上海自动化仪表有限公司对涡街流量计气体测量的影响因素分析与改进

上海自动化仪表有限公司对涡街流量计气体测量的影响因素分析与改进

上海自动化仪表有限公司计量作为源头节能的重要一环，其测量准确性、科学性及其关键。本文通过分析影响涡街流量计在气体测量数据准确度的几个因素与控制措施应用，对有效提高涡街流量计在气体测量中的准确性进行研究，进而达到控制、降本减费的目的。炼化企业生产过程中，蒸汽、氮气、氧气、压缩空气各类公用工程气体用量大、能耗高，如何有效控制其用量，是企业降低生产成本、推进源头减排、推进高质量发展不容忽视的重要环节。在现代工业计量中，超声流量计、差压式流量计、涡轮流量计和涡街流量计等是气体计量的主流仪器。其中，涡街流量计因具备无转动部件、安装简便、运行稳定、适用性强、维护成本低、准确、测量范围大等优势而得到广泛应用。

1 工作原理与结构涡街流量计是速度式流量计的一种，一般按测量流量频率输出方式划分为 ：应变式、电容式、超声式、应力式、光电式及热敏式、振动式等[3] ，由传感器和变送器两部分组成，是利用旋涡发生体在流体中产生满足雷诺数为2*104～7*104范围的交错旋涡，通过对一定条件下旋涡分离的频率f与发生体侧平均流速及旋涡发生体宽度d的固定关系，通过qf公式测量出体积流量。温压补偿涡街流量计

2 影响分析与改进涡街流量计决定了其测量准确性易受到机械振动、信号传输、被测介质、安装位置方式以及流体流动状况等多种因素影响。2.1 管道振动某烯烃生产企业在储罐内储存轻质石脑油作为生产原料。为避免罐存石脑油挥发排放，减少大气污染，降低储存损失，故使用低压氮气进行气封，企业采用涡街流量计测量用气量。由于工艺原因，造成石脑油储罐罐位频繁变化，低压氮气不定期进行补充，且用量不稳定。使用过程中发现仪表测量量与理论用量有较大差异。经观察，当停止补气时，流量计仍存在计数现象，但仪表经检定结果合格，且安装符合技术要求。实地排查发现，距氮气管线50米处有4台原料输送泵，当启泵输送原料时，产生较大振动。测量工作原理决定涡街流量计是一种振动型流体测量仪表，除测量信号为压电晶体形式测量的涡街流量计，其它种类涡街流量计对振动较为敏感。由于涡街流计传感器输出的脉冲频率与流速呈正比例，同时测量旋涡与被测流体的密度和流速的平方呈正比例，所以当测量低于临界流量时，由于涡街流量传输信号的脉冲频率较低且频率振幅较小，易被低频的机械振动所干扰而影响比较严重,其叠加输出信号与真实信号相对误差较大；随着流量的不断加大，其测量传感器信号脉冲频率也相应变大，且信号频率幅值也相应加大，受到低频的机械振动干扰影响量相对比逐步减小，输出信号相对误差也随之变小[2]。

当涡街流量计在所安装的位置附近出现了管道上的振动时，它可以分别采取以下三种方法予以减小或消除：

（1）增设管道固定支架，限制管道振幅；

（2）调整仪表电路的设定状态，力求排除振动影响；

（3）如以上两种方法无法消除时，可根据其抗振动能力的不同，在安装管线上的流量计方向加以调整，涡街流量计发生体方向的抗振能力强，而发生体垂直左右方向及横向力作用的方向差。观察或测量管道的主要振动方向，旋转流量计，直到发生体与此主振方向重合，把仪表固定在该方向上，尽可能减小管道振动对流量计测量的影响。

