質(zhì)量流量計在液化石油氣流量測量中的應用

化石油氣既是煉化企業(yè)的主要產(chǎn)品，也是重要原料之一。由于液化石油氣的物理性質(zhì)較其他石油產(chǎn)品（如汽油、煤油、柴油等）有其特殊性，對流量計的穩定運行和測量準確度影響較大，因此成為煉化企業(yè)流量測量的一大難題。我們通過(guò)十幾年的不斷摸索，以及改進(jìn)測量手段和測量方法，同時(shí)得益于近十年來(lái)流量計技術(shù)的日趨成熟，目前比較好地解決了這一問(wèn)題。下面分兩個(gè)方面介紹一下我們的做法。
 

    一、影響液化石油氣流量測量穩定性和準確度的主要原因

    構成液化石油氣的主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、異丁烯。由于各煉化企業(yè)工藝流程不同，加工方式不同，所以，賣(mài)出或購進(jìn)的液化石油氣品種也有所區別。為便于討論，筆者在表1中給出主要成分的幾個(gè)物理常數。

    1.飽和蒸汽壓對測量準確度的影響

    由表1可以看出，液化石油氣的飽和蒸汽壓較其他石油產(chǎn)品高得多。因此，在流量測量中，如果流量計的背壓不高于其蒸汽壓時(shí)，在流量計測量腔內就會(huì )產(chǎn)生氣、液兩相。無(wú)論對于體積測量?jì)x表（如渦輪流量計或容積式流量計）還是質(zhì)量流量計，流體中氣、液兩相的存在都會(huì )直接影響測量準確度，有時(shí)這種影響會(huì )很大。影響的大小與流量計的種類(lèi)有關(guān)，與含氣量百分比的大小也有關(guān)。對渦輪流量計的影響要大于對容積式儀表和質(zhì)量流量計的影響，含氣量比例越大，影響也越大。特別是對類(lèi)似裝車(chē)輸出系統這種間接送量的工藝流程，停泵送量期間，管線(xiàn)內壓力降低，會(huì )有大量氣相產(chǎn)生。等到下一次開(kāi)泵送量時(shí)，氣相高速流過(guò)儀表，會(huì )造成渦輪或容積式流量計轉子高速旋轉，對儀表的損傷極大，有時(shí)會(huì )直接造成儀表?yè)p壞。

表1液化石油氣主要成分的幾個(gè)物理常數

    2.液化石油氣自潤滑性差對流量計使用壽命的影響

    在采用渦輪或容積式流量計測量液化石油氣時(shí)，由于液化石油氣自潤滑性差，也就是人們常說(shuō)的比較“澀”，造成轉子軸與定子軸承之間、轉子與計量腔內壁之間磨損嚴重，直接影響流量計的壽命。目前，用碳化鎢硬質(zhì)合金鋼做軸和軸承的渦輪流量計使用起來(lái) 略好一些，一般連續運轉可達到1～2年。普通材質(zhì)的軸或軸承一般只能用3～6個(gè)月。

    二、采取避免措施

    1.流量計的選型

    據我們多年的經(jīng)驗，以及上述對液化石油氣物理性質(zhì)的分析，我們認為為質(zhì)量流量計，其次為硬質(zhì)合金做軸和軸承的渦輪流量計。質(zhì)量流量計的價(jià)位一般要高于渦輪流量計3～5倍。我公司目前的實(shí)際使用情況是：對外貿易交接用質(zhì)量流量計，約占10%，廠(chǎng)內裝置之間物料交接計量用渦輪流量計，約占90%。從技術(shù)性能、使用壽命、測量準確度、運行穩定性以及維護工作量上比較，質(zhì)量流量計要優(yōu)于渦輪流量計。但從一次性投入資金上比較，渦輪流量計又比質(zhì)量流量計經(jīng)濟得多。

