在化工生產(chǎn)中, 準(zhǔn)確計(jì)量是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段, 同時(shí)又是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障;加強(qiáng)計(jì)量管理工作, 實(shí)現(xiàn)消耗考核, 做到合理耗能、用料, 采用先進(jìn)工藝技術(shù)及先進(jìn)節(jié)能型產(chǎn)品均能有效減低企業(yè)運(yùn)行成本。

  公司碳化工段三段氣流量計(jì)量設(shè)施選用的孔板流量計(jì), 數(shù)量54套;經(jīng)運(yùn)行10多年, 設(shè)備腐蝕、磨損嚴(yán)重, 導(dǎo)致計(jì)量偏差較大 (計(jì)量誤差>10%) , 制約公司先進(jìn)技術(shù)的改造運(yùn)用 (碳化APC先進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)施) ;同時(shí)因壓力損失大 (4~10kPa) , 導(dǎo)致能源消耗高、浪費(fèi)嚴(yán)重;亟需對三段氣流量計(jì)進(jìn)行更新, 以獲取更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定的計(jì)量測量數(shù)據(jù), 為先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用夯實(shí)基礎(chǔ)。新設(shè)備選型要點(diǎn)為壓損小、防堵、節(jié)能型產(chǎn)品, 穩(wěn)定準(zhǔn)確, 在線檢修維護(hù)便捷。

  碳化三段氣 (中段氣、下段氣、清洗氣) 流量測量使用差壓式流量計(jì), 節(jié)流元件為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)室孔板, 配EJA110型差壓變送器。流量計(jì)儀表共計(jì)54套, 設(shè)備數(shù)據(jù)概況如表1。

  孔板為差壓式流量計(jì), 屬于節(jié)流裝置。測量原理:充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置, 在節(jié)流件附近造成局部收縮, 流速增加, 在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差。對于一定形狀和尺寸的節(jié)流件、一定的測壓位置和前后直管段、一定的流體參數(shù)情況下, 節(jié)流件前后的差壓△P與流量Q之間關(guān)系符合伯努利方程。

根據(jù)JJG640-2016, 差壓式檢定規(guī)程節(jié)流件的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置, 流出系數(shù)按式 (7) 計(jì)算, 流量系數(shù)按式 (8) 計(jì)算[1]:

式中:Cij———流量系數(shù);

β———孔板直徑比;

qs———工況體積流量, m3/s;

V———流體流速, m/s;

d———管道直徑, mm;

ρ1———介質(zhì)工況密度, kg/m3;

ΔPij———差壓值, kPa。

及根據(jù)GB/T 2624.2-2006/ISO 5167-2:2003《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量第2部分孔板》孔板的壓力損失由公式 (6) 近似的表明與差壓ΔPij的關(guān)系:

式中:β———直徑比 (d/D) ;

C———流出系數(shù);

ΔP———差壓值, kPa。

計(jì)算得出孔板流量計(jì)壓力損失PPL (kPa) :

中段氣孔板

壓損PPL=5 262Pa=5.262kPa

下段氣孔板

壓損PPL=3 895Pa=3.895kPa

清洗氣孔板

壓損PPL=10 421Pa=10.421kPa

節(jié)流件壓損帶來的功率損失計(jì)算公式為:

式中:Q———流體體積流量, m3/s;

PPL———節(jié)流件產(chǎn)生的壓損, kPa。

根據(jù)上述公式可以估算三段氣流量在正常運(yùn)行中由于孔板的壓力損失而折合成壓縮機(jī)的功率損失如下:

根據(jù)監(jiān)測, 日常生產(chǎn)中三段氣的正常流量均值為:Q中段氣=5 000m3/h、Q下段氣=4 000m3/h、Q清洗氣=11 000m3/h, 則節(jié)流件壓損帶來的功率損失分別為:Hp中段氣= (5 000m3/h÷3 600s/h) ×5.262kPa≈7.31kW/h, Hp下段氣= (4 000m3/h÷3 600s/h) ×3.895kPa≈4.33kW/h, Hp中段氣= (11 000m3/h÷3 600s/h) ×10.421kPa≈31.84kW/h。

