炼化企业燃料气计量问题及对策
炼化企业燃料气 计量问题及对策
中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司宁波　315000)
摘要：文章分析某公司历年来燃料气计量，主要是节流式差压流量计计量案例，针对存在的问题，结合现场实际工况，提出在现有工况条件下解决变组分气体计量的对策和方法，并在实施基础上进行验证分析。
关键词：燃料气 节流式差压流量计 补偿
某公司炼油装置年消耗的燃料气总量约60万吨，占炼油总能耗30%～40%，按3000元/吨计算，一年燃料气消耗就达18亿元。按流量计准确计量并真实考核，实现节能降耗，是当前计量工作的一项非常重要的举措，尤其是在当前节能低碳、绿环保的新形势下，燃料气的准确计量，显得更为重要。某公司装置燃料气计量配置中，节流式差压流量计占70%，质量流量计占23%，超声波流量计占7%。本文主要分析节流式差压流量计变组分气体计量问题、对策展开分析。
1节流式差压流量计工作原理
节流式差压流量计由节流装置、引压管、差压变送器和流量二次仪表组成，因其结构简单、牢固、性能稳定可靠、使用期限长、价格低廉等特点，在目前的工业生产中，节流装置被大量应用，常用的节流装置有标准孔板、标准喷嘴、文丘里管等，根据国际GB/T 2624，对于标准节流装置，压差与流量的函数关系式[1]为：
⑴
式中：qm为质量流量；C为流出系数；为孔板孔径与管道内径之比，=d/D；为可膨胀系数，当流体为不可压缩性流体时；d为孔板开孔直径；ΔP为节流元件前后的差压；ρ为节流件入口端流体密度。式（1）是基于额定工况下设计条件下，即流出系数 C、可膨胀系数、节流件入口端流体密度ρ为定值时，质量流量qm与节流元件前后的差压ΔP成正比，但在实际测量过程中，当测量介质温度、压力、组分变化时，流出系数 C、可膨胀系数、节流件入口端流体密度ρ均会发生变化，质量流量qm测量值将造成偏差，某公司曾组织过一次公司炼油装置燃料气节流式差压流量计调查，对节流元件前后差压ΔP、节流件入口端流体密度我等的花儿都谢了变化分析如下：
2节流式差压流量计测量问题
2.1差压的测量及其误差对qm的影响
节流元件前后差压ΔP的测量由差压变送器来完成的，差压变送器经过一系列的改进,其测量准确度已不断提高,大部分差压变送器准确度最高可达0.075%，随着差压变送器准确度的提高，差压变送器本身准确度对差压测量的影响已变得微不足道。正确安装和使用差压变送器以真实地反映差压的大小，便成了我们更应关注的问题。根据公式（1），在不考虑其它参数变化的情况下，当差压引起的误差在±0.25%，流量的误差在±5%；当差压较小时，差压的较小误差或者说差压有较小的变化，流量就有较大的变化，即在小流量时，差压微小测量误差将对流量测量造成较大的误差[2]。
2.2小流量计量不确定度计算
一般我们要求工艺操作流量计大于满量程30%，这样节流元件前后的差压ΔP约为满量程10%可保证测量准确度，但某公司工况操作流量小于满量程30%的情况较多，如某台仪表差压设计量程为0～16.16kPa，但实际差压仅为0.2kPa，实际工艺流量只有满量程的9%，又如某台仪表，差压量程为0～9.81kPa，实际差压仅为0.06kPa，实际工艺流量只有满量程的８%，从而产生较大的计量误差。
2.2.1小流量状态下计量不确定计算
根据GB/T2624.2规定[3]，节流式差压流量计计量不确定度由差压测量不确定度、可膨胀系数不确定度荒的拼音、流出系数不确定度组成。以第一台表为例，差压变送器准确度等级0.075级，差压量程为0～16.16kPa，节流件正端取压口压力值为0.2kPa，内径81mm、开孔直径46.62 mm计算：
差压测量不确定度 为：
（2）
式（2）中ξΔp为差压变送器准确度等级，ΔPmax=差压量程上限，kPa，ΔP为节流元件前后的差压值，kPa；
流出系数不确定度 为：按照GB/T 2624.2-2006规定[3]，本例中0.2≤β≤0.6，所以： =0.5%。
可膨胀系数不确定度 为：按照GB/T 2624.2-2006规定[3]，可用下列公式计算：
（3）
式（3）中ΔP为节流元前后的差压值，kPa；K为等熵指数，本例取1.4；P1为节流件正端取压口压力值，kPa。