    通過(guò)上述比較，我們認為在對外貿易交接計量中，采用質(zhì)量流量計是很有必要的。雖然一次性投資較大，但它的各項技術(shù)性能都遠優(yōu)于渦輪流量計。首先，它的計量腔內無(wú)可動(dòng)部件，克服了流體自潤滑不好所造成的影響。同時(shí)，它直接測得流體的交接質(zhì)量，而渦輪流量計測得的是流體的體積，要想換算成交接質(zhì)量，還要測量流體的溫度、壓力、密度等參數。其中液化石油氣在線(xiàn)密度測量?jì)x表價(jià)位很高，遠高于質(zhì)量流量計。如果采用離線(xiàn)分析，首先是采樣的代表性不好，采樣時(shí)輕組分偏多，易造成樣品密度小于實(shí)際流體密度。同時(shí)，由于液化石油氣飽和蒸汽壓高，在常壓下無(wú)法測其密度，所以只能用色譜分析法或稱(chēng)重瓶法來(lái)測量其密度，不僅操作比較麻煩，而且測量準確度難以保證較高。

    2.實(shí)際采用的測量方案

    流量計選型確認之后，就要結合流體工況條件、管道的工藝情況，設計一套適合流量計技術(shù)要求的外部測量環(huán)境，這在流量測量中是至關(guān)重要的。

    首先我們在流量計下游側安裝自力式壓力調節閥，調節方式為控制閥前壓力為定值，使流體的壓力高于其飽和蒸汽壓的1.2～1.5倍，避免了流體輸送過(guò)程中在計量腔內產(chǎn)生氣、液兩相。儀表安裝如圖1所示。

    在質(zhì)量流量計運行過(guò)程中，個(gè)別流量計在停泵不送量期間有零漂現象，在做小信號切除后仍不能解決該問(wèn)題，這也是質(zhì)量流量計的主要缺點(diǎn)。當流體靜止時(shí)，測量管周期振蕩并沒(méi)有停止，由于外界原因（如管線(xiàn)振動(dòng)、安裝應力過(guò)大、流體在測量管兩側質(zhì)量不對稱(chēng)等），都會(huì )使該相位差不為零，造成質(zhì)量流量計產(chǎn)生零漂現象；連續送量測量時(shí)，由于該零漂較小，對整個(gè)計量準確度影響不大。而對于間接送量的液化石油氣來(lái)講，在停泵不送量期間，管道內壓力下降，當低于飽和蒸汽壓時(shí)，會(huì )有大量氣相產(chǎn)生，造成測量管內存有氣液兩相，甚至全部為氣相。由此造成振動(dòng)管失去對稱(chēng)平衡，產(chǎn)生相位差，導致零漂嚴重。我們觀(guān)察到的zui大零漂有時(shí)竟達（7～8） t/h，此零漂累計1夜（12h）將近有100t的儀表累計值，因無(wú)法區別是個(gè)別人故意多給用戶(hù)送量還是儀表零漂問(wèn)題，從而造成管理上的混亂。為解決該問(wèn)題，我們在管理上采取每交接送量1次都對流量計下游手閥施加鉛封的方法，以區別是人為還是儀表零漂造成非送油期間二次儀表累計值增加。同時(shí)在技術(shù)上采取的措施是利用質(zhì)量流量計變送器自身的軟件功能，通過(guò)組態(tài)來(lái)控制零漂的產(chǎn)生。在實(shí)際觀(guān)察零漂現象產(chǎn)生時(shí)的工況條件中，我們發(fā)現其是有規律的，每次發(fā)生零漂時(shí)，流體的密度測量值都遠小于流體的正常工況密度，這也就證明了是由于氣相產(chǎn)生，造成流體平均密度下降，導致零漂的產(chǎn)生。具體做法是：用密度值控制流量值的累加。當密度小于某一給定值時(shí)，流量測量停止工作，累加器不累加；當密度測量值大于該給定值時(shí)，恢復正常測量，累加器累加該給定值根據液化石油氣的實(shí)際工況密度而定，這樣就比較有效地從技術(shù)上控制了因氣、液兩相而導致的零漂現象。