一起空分裝置流量測(cè)量元件計(jì)量誤差事件的處理方法沈夢(mèng)榮

1、一起空分裝置流量測(cè)量元件計(jì)量誤差事件的處理方法沈夢(mèng)榮，丁傳琪，李燕鵬（中國(guó)空分設(shè)備有限公司浙江杭州 310051）摘要：通過(guò)一起空分裝置流量測(cè)量元件計(jì)量不準(zhǔn)確的事件，分析其中配管因素對(duì)于流量計(jì)計(jì)量精度的影響。在無(wú)法更改現(xiàn)場(chǎng)配管走向的情況下，通過(guò)增設(shè)管道流動(dòng)整直器的方法最終解決了問(wèn)題，并總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。Abstract: Analysis of piping factors effect on the flowmeter measurement accuracy, because of an inaccurate measurement event about air separation un

2、it with the flow measurement device. Finally solved the problem by using the method of adding pipe flow straightening machine when piping to the scene of the unable to change the move towards situation, and sums up the experiences and lessons.關(guān)鍵詞：空分 純化系統(tǒng) 阿紐巴流量計(jì) 流動(dòng)整直器 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)Key words : Air separation P

3、urification system Annubar flow element Flow straightening machine Experiences and lessons1 前言某石化公司于八十年代初期從國(guó)外知名空分公司引進(jìn)一套10000Nm3/h空分裝置，該裝置運(yùn)行至今已近三十年。近年來(lái)，分子篩純化系統(tǒng)曾多次出現(xiàn)分子篩填料通過(guò)床層泄漏事件，并經(jīng)由用戶(hù)自行進(jìn)行了多次修補(bǔ)。由于用戶(hù)認(rèn)為該分子篩純化系統(tǒng)的可靠性及安全性出現(xiàn)了明顯降低，用戶(hù)于2015年決定對(duì)該分子篩純化系統(tǒng)進(jìn)行整體更換改造。本項(xiàng)目由我司負(fù)責(zé)設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，某機(jī)械制造公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)制造。項(xiàng)目于2015年6月下旬實(shí)施安

4、裝更新，2015年7月12日空分裝置重新啟動(dòng)，改造后純化系統(tǒng)同時(shí)投入運(yùn)行，純化系統(tǒng)出口處檢測(cè)空氣中CO2含量指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2 現(xiàn)象與判斷空分裝置運(yùn)行后不久發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MS1純化器與MS2純化器工作狀態(tài)相互切換后，空氣出純化系統(tǒng)的流量測(cè)量值相差較大。當(dāng)MS1純化器工作時(shí)空氣出系統(tǒng)流量約為37300Nm3/h，當(dāng)MS2純化器工作時(shí)空氣出系統(tǒng)流量約為53600Nm3/h，而空氣流量設(shè)計(jì)值為53000Nm3/h。繼續(xù)觀察純化系統(tǒng)運(yùn)行三個(gè)周期后，結(jié)果依然是MS1純化器工作時(shí)較MS2純化器工作時(shí)空氣出系統(tǒng)流量計(jì)量值偏低，且偏差值趨于某一穩(wěn)定值。空氣出兩臺(tái)分子篩純化器匯入空氣總管后流經(jīng)同一臺(tái)流量測(cè)量元件計(jì)量

5、，并最終進(jìn)入冷箱內(nèi)分餾塔系統(tǒng)參與精餾過(guò)程。純化系統(tǒng)流程組織示意圖見(jiàn)圖1。通過(guò)觀察，在分子篩純化系統(tǒng)三個(gè)切換周期的運(yùn)行過(guò)程中，空壓機(jī)排壓及上、下塔操作壓力未發(fā)生變化，空分裝置各產(chǎn)品產(chǎn)量與純度亦未見(jiàn)波動(dòng)。同時(shí)，在裝置運(yùn)行初期，所有自動(dòng)控制閥均處于手動(dòng)狀態(tài)，未投自動(dòng)，閥門(mén)流通能力相對(duì)固定。上述現(xiàn)象說(shuō)明在兩臺(tái)純化器切換的過(guò)程中空壓機(jī)排氣量及進(jìn)分餾塔系統(tǒng)的空氣量實(shí)際未發(fā)生明顯變化，這也證實(shí)了當(dāng)兩臺(tái)分子篩純化器切換運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際通過(guò)每臺(tái)純化器的空氣量是基本相等的。圖1 純化系統(tǒng)流程組織示意圖3 原因分析本次純化系統(tǒng)改造更換項(xiàng)目按照用戶(hù)前期要求，兩臺(tái)純化器基礎(chǔ)利舊，純化器外形尺寸與管口位置盡可能與原純化器

