石油化工等行业火炬气流量测量解决方案

在石油化工等行业，总会看到一种冒着火焰的“烟囱”，它日夜不停的燃烧着，有人会说这要烧掉多少燃料，多浪费啊。那么，为什么还有这么做呢？

其实，这并非是烟囱，它的名字叫做安全火炬。

火炬气是石油化工行业工艺过程中产生的废气，成分主要为碳原子，氢气和碳氢化合物等复杂的混合气体，属于易燃易爆有毒有害气体。由于其回收再利用工艺复杂但又不能直接排放，为了减轻对大气环境污染，通过火炬将其烧掉是安全简便的方法。

火炬气流量测量对生产过程质量控制，泄露监测，物料平衡至关重要，气体流量与压力的检测与控制对于火炬能否安全、正常工作有着决定性意义，控制不当会造成火焰熄灭、喷射或回火等事故，其中以回火为危险。

不同工艺对火炬要求和使用情况也不相同，常用火炬处理的气体有：

• 石油行业油井中与原油一起排出的不可回收气体；
• 化工行业过程产生的废气；
• 鼓风炉或焦炉排放的不可利用的气体。

火炬气流量测量的难点：

• 成分比较杂；
• 流速波动范围太大，低可为 0.1ft/s，情况流速高达 250ft/s,正常生产时需要处理的废气量较小，但紧急事故时会有大量的气体释放出来，需要及时通过火炬排放，因此要求流量测量具有较宽量程。
• 气体压力变化范围大；
• 有些含有冷凝液或液态氢化合物，即潮湿性气体；
• 有些含酸性，具有腐蚀性；
• 气体脏，对仪表有污染。

典型的煤气测量对流量计至少有如下几个要求：

1. 可测量较大管径的气体流量（300-2000mm）

2. 可测量低流速，低压力，低密度的气体流量

3. 必要的情况 可以在线清洁应对“结焦”现象

4. 应对介质组分变化对测量的影响

5. 没有压损

6. 量程比宽

长期以来管道煤气流量的测量一直采用的是差压式流量测量技术，但是存在很多的问题，比如可测量程的上下限比值非常小，在下限以下的流量则不能准确测量。

下面我们依据测量的原理对几种流量计做如下总结：

（1）孔板、巴类流量计、V锥、文丘里管流量计

原理：差压原理

管道内安置节流元件，管道内流体在通过该节流件时，在节流件前后将产生压力差。对于一定形状和尺寸的节流件、一定的测压位置和前后直管段、一定的流体参数情况下，节流件前后的差压△P与流量Q之间关系符合伯努利方程。通过测量差压值求得流量。

缺陷：流通介质受节流元件影响，有压损，非实流标定带来偏离和不确定性。节流元件与测量介质接触,介质中的粉尘、颗粒等杂质会粘附在节流元件上，会造成流量计测压孔堵塞、节流件变形，严重的甚至造成流体不能在管道流通的恶劣情况。

      1、测量的重复性、度在流量传感器中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，度难于提高；

　　2、范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅3∶1～4∶1；
3、有较长的直管段长度要求，一般难于满足。尤其对较大管径，问题更加突出；
4、压力损失大；
5、孔板以内孔锐角线来保证精度，因此传感器对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感，长期使用精度难以保证，需每年拆下强检一次；

（2）涡街流量计

原理：涡旋频率和流量

在流体中设置三角柱型旋涡发生体,则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种漩涡称为卡门旋涡,在一定范围内旋涡分离频率与流量成正比。

特点:压损小,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、温度等参数的影响。

缺陷：

对流速有要求,低流速低于测量下限。产生挂料时,影响仪表精度，在线维护困难

（3）靶式流量计

原理：

当介质在管中流动时,因其动能通过阻流件(靶)时而产生的压差,并对阻流件有作用力,其作用力大小与介质流速的平方成正比,阻流件靶接受的作用F,经刚性连接的传递件(测杆)传至电容力传感器,电容力传感器产生电压信号输出。

缺陷：

靶式传感器与测量介质接触,受到工艺介质的腐蚀,造成传感器性能变化,测量数据失真。

即是利用流体流过发热物体时，发热物体的热量散失多少与流体的流量成一定比例关系。具体来说，该流量计的传感器有两只标准级的RTD，一只用来做热源，一只用来测量流体温度，流体流过时，两者之间的温度差与流量的大小成非线性关系，该仪表就可以把这种关系转换为测量流量信号的线性输出。

（4）热式质量流量计

原理：利用流体流过发热物体时，发热物体的热量散失多少与流体的流量成一定比例关系。具体来说，传感器有两标准级的RTD，一用来做热源，一用来测量流体温度，流体流过时，两者之间的温度差与流量的大小成非线性关系，把这种关系转换为测量流量信号的线性输出。

缺陷：水分的和杂质对于测量准确性的干扰非常的大，测量准确性无法保证

（5）超声波流量计

 原理：（1）时差法  （2）相位法

应用于低压气体测量的超声波流量计（时差法）使用一对可直接接触被测气体的“湿式”超声波传感器。每个传感器都能发射和接收超声波信号。流量计电子部件能够地测量声波在两个传感器之间传播所用的时间，分别测量顺流方向和逆流方向传播所需的时间，进而得到顺流传播与逆流传播的时间差。管道内介质的流速与此时间差成比例关系。实际体积流量是流速和管道内横截面积的乘积。已知气体的温度和压力，即可计算标准体积流量。

缺陷：

传统的超声波流量计因为高达2000：1的量程比被普遍认为是煤气流量测量的优先选择。但是不同的厂家产品由于算法和技术处理的不同对介质中的粉尘、颗粒等杂质的应对情况*不一样。

优点：

超声波气体流量计在煤气测量应用中的大特点是无运动组件，无压损，可以实现在线插拔和在线清洗，量程比宽。

新开发的超声波时差法和相位法专门针对脏湿气体流量测量研发

相位法：

普来森煤气/火炬气流量测量

选型：

如果待测气体是非常的脏和潮湿还含有固体颗粒，比如石油行业的伴生气，建议选择相位法，普来森仪器提供针对性的相位法超声波流量测量系统。

如果待测气体不是非常的脏，而且需要测量极低流速，普来森时差法是我们推荐的测量原理，根据不同的测量参数，我们选择不同的安装方式，单通道，多通道等不同型号。

两种方法可以集成到同一系统中完成客户的测来给满足客户要求。

安装：

传感器的安装插入配置多种多样，不同管径选择不同的配置和不同的安装效果，以及不同的型号，比如单通道，双通道。

一般来说，带测量管段的流量计，通过法兰将流量计与工艺管线连接，测量精度可以得到提高。

如果是安装短管和在线插拔系统，可以通过热转孔的方式安装，无需停产

如果是冷转孔的方式，需要煤气系统停止运行。

在线插拔：

工艺生产中残留的焦炉煤气中的焦油和粉尘和水直接进入煤气输送管道后极易使测量装置发生粘接和堵塞，形成“结焦”，使流量测量装置测量精度得不到保证。

所以选择的超声波流量计需要可以通过整体在线插拔装置实现在煤气系统不停产的情况下取出“湿式”传感器，并对取出的传感器表面的结焦进行清洁，后在不停产的情况下将传感器插回测量系统中，真正实现结焦环境中传感器的在线清洁，以保证测量的性。

诊断：

普来森超声波流量计具有诊断功能和全套诊断参数，可以从流量计诊断系统中明确了解流量计和传感器的状况，通过记录调试过程中的诊断参数并与当前数据进行比较，从而评定信号状态。