热功率,其方法是一样的。三、能耗平衡计算误差较多炼油厂火炬气流量计自安装投用起就不准确,误差较大。所测数据基本上只是作为趋势参考,无法用于能耗平衡计算,且故障较为频繁。经过分析,原因主要有以下3点:1.火炬气组分的变化频繁，即火炬气的测量本质上是一种可变组件的测量火炬气的成分一般有H2.糊在金属管上的热传导对于热式气体质量流量计,介质中不能有液体存在,否则一是影响计量准确度;二是极易导致仪表故障。气体中如含有液体(如水、油等)且糊在金属管上,则所测气体温度不是真实的温度。由式(1)可看出,ΔT的误差将直接带来计量结果的误差,在具体应用上,这方面带来的误差是很大的。同时,由于液体等结晶在金属管上,使之热传导性能变差。对于恒温差测量方法,势必导致进一步提高加热功率,以达到以前的加热温度,最终导致电加热回路断路(保险丝烧毁),引起故障。3.流量计难以标定由于火炬气的组分比例很难确定,因而流量计的标定都是假定在一种工况下进行的。这种情况下标定的流量计用于实际工况下必然产生很大误差,只能作为一种参考。四、能耗水平的提高提高火炬气的计量准确度,准确地掌握装置的能耗水平,是炼油厂实施节能降耗的重要举措。针对热式气体质量流量计无法满足火炬气计量的要求,经过研究,提出了以下几种改进办法:1.采用相对传感器的检测波长专用火炬气超声波流量计(如GF868)能计算碳氢化合物的平均分子量,可以很好地解决火炬气内变组分的问题。在管道的上下游安装传感器,两个传感器分别向气体的顺流和逆流的方向发射脉冲,两个传感器又分别接受来自相对传感器的发射脉冲。接受的时间是不同的,这之间有一个差值,并且,该差值与气体的流速有对应的关系。根据该差值,通过具体算法(如GF868内专有的互相关时差法)计算出实际的体积流量和质量流量。图2是超声波测量火炬气流量的示意图。如果要进一步提高准确度,可在同一管线上安装两组元器件(即双声道)加以测量。这种专用火炬气超声波流量计不受火炬气热传导系数的影响,可以有效地解决火炬气中变组分的问题。同时测量管径可以从50mm到3m,有效解决了火炬气管径一般都比较大(如600mm等)、一般质量流量计难以达到要求的问题。该种流量计经标定准确度可达读数的±0.5%,实际使用时会有所降低。2.体积流量的测量可以采用的计量仪表主要有涡街流量计和均速管(或喷嘴、孔板)。在涡街流量计能满足使用条件(需计算雷诺数)时,可采用涡街流量计测量工况条件下的体积流量,通过在线密度计测量实时密度,由二次表进行补偿计算。在涡街流量计不能满足要求的情况下(如管径比较大),可考虑均速管或喷嘴、孔板作为一次测量元件测出体积流量,再与实时密度作补偿计算。这种通过体积流量得到质量流量的方法关键在于实时密度的有效测量,常规的温度、压力补偿,只是补偿因温度、压力变化而产生的标准体积变化,无法反映由于组分的变化而引起的密度变化。有效地测量实时密度,一般可采取以下3种方法:(1)在线测量火炬气体密度采用插入式气体密度计(如高准的7812在线密度计),在线测量实际工况下火炬气体的实时密度。该密度信号传输至流量计算机,与测量的体积流量进行质量计算,从而得出瞬时流量和累积流量。密度计的安装应在流量计10D后的直管线上。(2)密度和气测量的密度采用质量流量计测量密度,准确度可达到0.2%,在实际测量中,准确度会有所降低,但可满足火炬气测量的密度要求。采用质量流量计测量密度,关键是要解决样气经取样管和质量流量计后返回主管线的难题。采用DN15的取样管线,并在迎流面端口做成喇叭口状,使取样点前后产生压差。这样经过质量流量计的样气可回到主管线,使气体产生流动,所测的密度与流量计所在位置密度相同,保证了密度测量的精确。(3)采用专用火炬气超声波流量计色谱的取样点应在流量计10D后。色谱测量气体组分,由流量计算机计算出标准状态下的分子量,进而得出火炬气的实时密度,该密度与经过温压补偿之后的标准状态下的气体体积流量相乘,从而得出质量流量,实现质量流量的测量。用于温