安裝條件對在線監(jiān)測流量計測量性能的影響

丁莉麗 楊 華 王振中 蒲 鶴 修德欣

(1.中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島 266071；2.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，山東 青島 266071)

安裝條件對在線監(jiān)測流量計測量性能的影響

丁莉麗1楊 華2王振中1蒲 鶴1修德欣1

(1.中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島 266071；2.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，山東 青島 266071)

針對加油站油氣回收在線監(jiān)測流量計易堵塞、準確度低等問題，設(shè)計模擬試驗，對現(xiàn)場使用較為廣泛的流量計進行測試，定量研究安裝方式、安裝位置和真空泵類型對儀表測量精度的影響。結(jié)果表明：安裝位置對流量計測量精度影響較大，泵前流量計測量值需進行壓力和溫度系數(shù)修正；流量計水平或豎直安裝時測量誤差很小，小于0.1L；真空泵產(chǎn)生的真空度越小，流量計的測量誤差也越小。

流量計 油氣回收 測量性能 安裝方式 安裝位置 真空泵類型

隨著社會、經(jīng)濟發(fā)展，石油和天然氣零售業(yè)迅速發(fā)展，加油站數(shù)量越來越多，環(huán)保問題越來越受到政府和民眾的關(guān)注。為有效監(jiān)測和控制加油站在儲運銷過程中揮發(fā)的油氣，我國GB 20952-2007《加油站大氣污染物排放標準》中規(guī)定氣液比(回氣流量與加油流量的比值)范圍為1.0～1.2[1]。因此應(yīng)在加油機回氣管路上安裝專用的氣體流量計，對回氣流量進行精確地計量，以作為計算油氣回收效果的重要依據(jù)。

目前，加油站現(xiàn)場使用的氣體流量計多為羅茨流量計，由于對儀表的生產(chǎn)、設(shè)計、選型和應(yīng)用方面的經(jīng)驗不足，面對千差萬別的現(xiàn)場工況和應(yīng)用條件，有些問題逐步暴露出來，比如安裝空間不足、易堵塞等。現(xiàn)國內(nèi)學者對氣體羅茨流量計的設(shè)計選型[2]、儀表系數(shù)穩(wěn)定性[3,4]有一定研究，對氣體渦輪流量計的現(xiàn)場安裝使用有詳細介紹[5]，僅儀表廠家對氣體羅茨流量計安裝的直管段長度有合理推薦值，對其現(xiàn)場使用安裝條件尚無涉及。然而，流量測量儀表的安裝方式、安裝位置、真空泵選型對回氣流量的計量有至關(guān)重要的作用[6]，現(xiàn)場實際應(yīng)用時由于安裝、使用不合理都將對回氣流量的計量造成很大的誤差。為此，研發(fā)精度測試試驗裝置，選取兩種市場上應(yīng)用較為廣泛的流量計，通過相同條件下的試驗研究，定量討論并比較不同流量計在不同安裝方式、安裝位置和真空泵類型下，對流量計測量性能的影響。

1 加油站油氣回收在線監(jiān)測流量計簡介①

流量計是油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心。國外成熟的油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)主要采用容積式氣體羅茨流量計[7]，與其他流量計相比，它的工作原理簡單、精度高、成本低、性能穩(wěn)定、能耗低、壽命長，而且輸出為脈沖信號，易于檢測，很好地滿足了油氣回收在線監(jiān)測的各項需求[8]。因此，國內(nèi)已安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)的加油站也大多選用氣體羅茨流量計，主要有蒼南LLQ(Z)-20、LLQ(Z)-25及Dresser8C175等。

筆者也采用各地環(huán)保部門進行油氣回收系統(tǒng)現(xiàn)場巡檢和驗收時使用的氣液比測試儀——氣體羅茨流量計作為試驗用儀表，模擬現(xiàn)場操作工況，對比數(shù)據(jù)采用氣液比測試儀測量值，以保證試驗參考數(shù)據(jù)的準確可信。

2 油氣回收在線監(jiān)測流量計安裝條件

在工程實際應(yīng)用中，由于羅茨流量計體積較大、加油機安裝空間限制及油氣回收真空泵類型不同等使得流量計的安裝使用條件有所不同。流量計通常有水平安裝(圖1)和豎直安裝(圖2)兩種方式。

圖1 流量計水平安裝示意圖

圖2 流量計豎直安裝示意圖

在工程實際中，流量計的安裝位置通常有真空泵前和真空泵后兩種，兩種安裝方式的真空度相差較大，根據(jù)氣體狀態(tài)方程PV=nRT，對氣體體積流量會有較大影響，需要進行溫度、壓力補償[9]。因此需要通過試驗得出流量計在不同安裝位置上測量值的修正系數(shù)(修正系數(shù)為試驗流量計測量值與參考值的線性擬合曲線的斜率，斜率越接近1，說明數(shù)據(jù)越接近參考值，經(jīng)修正后測量數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)儀表的真實性能)，來提高儀表的測量性能。

