瓦斯计量表在石家庄炼化分公司中的选取和应用

秦 雯

（中国石化石家庄炼化分公司，河北 石家庄 050000）

1 前言

瓦斯计量在炼化系统中十分重要，测量瓦斯的计量表种类也众多，流量计选型就成为瓦斯计量的关键环节。瓦斯的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微，量的惰性气体，如氦和氩等。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg。然而炼油厂的瓦斯组分十分复杂而且变化是随机的，没有任何规律，变化的幅度也较大。因此给瓦斯计量工作带来了很大的困难，本文着重介绍了几种常用的瓦斯计量仪表的原理，并进行了比较。

2 瓦斯计量表的主要形式及功能比较：

（1）节流装置：差压式流量计测量气体质量流量基本公式为：

式（1）中ρ1为气体在工作条件下正端取压口处的密度kg/m3。

气体组份变化后，标准状态体积流量与各自变量的关系公式，推导过程很繁琐，但得到的结论却很简单。

式（2）中qvn为气体在标准状态下的体积流量，Nm3/h；qvnd为未经密度补偿的标准状态体积流量，Nm3/h。

上式计算时在流量演算器（模块）中完成的。其中，ρnd、Pd、Td的数值可由孔板计算书查得，然后写入仪表的菜单。Pf和Tf是实测值。Zd是Td、Pd、Tc、（临界温度）和Pc（临界压力）的函数，在流量演算器中计算得到。Zd是 Tf、Pf、Tc和 Pc的函数，也在流量演算器中得到。对于变组分气体，ρn也是变量，即气体组分变化时，其标准状态密度也相应变化。式中ρ1的不仅随温度、压力变化，还随组份变化。

（2）TDS型智能旋进流量计：其工作原理为：当沿着轴向流动的流通进入流量计传感器入口时，螺旋形叶片强迫流体进行旋转运动，于是在漩涡发生体中心产生漩涡流，漩涡流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流使漩涡流加速，当漩涡流进扩散段后，因回流作用强迫进行旋进式二次旋转。此时漩涡流的旋转频率与介质流速成正比，并为线性。两个压电传感器检测的微弱电荷信号同时经前置放大器放大、滤波、整形后变成两路频率与流速成正比的脉冲信号，积算仪中的处理电路对两路脉冲信号进行相位比较和判别，剔除干扰信号，而对正常的流量信号进行计数处理。流量计中的微处理器按照气态方程进行温压补偿，并自动进行压缩因子修正。

通过流量计测得标准状态下的瓦斯体积，根据标准状态下的瓦斯密度计算出质量。

（3）热式质量流量计。热式质量流量计的工作原理：在一根小口径薄壁测量管的外壁上，对称绕制两个具有较高温度系数的电阻线圈，并与另外两个电阻组成一直流电桥。电阻线圈既是加热元件又是测温元件。当无气体通过时，上下游电阻丝温差为零，当有气体流过时，上游温度下降，下游温度上升，产生温差。温差的存在使得上下游电阻丝产生一电阻差，从而达到计量。

众所周知，在相同的温度和压力下，1mol不同气体占用相同的体积。在标准状态下（压力为1atm和温度为0℃）任何1mol气体都占有体积V0=22.41L。摩尔量为M的m克气体占有标准体积V=mV0M,而质量流量qm=m/t，所以

传感器输出信号与气体摩尔热容和标准体积流量的乘积成正比。当气体摩尔热容恒定时，输出信号与气体标准体积流量成正比。

理想气体的比热容和摩尔热容不随温度、压力而变化，实际气体的比热容和摩尔热容受温度、压力的影响，但变化比较小。不同气体的比热容和摩尔热容不相同。

（4）科氏质量流量计。流体在振管中流动时能产生于流体质量流量成正比的科里奥利力。质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的U型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周期振动，介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度当速度为零时，U型管只有上下振动而不受科里奥利力的作用。当有流体通过U型管时，U型检测管在上下振动时将受到科里奥利力的作用。由于U型管的两臂中流动方向相反，受到科里奥利力的方向也相反，形成了一对力矩T作用，使U型管产生扭转角。

即质量流量与检测管扭转角θ成正比。在U型管两侧的振动中心设置传感器A和传感器B，则传感器A和B检测到的信号将存在一相位差△φ，在时间域内存在一时间差△t，显然，这时间差△t与扭转角θ成正比。因为检测管在振动中心位置时垂直方向的线速度为Lω，所以时间差△t=2Rθ/Lω，得

由式（4）可以看出，只要测出两传感器A和B的信号时间差△t（也就是相位差△φ），就可以测得质量流量qm，而与流体的物性参数和测试条件无关。

通过上述的几种测量方法，可以看出节流装置、涡街流量计、旋进式流量计所测流量均为标况体积流量，然后根据瓦斯的标况密度计算出瓦斯的质量，瓦斯标况密度均为常数。然而通过长时间的观察和计算，我厂的瓦斯组份变化复杂且频繁，致使瓦斯的标况密度并非一成不变，其变化范围可达0.1554~2.0321kg/Nm3。这时，如果仍然将流体标准状态密度当作常数来处理，最大测量误差就将达百分之几十。不同组份的气体其摩尔热容和传热系数不同，当组份变化较大时，因摩尔热容和传热系数的变化，因此选用热式质量流量计也会对流量测量带来较大的误差。

3 结语

瓦斯系统选用科氏力质量流量计，科氏质量流量计测量不受介质密度组份变化的影响，直接用质量流量平衡数据，避免了密度变化带来的误差。适合我单位组份变化复杂的瓦斯计量，并且在测量质量的同时，科氏质量流量计还可以测量介质的密度，间接测量介质的温度，亦可作为瓦斯系统的能耗核算的参考。

目前在我厂瓦斯系统中已逐步应用为科氏质量流量计，已经更换科氏质量流量计11台，科氏质量流量计在我厂瓦斯系统中的应用仍处于摸索阶段，就目前的瓦斯能耗核算来看科氏质量流量计测量变组分瓦斯质量相对于节流装置、旋进式流量计、热式质量流量计等较为准确，且科氏质量流量计的日常维护量也明显少于节流装置、涡街流量计等。

[1]纪纲.流量测量仪表应用技巧(第二版)[M].北京：北京工业出版社，2009.

[2]袁庆青.瓦斯质量流量及其密度测量[J].化工自动化及仪表，1994.

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