6、一致，純化器、控制閥門(mén)及系統(tǒng)內(nèi)管道整體更換，配管盡可能保持原有走向。由于現(xiàn)場(chǎng)原有兩臺(tái)純化器的基礎(chǔ)定位相距較近，更新后的純化器位置也無(wú)法變更，這致使配管空間相對(duì)受限，對(duì)于原有配管的優(yōu)化設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員在布置純化器空氣出口管道時(shí)，綜合考慮閥門(mén)操作方便及有限的配管空間等因素，采用了不對(duì)稱(chēng)布置形式。純化器空氣出口管道配管示意圖見(jiàn)圖2。圖2 純化器空氣出口管道配管示意圖位于空氣出口匯總管的流量測(cè)量元件FRQC1是一臺(tái)阿紐巴流量計(jì)。按工作原理分類(lèi)屬于差壓式均速管流量計(jì)，安裝方式為插入式。插入式流量計(jì)由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得它在大口徑流量測(cè)量中有突出的優(yōu)點(diǎn)，如價(jià)格低廉，重量輕，壓損小，易于安裝、維修等。該流

7、量計(jì)為利舊儀表，流量計(jì)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)業(yè)主儀表人員檢查后，可以排除是由于測(cè)量元件自身差壓測(cè)定不準(zhǔn)或流量計(jì)算公式有誤或DCS系統(tǒng)所造成的誤差。那么此時(shí)我們的判斷為，造成此次流量計(jì)量差異產(chǎn)生的原因很可能是由于兩臺(tái)分子篩純化器空氣出口管道的不對(duì)稱(chēng)布置所引起的。由分子篩純化系統(tǒng)的工作特點(diǎn)可知，每當(dāng)工作純化器發(fā)生一次切換，流經(jīng)空氣匯總管的空氣路徑將發(fā)生一次改變。對(duì)于出口支管段對(duì)稱(chēng)布置的純化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，切換前后雖然空氣流路發(fā)生了變化，但是流經(jīng)的管路特性是一致的（流經(jīng)的管件數(shù)量與型式保持不變，流經(jīng)的管道長(zhǎng)度保持不變）；而對(duì)于純化器出口支管段非對(duì)稱(chēng)布置的純化系統(tǒng)，情況則要復(fù)雜的多。當(dāng)然，理論上如果測(cè)量元件上游直管段足夠長(zhǎng)

8、時(shí)，即使上游流體流動(dòng)路徑發(fā)生了改變，但經(jīng)過(guò)充分發(fā)展流動(dòng)后，消除旋渦，流型得到穩(wěn)定，流量測(cè)量元件所測(cè)量到的差壓也會(huì)趨于一致。該項(xiàng)目中，流量計(jì)安裝位置見(jiàn)圖2，流量計(jì)上游直管段長(zhǎng)度約為10米，似乎滿(mǎn)足我們一般意義上認(rèn)為的差壓式流量計(jì)“前十后五”的要求（即流量計(jì)上游側(cè)直管段長(zhǎng)度不少于十倍管道直徑，下游側(cè)直管段長(zhǎng)度不少于五倍管道直徑）。而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)MS2純化器工作時(shí)，出口空氣流量接近設(shè)計(jì)值53000Nm3/h，與空壓機(jī)排氣能力基本吻合；而每當(dāng)MS1純化器處于工作狀態(tài)時(shí)，出口空氣流量指示僅約為37300Nm3/h，偏低近30%，流量計(jì)指示值明顯不準(zhǔn)確。從MS1純化器出口空氣管路布置分析

9、，空氣出純化器依次有DN700/DN400縮接，DN400彎頭，DN400蝶閥，以及連接DN400支管與DN600總管的異徑三通。當(dāng)氣體流經(jīng)DN700/DN400縮接及DN400彎頭時(shí)速度分布產(chǎn)生畸變與二次流動(dòng)，流經(jīng)DN400蝶閥時(shí)管內(nèi)氣體速度分布發(fā)生畸變、二次流動(dòng)與旋渦，流經(jīng)異徑三通匯入總管時(shí)與管壁撞擊而粘滯速度分布發(fā)生畸變同時(shí)產(chǎn)生旋渦。表1所示為均速管流量計(jì)所要求的直管段長(zhǎng)度。根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際情況，配管類(lèi)型可大致簡(jiǎn)化為類(lèi)型3，表中顯示當(dāng)不采用整流器且流經(jīng)管件不在同一平面內(nèi)時(shí)，流量計(jì)上游側(cè)最短直管段長(zhǎng)度要求為24D（D為管道公稱(chēng)直徑）。若按表1要求，那么當(dāng)MS1純化器工作時(shí)，從匯總管異徑三通處

10、至流量計(jì)的直管段長(zhǎng)度則略顯不足（空氣出口匯總管直徑DN600，流量計(jì)上游側(cè)最短直管段長(zhǎng)度要求24D，即14400mm）。同理，空氣出MS2純化器并最終斜接匯入總管處距流量計(jì)的直管段長(zhǎng)度亦略顯不足，但由于斜接管型式對(duì)于流體產(chǎn)生流速畸變或旋渦的影響在一定程度上要優(yōu)于三通型式，故實(shí)際測(cè)量中未測(cè)得當(dāng)MS2純化器工作時(shí)空氣流量值的明顯偏差。表1 均速管流量計(jì)所要求的直管段長(zhǎng)度4 問(wèn)題處理由于現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)FRQC1為利舊儀表，改造施工中未涉及，且下游側(cè)直管段長(zhǎng)度又相對(duì)較短，無(wú)法通過(guò)改變流量計(jì)的安裝位置來(lái)增加上游側(cè)直管段長(zhǎng)度。因此，我們通過(guò)上述原因分析向用戶(hù)提供了以下兩種處理方法：（1） 修正均速管流量計(jì)的流

