淺析影響氮氣流量計精確度的因素及應對策略
點擊次數(shù)：2961 發(fā)布時間：2021-01-08 06:29:48
1、引言
煤氣測量用的流量計有多種類型的流量計都可以測量，比如氮氣流量計，楔形流量計，V錐流量計等產(chǎn)品都可以實現(xiàn)。由于氮氣流量計具有結構簡單、計量可靠穩(wěn)定、儀表配套齊全、適用于大流量氣體的計量等諸多優(yōu)點，被煤氣行業(yè)廣泛采用，屬于煤氣測量領域使用*大的流量計之一。不過，由于氮氣流量計因投運后或長期使用后出現(xiàn)的精確度下降等問題，使得煤氣供銷差率居高不下，同時也造成煤氣氣源廠和煤氣供應公司之間常因氣量結算問題發(fā)生計量糾紛。本文結合氮氣流量計的實際使用情況，探討了如謀氣密度(組分)變化、煤氣含水童、煤氣中的雜質(zhì)、二次儀表的誤差等這些造成氮氣流量計精確度下降的主要因素，并提出了諸如修正密度、處理水和水蒸氣、定期清洗、吹掃計量裝里、定期校驗二次儀表等改進措施。
2、孔板流，計精確度下降的主要因素
氮氣流量計的使用，無論是對被測量的煤氣的質(zhì)量，還是對測量系統(tǒng)的設計、安裝、維護等都是有其嚴格的要求和條件限制的。任何超出規(guī)定范圍或破壞使用條件的，都將造成氮氣流量計嚴重失準。因此在實際工作中，影響氮氣流量計精確度的因素很多，但筆者認為主要因素源自以下四個方面:
2.1煤氣密度(組分)變化對氮氣流量計的影響
煤氣密度的確定對測量精確度有重大影響，由流量計算公式可見，密度與差壓處于同等重要地位。如果密度值測不準，則即使差壓測量為高精度，測量結果也不會高精度的，但這點實際上往往易被忽視。具體來講，流經(jīng)氮氣流量計的煤氣流量的大小，與煤氣密度的平方根成反比，即其它參數(shù)不變時，密度越大(小)，流量越小(大)。而在氮氣流量計實際工作時，卻是把煤氣密度取為定值Po，因此，氮氣流量計顯示的流量大小，只與Po有關，而與實際煤氣的p值大小無關。這對于單一氣源的流量測量來說，影響不大，因為只要煤種、配煤沒有大的變化，爐溫穩(wěn)定，壓力制度正常，煤氣的成分基本穩(wěn)定在一個范圍內(nèi)，密度也就變化不大。但一旦摻人其它氣源如水煤氣、發(fā)生爐煤氣、液化石油氣等，由于成分變化大，實際煤氣的密度也就發(fā)生很大的變化，如果此時氮氣流量計仍把煤氣密度取為定值Po，就將產(chǎn)生很大的計量誤差，該誤差的大小為:(1-√Po/P￣) Po一設計時的煤氣密度}P--實測的煤氣密度)。以總公司煉焦氣化廠為例，氮氣流量計是根據(jù)純焦爐煤氣設計的，當初設計煤氣密度取。. 554 97比/m3，計量很準確。近年來，為保證煤氣的供應量，特別是在冬季，每天都不定時、不均勻地摻混大量的(占日輸供量10%一20 0,6)發(fā)生爐煤氣，使煤氣密度產(chǎn)生很大的變化，雖然設計煤氣密度Po改為0. 570 Slkg/m3,但仍比煤氣的實際密度低很多，造成氮氣流量計計量偏高，P*高時曾達到0. 708 0噸耐，比。。上升了24. 106，由此引起的流量誤差也達到了+10.23%。
2. 2煤氣含水量對氮氣流量計的影響