按一年連續(xù)運(yùn)行300天計(jì)算, 每天運(yùn)行24h, 每度電的電費(fèi)為0.35元, 那么一年三段氣流量儀表運(yùn)行的能耗換算成電費(fèi)分別為:中段氣33.16萬元, 下段氣19.64萬元, 清洗氣144.43萬元。則三段氣流量儀表每年消耗的電費(fèi)約為197.23萬元。

畢托巴流量計(jì)前身———智能探針式流量計(jì), 是清華大學(xué)專利產(chǎn)品, 發(fā)改委的61號節(jié)能型產(chǎn)品。畢托巴流量計(jì)是國內(nèi)目前公認(rèn)的綜合性能***佳的流量測量儀表。測量原理:畢托巴是采用皮托管原理提取流體流速 (全壓-靜壓=動壓) 再換算成流體體積流量與質(zhì)量流量的差壓式流量計(jì);采用非收縮節(jié)流設(shè)計(jì), 是一種高效、節(jié)能的中心速度流量探頭。

其優(yōu)越性能特點(diǎn)如下:

適用性強(qiáng):傳感器適用各種流體和多種管道形式, 是目前國內(nèi)國際一種執(zhí)行元件能做到測量各種流體的流量計(jì);節(jié)約能源:畢托巴傳感器截流面積很小, 幾乎無壓力損失, 運(yùn)行成本大大降低;測量流量范圍廣:氣體流速在1 m/s以上, 液體流速在0.1m/s以上的介質(zhì)都可以測量。對低流速、小流量、大管徑測量效果尤佳;維護(hù)方便:傳感器本身無需維護(hù), 不停產(chǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)檢修。

根據(jù)公司三段氣流量計(jì)參數(shù), 計(jì)算出采用畢托巴流量計(jì)壓力損失:

畢托巴流量計(jì)K=0.03

壓力損失計(jì)算公式為:PPL=KxΔP1

式中:ΔP———畢托巴產(chǎn)生的差壓, kPa;

PPL———畢托巴產(chǎn)生的壓損, kPa。

中段氣PPL=0.03×0.8≈0.03kPa

下段氣PPL=0.03×0.6≈0.02kPa

清洗氣PPL=0.03×2.77≈0.08kPa

節(jié)流件壓損帶來的功率損失計(jì)算公式為:

式中:Q———流體體積流量, m3/s;

PPL———節(jié)流件產(chǎn)生的壓損, kPa。

中段氣功率損失:Hp≈0.04kW

下段氣功率損失:Hp≈0.04kW

清洗氣功率損失:Hp≈0.40kW

按一年連續(xù)運(yùn)行290天計(jì)算, 每天運(yùn)行24h, 每度電的電費(fèi)為0.35元, 那么一年54套畢托巴運(yùn)行的能耗換算成電費(fèi):中段氣0.175萬, 下段氣0.175萬元, 清洗氣1.75萬元, 總計(jì):2.1萬元。

  孔板:設(shè)備主體、導(dǎo)壓管及管閥件使用較多, 且須停產(chǎn)焊接安裝, 工程量大, 泄漏點(diǎn)多;定期清理難度大, 需停車解決;加之量程比較窄 (通常為4∶1) , 在工況發(fā)生較大變化時(shí)難以調(diào)整;氣體帶液時(shí)測量不準(zhǔn), 偏差較大, 影響工藝平穩(wěn)操作;設(shè)備維護(hù)難度較高。

  畢托巴:采用單一的一體化結(jié)構(gòu), 安裝簡便:只需在管道合適的位置上打一個(gè)相當(dāng)?shù)目?(φ20~φ30) , 把一次元件探針插入管道中心, 即可方便地進(jìn)行安裝;泄漏點(diǎn)少;節(jié)省了大量安裝工作量及費(fèi)用;可靈活進(jìn)行拔出清理維護(hù);量程比寬 (可達(dá)30∶1) , 氣體測量精度≤1%;在氣體測量具有較高的性價(jià)比;設(shè)備維護(hù)難度較低。

  畢托巴采用非收縮節(jié)流設(shè)計(jì), 和孔板流量計(jì)比較, 壓損降低了99.5%, 運(yùn)行費(fèi)用降低99%, 證明畢托巴流量計(jì)在運(yùn)行使用中的節(jié)能降耗上有較大優(yōu)勢。