标准不确定度计算：则该例测量不确定度 〔 + + 〕1/2
〔(4.04)2/4+0.52产能管理+0.00000822〕1/2=2.08%提速快的车
本案例测量系统不确定度2.08%，已大于节流式差压流量计不确定度1.5%。
2.3安装和使用过程问题
除小流量造成的计量偏差外，下列原因导致偏差更大[4]，如差压变送器带开方功能，但DCS也设置开方，使得输出偏大；引压管内漏或带液；平衡阀内漏；差压变送器零点漂移；节流件磨损、变形；孔板装反等造成节流件差压值偏差。
2.4节流件入口端流体密度ρ对qm的影响
炼油装置燃料气的组分比较复杂，密度变化很大，特别是临氢装置的废氢进燃料气系统以用气柜回收的燃料气，经分析历史数据，其标准密度变化幅度达（0.4～1.2）kg/m3，而且燃料气的压力变化也较大，个别计量点达（120～300）kPa，温度波动幅度相对较小，因此，受组分、压力、温度影响，节流件入口端流体密度ρ变化将直接影响qm值[5]。如某装置FE8210节流式差压流量计，原设计标准密度为1.261kg/m3，但实际标准密度却只有0.6643kg/m3，仅仅因密度变化造成测得流量比实际小约32.20%。经调查，在该公司炼油装置节流式差压流量计中，工况密度导致约68.8%的流量计不确定度无法满足节流式差压流量计不确定度1.5%要求。
2.5未实施温度、压力补偿或补偿错误
叛逆者剧情经调查，某公司约1/5流量计存在二个方面的补偿问题，一是在生产管理系统实施温压补偿了，但补偿公式使用错误或参数错误，如：某装置的一台流量计温压补偿公式使用错误，因公式使用错误引起目前测得流量比实际大约8%，另一台流量计其设计温度为40℃，设计压力为0.4MPa；但补偿公式内使用了90℃及0.5 MPa进行补偿，因补偿参数错误引起目前
测得流量比实际小约3%；二是在DCS中已有补偿但在统计系统又重复实施温度与压力补偿。
3 对策与措施
3.1节流件差压值偏差
3.1.1小流量测量措施
如果正常气体测量10：1量程比可满足工艺要求，则将工艺管线及节流件缩径，以满足流量计不确定度1.5%要求[6]。反之，要获得更大的量程比对，可采用双量程差压式流量计，分别各引入低量程、高量程差压变送器和具有双量程演算功能的二次表，从而大大提高低差压段流量的准确度。
3.1.2安装和使用过程导致节流件差压值偏差，需采取的措施本文不做阐述。
3.2节流件入口端流体密度偏差措施
3.2.1为解决温度、压力影响流体密度问题，经式（3）计算流出系数0不确定度0.5%、可
膨胀系数不确定度可忽略不计，因此，在忽略流出系数、可膨胀系数前提下，根据式（1）可推导出压力、温度对流体密度补偿修正公式[7]：
和 （4）
上式中，qv实、qv为0℃、1个大气压条件的标准体积，qm实、qm为质量流量，Pm实为工况条件下绝对压力，P设为设计条件下绝对压力 ，T实为工况条件下绝对温度，T设为设计条件下绝对温度。
3.2.2解决气体组分变化影响流体密度问题，根据式（1）可推导出气体组分对流体密度补偿修正公式[8]：
和 （5）
其中ρ实、ρ设分别为工况条件、设计条件时，0℃、1个标准大气压条件下的标准密度。因此，为消除温度、压力、气体组分对测量结果的影响，可在DCS系统中进行温度、压力、密度修正。
3.2.3温度、压力、气体组分补偿案例
某装置燃料气，补偿前位号FT8210.PV、补偿后位号FT8210.CPV，密度位号AI7004.PV，FT8210.PV和FT8210.CPV测量值为标准体积，补偿公式如下：
开个什么店好核算补偿后数据准确性验证：
手操器测量差压变送器差压值11.168kPa、温度TI7066：39.2 ℃、压力PI7066：0.576 MPa、燃料气分析密度：0.9546kg/m³，DCS显示流量：11.897kNm³/h。
根据GB/T2624计算方法，采用软件计算流量11.968kNm³/h，与DCS流量差量71 Nm³/h、测量不确定度为0.6%，说明节流式差压流量计测量变组分燃料气采用密度、温度、压力补偿后，可满足节流式差压流量计测量不确定度1.5%要求。

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