人工煤氣在凈化過程中，一般都要經(jīng)過水的洗滌，因此，煤氣都是飽和的。煤氣流動過程中溫度、壓力會發(fā)生變化，水蒸氣凝析，一部分水存積在孔板的前后直管段、孔板環(huán)室及導壓管內(nèi)，而這恰是氮氣流量計使用條件絕對不允許的，會造成計量的嚴重誤差。此外由于煤氣中帶有的大量飽和水蒸氣一起流經(jīng)流量計，而所有這些水蒸氣是孔板本身無法識別的，只能隨煤氣一起計入輸氣量。在煤氣進人氣柜和輸配管道后，由于增壓和中途溫度不斷降低，水蒸氣不斷地凝析成水流人水井，使煤氣體彩縮減，從而產(chǎn)生了體積差，而這部分卻不能計人售氣量。從我公司每天僅在中壓管道中抽出的十幾噸水來看，造成的產(chǎn)銷誤差是很大的。
2. 3煤氣中的雜質(zhì)對氮氣流量計的影響
氮氣流量計在煤氣管道上運行一段時間后，煤氣中的灰份、蔡、焦油、煤氣膠等雜質(zhì)會逐漸沉積吸附在孔板的孔口、端面和上游管道上，使得孔板入口尖銳度、表面光潔度降低、內(nèi)徑變小、上游管道粗糙度增加等，造成計一量值偏大。
2.4二次儀表對氮氣流量計的影響
差壓變送器、壓力變送器、流量積算器等二次儀表的誤差，以及它們之間連接、接頭、轉換等處的泄漏，也對氮氣流量計系統(tǒng)精度產(chǎn)生*直接的影響，應給予高度的重視。
3、改進措施
3.1對密度進行修正
為減少密度變化造成的影響，*好的解決方法是:每種氣源分別計量，盡量避免用一塊總表測多種氣源的混和量，以保證儀表的精確性。
還可以用以下方法做部分補償:
①根據(jù)近年來實測的煤氣密度數(shù)據(jù)，求出平均值，輸人氮氣流量計積算器，使積算器按較接近實際的密度值運行。
②用化驗分析法測得每天(或每月)的平均密度值P，作為當天(或當月)氮氣流量計的實際密度，對流量進行人工校正，校正公式為:
Q校一√Po/P￣
Q校一密度校正后的煤氣流量;
Q表一氮氣流量計積算器顯示的流量。
實測煤氣密度的方法，可以是每天定時取樣分析，求平均值，也可以用小鐘罩24小時連續(xù)取樣，定時分析。
按理對密度P應和壓力、溫度一樣進行實時的完全補償，但目前國內(nèi)尚無適用的可輸出連續(xù)信號的在線氣體密度計可供使用。
3. 2對水和水蒸氣的處理
目前尚無理想的方法給予解決，可以:
①盡可能地降低出廠煤氣的溫度，減少水蒸氣的含量，如進行冷凍脫水。
②在孔板前后，分別安裝排水裝置，如圖所
采用自動排水加人工排水的方法，實際效果很好。公司要求，冬季每班必須排水一次，其他季節(jié)每天排水一次，排水后，檢查排水閥是否關緊。
3. 3定期清洗、吹掃計量裝置
*先，氣源廠應加強對煤氣的凈化處理，使其符合**有關質(zhì)量標準，減少對流量計的污染。其次，定期對孔板及直管段上的雜質(zhì)進行清洗、吹掃。可采用:①在線式可換孔板，②多管并聯(lián)。二者均能做到在不停氣的情況下更換、清洗、吹掃氮氣流量計系統(tǒng)，這會給那些氣質(zhì)較差且停氣較困難的用戶帶來清洗上的方便?？偣練庠磸S在1995年由原來的單管計量，改為多管并聯(lián)計量，同時又安裝了三套可換式氮氣流量計(二開一校)，定為每3個月清洗、吹掃一次(視其臟污程度，可調(diào)整清洗周期)，此項工作由氣源廠和我公司共同進行。
3.4定期校驗二次儀表
為使二次儀表高準確度運行，應定期檢查、校驗二次儀表，具體內(nèi)容為:①檢查取壓管是否存在堵塞、進水及泄漏現(xiàn)象，尤其要注意泄漏問題，管子、接頭、閥門、焊縫、與差壓變送器的連接處等均為可能的泄漏點，應用肥皂水等方法檢漏;對與差壓變送器連接的三閥組中的平衡閥亦應注意，防止失靈后使高低壓串通，導致壓差減小進而影響計量精度。②校驗差壓變送器的零點，減小零點漂移帶來的影響。③除差壓變送器外，其他二次儀表組成整體用高精度的差壓計進行在線模擬試驗，確保量程在允許的范圍內(nèi)。以上檢查、校驗工作由我公司和氣源廠雙方儀表人員每月26日共同進行，并作好記錄，共同簽字認可。