法兰连接温压补偿涡街流量计2.2 信号传输某化工厂使用一台涡街流量计对氧气进行测量，使用过程中发现现场读数与DCS显示流量存在差异，对现场工艺调整造成困惑。经检查流量计与DCS参数设置一致，流量量程均为（0～60）m3/h。测量现场仪表信号输出为12.48mA，核算理论流量为31.80 m3/h，现场仪表显示正常。测量DCS信号接收为12.35mA，核算理论流量为31.32 m3/h，DCS显示正常。现场观察涡街流量计距DCS控制室直线距离不足700米，但信号线管廊距离为1200米左右，并采用一般两芯电缆进行信号传输。2.3 测量介质（蒸汽测量从压力温度查表确定是否过热）一用热企业采用DN250口径涡街流量计监督1.0MPa蒸汽用量，计量过程发现监督表量低于计量表量，差率2.5%左右。检查监督表无异常、供热单位计量表性能符合计量技术要求。查工况运行条件发现，计量表运行压力为1.02MPa，温度为213.05℃，监督表运行压力为1.00MPa，温度为178.13℃。经查阅蒸汽特性发现，压力在1.0MPa的蒸汽饱和温度为184℃以上。说明从计量表至监督表输送过程中，由于热量散失与流动阻力，致使蒸汽温度下降，形成不饱和蒸汽，造成监督表测量为气液两相流。目前流量测量仪表大多对单相流体进行测量，而涡街流量计也不例外。当发现被测介质存在二相流动现象时，其测量误差将出现明显偏移。如测量远距离输送的过热蒸汽时，因为传输距离远，管道保温不良或弯头、阀门、分支多等原因，均可引起蒸汽流动阻力过大，从而导致过热蒸汽在输送过程中的工作温度逐步下降。当蒸汽从过热状态逐渐转变为饱和状态时，介质中会出现冷凝的不均匀水滴。而冷凝水的标准密度远远大于过热蒸汽标准密度，从而直接导致涡街流量计测量过热蒸汽流量明显由大变小。

应对易于液化气体介质进行增加背压、改善保温或同时加装气液分离设备等措施，并对被测介质的工作温度与工作压力进行监督，防止二相流体出现。2.4 流体状况流量计确保正常工作的流体要素：

（1） 被测流体具备无旋涡、充分满足湍流速度分布、流速轴均匀分布的特点;

（2）测量介质为单项流，且应充满测量管道;

（3） 流量基本稳定，避免出现脉冲流。

（4）符合牛顿流体[4]要求;流量计在测量过程中如无法以上四种条件将会导致流量计测量附加误差同时产生。

在工艺现场流体流动特性常是难以满足以上要求，将不可避免的会造成测量附加误差的加大，且量值加大多少难以通过定量分析确定。因此在现场仪表安装设计应尽可能加大测量仪表前后直管段或加装整流设备，使流体趋于测量条件要求。法兰卡装涡街流量计2.5 气体标况测量附件目前，炼化企业气体计量交接多采用标况体积量结算，需引入介质温度及压力进行换算。部分厂家产品能够测量标况量，但多采用温压定值计算，对于温度、压力稳定流体，可以较为准确进行测量，但绝大部分流体会随着气候变化、工艺变动而产生较大差异。

为了确保测量数据更加准确，各企业多使用在线温度、压力信号引入二次仪表进行实时补偿计算。某炼化企业采用口径150mm涡街流量计测量低压氮气，其介质传输设计标准为压力0.70MPa、温度25℃，待使用方安装同一口径、同一厂家涡街流量计进行比对，发现其比对差率严重超差（表1）。压力整改前主辅比对差率现场检查主计量、温度及压力发现，现场压力取压点设置于表前，且位于DN300与DN150变径大管径处。根据厂家安装说明，压力取压点应设置在表后4D处，根据JJG1029《涡街流量计检定规程》，压力的测量位置应设置在流量计下游侧（2～7）D处。 经厂家计算，在此工况下，流量计压损为15.07kPa。同时根据流体特性及流速计算，由于管道变径同样造成（2～3）kPa的压力损失。由此引入测量误差理论计算：15+2/80×100%=2.13%。（15kp为仪表压损；2kp为变径压损；800kp为介质压力）。3 结束语上海自动化仪表有限公司石油石化行业是国家能源安全的命脉，直接关系着我国经济社会发展和人民美好生活的改善，石油石化计量作为石油石化生产的重要环节，与企业的运行优化、经济效益、成本控制、绿色发展等密切相关。通过对影响涡街流量计气体测量准确性的多项因素进行深入分析，提出有效的改进对策来提升涡街流量计对气体测量的准确性，能够为企业生产控制、成本管理、优化创效、节能减排提供可靠数据支撑，对企业绿色低碳转型、源头减排降碳、高质量可持续发展具有重要作用。