11、量系數(shù)根據(jù)此類(lèi)流量計(jì)工作原理，其測(cè)量公式中有一個(gè)流量系數(shù)，這個(gè)系數(shù)反映了流量計(jì)按標(biāo)準(zhǔn)制造安裝的流量計(jì)修正系數(shù)。流量計(jì)計(jì)量值發(fā)生了偏離，是設(shè)計(jì)、制造、安裝使用一系列因素造成的，也即流量系數(shù)發(fā)生了變化。由于均速管流量計(jì)其流量測(cè)量的重復(fù)性比較好，且純化系統(tǒng)空氣出口流量?jī)H作為控制流量，而非貿(mào)易結(jié)算用流量。因此使修改流量系數(shù)成為可能，這種方法最大的好處是極為便捷且不產(chǎn)生任何能耗的增加。（2） 采用流動(dòng)整直器由表1可知，若在流量計(jì)上游側(cè)直管段中增設(shè)流動(dòng)整直器，則能大大降低流量計(jì)上游側(cè)最短直管段長(zhǎng)度要求，雖然這種方法增加了部分的永久壓損，但在某些特定場(chǎng)合具有其特有的使用價(jià)值。根據(jù)GB/T2624.1-200

12、6用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿(mǎn)管流體流量 第一部分：一般原理和要求附錄C，采用流動(dòng)整直器能夠消除或顯著減少旋渦但不能同時(shí)產(chǎn)生容許流動(dòng)狀態(tài)（參見(jiàn)參考文獻(xiàn)2），流動(dòng)整直器型式可分為管束式流動(dòng)整直器（圖3）、AMCA整直器（圖4）和Etoile整直器（圖5）。圖3 管束式流動(dòng)整直器圖4 AMCA整直器圖5 Etoile整直器最終經(jīng)過(guò)討論，用戶(hù)認(rèn)為純化系統(tǒng)空氣出口流量指示值被用于空氣壓縮喘振控制，屬于重要參數(shù)，故決定采用增設(shè)管束式流動(dòng)整直器的方式來(lái)減小或消除計(jì)量偏差。管束式流動(dòng)整直器由一捆緊固在一起平行相切并剛性地夾持在管道中的管子組成。管束式流動(dòng)整直器至少宜有19根管子，管子直徑小于等于0

13、.2倍管道直徑，管子長(zhǎng)度宜大于等于10倍管子直徑。依據(jù)用戶(hù)生產(chǎn)安排，空分裝置于2015年8月15日進(jìn)行臨時(shí)停車(chē)，并在空氣出口流量計(jì)上游側(cè)加裝了流動(dòng)整直器。最終，在MS2純化器空氣出口管斜接匯入空氣總管后，流量計(jì)FRQC1上游側(cè)，安裝了由22根DN100不銹鋼管子組成的管束式流動(dòng)整直器，管束長(zhǎng)度1300mm。2015年8月16日空分裝置再次啟動(dòng)，F(xiàn)RQC1流量計(jì)在工作純化器切換前后計(jì)量空氣出系統(tǒng)流量，流量指示值基本一致，與設(shè)計(jì)值相符。通過(guò)此次增設(shè)流動(dòng)整直器，完美的解決了工程實(shí)踐中出現(xiàn)的流量計(jì)上游側(cè)直管段無(wú)法滿(mǎn)足最短長(zhǎng)度的問(wèn)題，從而保證了空分裝置的整體穩(wěn)定運(yùn)行及空氣壓縮機(jī)控制要求，對(duì)于其他有類(lèi)似情況發(fā)生的工程項(xiàng)目具有一定借鑒作用。5 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)本次改造項(xiàng)目屬于分子篩純化系統(tǒng)整體改造，除了滿(mǎn)足分子篩純化器設(shè)備自身的安全可靠性之外，設(shè)計(jì)人員對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的把握應(yīng)具有全局性，使系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行測(cè)量指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，是保證整個(gè)裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。對(duì)于分子篩純化系統(tǒng)的管路應(yīng)盡可能采用對(duì)稱(chēng)布置型式，以減少純化器切換工作前后對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的影響。如果確實(shí)由于空間限制，無(wú)法滿(mǎn)足純化系統(tǒng)主要管道完全實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)布置的要求時(shí)，則應(yīng)評(píng)估其對(duì)下游設(shè)備或計(jì)量?jī)x器影響，如影響較大時(shí)須采取相應(yīng)措施，減少或消除影響。隨著空分裝置的大型化