煤氣測量用的流量計有多種類型的流量計都可以測量，比如氮氣流量計，楔形流量計，V錐流量計等產(chǎn)品都可以實現(xiàn)。由于氮氣流量計具有結構簡單、計量可靠穩(wěn)定、儀表配套齊全、適用于大流量氣體的計量等諸多優(yōu)點，被煤氣行業(yè)廣泛采用，屬于煤氣測量領域使用*大的流量計之一。不過，由于氮氣流量計因投運后或長期使用后出現(xiàn)的精確度下降等問題，使得煤氣供銷差率居高不下，同時也造成煤氣氣源廠和煤氣供應公司之間常因氣量結算問題發(fā)生計量糾紛。本文結合氮氣流量計的實際使用情況，探討了如謀氣密度(組分)變化、煤氣含水童、煤氣中的雜質(zhì)、二次儀表的誤差等這些造成氮氣流量計精確度下降的主要因素，并提出了諸如修正密度、處理水和水蒸氣、定期清洗、吹掃計量裝里、定期校驗二次儀表等改進措施。
2、孔板流，計精確度下降的主要因素
氮氣流量計的使用，無論是對被測量的煤氣的質(zhì)量，還是對測量系統(tǒng)的設計、安裝、維護等都是有其嚴格的要求和條件限制的。任何超出規(guī)定范圍或破壞使用條件的，都將造成氮氣流量計嚴重失準。因此在實際工作中，影響氮氣流量計精確度的因素很多，但筆者認為主要因素源自以下四個方面:
2.1煤氣密度(組分)變化對氮氣流量計的影響
煤氣密度的確定對測量精確度有重大影響，由流量計算公式可見，密度與差壓處于同等重要地位。如果密度值測不準，則即使差壓測量為高精度，測量結果也不會高精度的，但這點實際上往往易被忽視。具體來講，流經(jīng)氮氣流量計的煤氣流量的大小，與煤氣密度的平方根成反比，即其它參數(shù)不變時，密度越大(小)，流量越小(大)。而在氮氣流量計實際工作時，卻是把煤氣密度取為定值Po，因此，氮氣流量計顯示的流量大小，只與Po有關，而與實際煤氣的p值大小無關。這對于單一氣源的流量測量來說，影響不大，因為只要煤種、配煤沒有大的變化，爐溫穩(wěn)定，壓力制度正常，煤氣的成分基本穩(wěn)定在一個范圍內(nèi)，密度也就變化不大。但一旦摻人其它氣源如水煤氣、發(fā)生爐煤氣、液化石油氣等，由于成分變化大，實際煤氣的密度也就發(fā)生很大的變化，如果此時氮氣流量計仍把煤氣密度取為定值Po，就將產(chǎn)生很大的計量誤差，該誤差的大小為:(1-√Po/P￣) Po一設計時的煤氣密度}P--實測的煤氣密度)。以總公司煉焦氣化廠為例，氮氣流量計是根據(jù)純焦爐煤氣設計的，當初設計煤氣密度取。. 554 97比/m3，計量很準確。近年來，為保證煤氣的供應量，特別是在冬季，每天都不定時、不均勻地摻混大量的(占日輸供量10%一20 0,6)發(fā)生爐煤氣，使煤氣密度產(chǎn)生很大的變化，雖然設計煤氣密度Po改為0. 570 Slkg/m3,但仍比煤氣的實際密度低很多，造成氮氣流量計計量偏高，P*高時曾達到0. 708 0噸耐，比。。上升了24. 106，由此引起的流量誤差也達到了+10.23%。
2. 2煤氣含水量對氮氣流量計的影響
人工煤氣在凈化過程中，一般都要經(jīng)過水的洗滌，因此，煤氣都是飽和的。煤氣流動過程中溫度、壓力會發(fā)生變化，水蒸氣凝析，一部分水存積在孔板的前后直管段、孔板環(huán)室及導壓管內(nèi)，而這恰是氮氣流量計使用條件絕對不允許的，會造成計量的嚴重誤差。此外由于煤氣中帶有的大量飽和水蒸氣一起流經(jīng)流量計，而所有這些水蒸氣是孔板本身無法識別的，只能隨煤氣一起計入輸氣量。在煤氣進人氣柜和輸配管道后，由于增壓和中途溫度不斷降低，水蒸氣不斷地凝析成水流人水井，使煤氣體彩縮減，從而產(chǎn)生了體積差，而這部分卻不能計人售氣量。從我公司每天僅在中壓管道中抽出的十幾噸水來看，造成的產(chǎn)銷誤差是很大的。
