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满管式抗振型涡街流量计在氢气流量计量中的应用

1、氢气流量计量现状随着氢气的广泛利用, 氢气的计量已成为大家关注的问题。 山东鲁西化工股份有限公司氯碱化工分公司现有 10 万 t/a 隔膜烧碱装置, 每年产生氢气约 3 120 万 m 3 , 除少量氢气反应合成氯化氢气体外,其余氢气全部放空处理,而相隔几百米的合成氨厂每年使用大量的原煤生产水煤气, 既浪费了能源,又污染了环境。 为提高园区的综合经济效益,2009 年下半年,氯碱化工分公司开始向合成氨分厂输送氢气; 为了加强 2 个企业的成本核算, 2010 年初,在氢气输送管道上增加了氢气计量装置。

目前,氢气测量用的仪器主要有孔板流量计、涡街流量计和热式质量流量计等。 隔膜制碱工艺的特性决定了外送氢气压力较低,一般只为几十千帕,且流速较低,如使用孔板流量计,压差值较小,受差压变送器制造精度的影响,孔板流量计的误差较大。因输送氢气的管道直径较大, 如使用科氏力质量流量计投资较大。由于所送氢气中含有一定的水分,不宜使用热式质量流量计 (热式质量流量计适用于经过干燥处理的气体计量)。2、涡街流量计的工作原理涡街流量计是应用流体振动原理来测量流量的,流体在管道中经过涡街流量变送器时,在旋涡发生体后,上下交替产生正比于流速的两列旋涡,旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关,可用公式 f=Stv/d 表示,式中 f 为旋涡的释放频率; v 为流过旋涡发生体的流体平均速度; d 为旋涡发生体特征宽度; St 为斯特罗哈数,无量纲,它的数值范围为 0.14~0.27 。 由此可知,通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度 v , 再由式 q=vS 可以求出流量 q ,其中, S 为流体流过旋涡发生体的截面积。涡街流量计主要用于测量流体介质的流量,如气体、液体、蒸气等多种介质。 其特点是压力损失小、量程范围大、精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、黏度等参数的影响。所以,在选用氢气流量计时,可优先考虑涡街流量计。

3、影响涡街流量计计量的因素

3.1 流量计所在管道中的脉动流因涡街流量计是一种流体振动型流量计, 而目前国内氢气输送一般使用罗茨式鼓风机, 管道中的氢气实际上是脉动流, 脉动流的信号会叠加到测量信号中,影响流量计的测量精度

3.2 流量计前后的直管段长度涡街流量计所测的是管道中流体的流速,所以,流量计前后的直管段如达不到要求, 流体在管道中流速会不均匀,影响流量计的测量精度。 对于缩管,要保证其上游侧的直管段长度不小于 5 D , 其下游侧的直管段长度也不小于 5 D ( D 为流量计的标称内经);对于扩管,要保证其上游的直管段长度大于10 D , 其下游的直管段长度大于 5 D 。 根据现场情况,安装时,流量计上游留有约 13 D 的直管段,流量计下游留有 5 D 的直管段。

3.3 管道的振动由于涡街流量传感器测量的是漩涡的频率信号,管道的振动对涡街流量计的精度影响较大,以往使用的涡街流量计在管道振动时误差明显加大,甚至无法正常使用。为了消除振动对涡街流量计测量精度的影响,选用了抗振型涡街流量计。 抗振型氢气流量计采用双涡街发生体、独立振动检测传感器、振动频谱识别及抑制系统、获得专利的独特振动频谱分析流量信号识别技术,可精确检测流量信号,具有超强抗振能力,在 20m/s 2 加速度的振动下,能够准确计量。

4、使用效果根据该公司氢气压力低、流速小、管径大的工况条件, 选用了满管式抗振型涡街流量计测量氢气流量计量。 因原管道直径为 DN400 ,流速较低,不易进行测量,为提高氢气测量精度,必须提高氢气的流速以满足测量条件,因此,将管道缩径为 DN300 。 管道缩径后氢气的流速增加,易产生静电,为防止静电荷在此积聚,单独制作了接地电极。电极的制作是将 3 根长约 2.5 m 的 DN50 镀锌钢管每隔 5 m 左右砸进土壤里,用镀锌扁铁将其进行连接,然后用 16 mm 2 接地软线连接在流量计的接地端子上。 经过安装与调试,涡街流量计投入运行后,运行一直较为稳定,计量数据和工艺计算的理论数据基本相符,使用效果较好。