2. 3煤氣中的雜質(zhì)對氮氣流量計的影響
氮氣流量計在煤氣管道上運行一段時間后，煤氣中的灰份、蔡、焦油、煤氣膠等雜質(zhì)會逐漸沉積吸附在孔板的孔口、端面和上游管道上，使得孔板入口尖銳度、表面光潔度降低、內(nèi)徑變小、上游管道粗糙度增加等，造成計一量值偏大。
2.4二次儀表對氮氣流量計的影響
差壓變送器、壓力變送器、流量積算器等二次儀表的誤差，以及它們之間連接、接頭、轉換等處的泄漏，也對氮氣流量計系統(tǒng)精度產(chǎn)生*直接的影響，應給予高度的重視。
3、改進措施
3.1對密度進行修正
為減少密度變化造成的影響，*好的解決方法是:每種氣源分別計量，盡量避免用一塊總表測多種氣源的混和量，以保證儀表的精確性。
還可以用以下方法做部分補償:
①根據(jù)近年來實測的煤氣密度數(shù)據(jù)，求出平均值，輸人氮氣流量計積算器，使積算器按較接近實際的密度值運行。
②用化驗分析法測得每天(或每月)的平均密度值P，作為當天(或當月)氮氣流量計的實際密度，對流量進行人工校正，校正公式為:
Q校一√Po/P￣
Q校一密度校正后的煤氣流量;
Q表一氮氣流量計積算器顯示的流量。
實測煤氣密度的方法，可以是每天定時取樣分析，求平均值，也可以用小鐘罩24小時連續(xù)取樣，定時分析。
按理對密度P應和壓力、溫度一樣進行實時的完全補償，但目前國內(nèi)尚無適用的可輸出連續(xù)信號的在線氣體密度計可供使用。
3. 2對水和水蒸氣的處理
目前尚無理想的方法給予解決，可以:
①盡可能地降低出廠煤氣的溫度，減少水蒸氣的含量，如進行冷凍脫水。
②在孔板前后，分別安裝排水裝置，如圖所
采用自動排水加人工排水的方法，實際效果很好。公司要求，冬季每班必須排水一次，其他季節(jié)每天排水一次，排水后，檢查排水閥是否關緊。
3. 3定期清洗、吹掃計量裝置
*先，氣源廠應加強對煤氣的凈化處理，使其符合**有關質(zhì)量標準，減少對流量計的污染。其次，定期對孔板及直管段上的雜質(zhì)進行清洗、吹掃。可采用:①在線式可換孔板，②多管并聯(lián)。二者均能做到在不停氣的情況下更換、清洗、吹掃氮氣流量計系統(tǒng)，這會給那些氣質(zhì)較差且停氣較困難的用戶帶來清洗上的方便?？偣練庠磸S在1995年由原來的單管計量，改為多管并聯(lián)計量，同時又安裝了三套可換式氮氣流量計(二開一校)，定為每3個月清洗、吹掃一次(視其臟污程度，可調(diào)整清洗周期)，此項工作由氣源廠和我公司共同進行。
3.4定期校驗二次儀表
為使二次儀表高準確度運行，應定期檢查、校驗二次儀表，具體內(nèi)容為:①檢查取壓管是否存在堵塞、進水及泄漏現(xiàn)象，尤其要注意泄漏問題，管子、接頭、閥門、焊縫、與差壓變送器的連接處等均為可能的泄漏點，應用肥皂水等方法檢漏;對與差壓變送器連接的三閥組中的平衡閥亦應注意，防止失靈后使高低壓串通，導致壓差減小進而影響計量精度。②校驗差壓變送器的零點，減小零點漂移帶來的影響。③除差壓變送器外，其他二次儀表組成整體用高精度的差壓計進行在線模擬試驗，確保量程在允許的范圍內(nèi)。以上檢查、校驗工作由我公司和氣源廠雙方儀表人員每月26日共同進行，并作好記錄，共同簽字認可。