3 試驗

3.1試驗流程

本試驗設(shè)計的在線監(jiān)測流量計安裝試驗流程如圖3所示，模擬加油機內(nèi)部的真空泵、在線監(jiān)測裝置及管道的安裝位置等，以吸入空氣模擬回收油氣。箭頭表示回氣方向，按照氣流方向，氣液比測試儀的數(shù)字顯示屏可精確直觀地顯示回氣瞬時流量和平均流量，本試驗中的讀數(shù)作為回氣流量參考值；壓力傳感器監(jiān)測泵前后的真空度；溫度傳感器監(jiān)測泵前后的溫度；球閥調(diào)節(jié)流量，模擬適應(yīng)加油槍大小檔加油流速的回氣流量。試驗中模擬管道為φ12mm的塑料管，模擬加油機內(nèi)的銅管，其中3.5m長的管模擬加油機立管，2m長的管模擬加油機膠管，40cm長的管模擬流量計安裝在泵前后的大概位置。油氣回收真空泵和試驗流量計分別選用現(xiàn)場應(yīng)用較為廣泛的活塞泵、滑片泵和蒼南LLQ(Z)-20型、Dresser8C175型流量計。

圖3 在線監(jiān)測流量計安裝試驗流程

蒼南LLQ(Z)-20型流量計采用高對比度液晶顯示屏，可就地顯示流量值；而Dresser8C175型流量計不具有數(shù)據(jù)顯示功能。本試驗用NI采集卡采集Dresser8C175型流量計輸出的脈沖信號，經(jīng)LabVIEW程序進行數(shù)據(jù)分析和顯示，可直接轉(zhuǎn)為瞬時流量和累積流量從計算機上讀取。

3.2試驗過程

本試驗分別進行流量計安裝方式、流量計安裝位置、不同真空泵對流量計計量精度影響的試驗。將蒼南LLQ(Z)-20和Dresser8C175流量計、滑片式真空泵和活塞式真空泵分別進行以下試驗：

a. 校準壓力傳感器和溫度傳感器，按照試驗流程圖裝配試驗裝置，試驗流量計置于真空泵前40cm處；

b. 將流量計水平安裝在管路中，打開手動球閥1和2并保持全開狀態(tài)，檢查配電線路后，給真空泵通電；

c. 打開氣液比測試儀開關(guān)，調(diào)節(jié)手動球閥1觀察氣液比測試儀平均流量讀數(shù)穩(wěn)定在40L/min左右(即加油槍大檔加油時的流速)，保持手動球閥1的開度；

d. 將氣液比測試儀歸零，重新開啟真空泵，在測試儀累計流量為15～25L時關(guān)閉真空泵，讀取并記錄測試儀和試驗流量計的讀數(shù)，并重復測試1次；

e. 調(diào)節(jié)手動球閥1觀察氣液比測試儀平均流量讀數(shù)穩(wěn)定在20L/min左右(即加油槍小檔加油流速)，保持手動球閥1的開度，重復步驟d；

f. 將試驗流量計豎直安裝，重復步驟c～e；

g. 將試驗流量計置于真空泵后40cm處，重復步驟b～f；

h. 試驗結(jié)束，關(guān)閉各裝置開關(guān)并斷電，同時將測試臺用品復位。

4 試驗結(jié)果

兩種流量計分別記作A、B，每個安裝位置的每種安裝方式分別做4次重復性試驗，按照氣液比測試儀的參考流量對二者的讀數(shù)進行修正，并計算修正后的4次讀數(shù)的總誤差(單位L)。A、B在不同安裝位置下(真空泵前后40cm處)的修正系數(shù)和誤差對比如圖4、5所示。A、B在不同安裝方式下(水平、豎直安裝)的誤差對比如圖6所示。兩種流量計在不同真空泵下(活塞式、滑片式)的修正系數(shù)和誤差對比如圖7、8所示。

圖4 流量計不同安裝位置修正系數(shù)對比

圖5 流量計不同安裝位置誤差對比

圖6 流量計不同安裝方式誤差對比

圖8 不同真空泵下流量計誤差值對比

可以看出：不同安裝位置的流量計的修正系數(shù)相差較大，安裝在泵后測得數(shù)據(jù)的修正系數(shù)更接近1；經(jīng)修正，流量計在真空泵前后測得的誤差均小于0.18L。流量計安裝位置相同時，經(jīng)修正，流量計水平安裝比豎直安裝測得的誤差小，基本小于0.10L，可見安裝方式對流量計的測量值誤差影響較小。各流量計在滑片泵下比在活塞泵下的修正系數(shù)更接近1，即滑片泵提供的真空度較小；流量計在滑片泵下比活塞泵下測得的誤差小。

針對加油站油氣回收在線監(jiān)測流量計的性能要求，通過試驗定量研究流量計安裝方式、安裝位置和不同真空泵對儀表測量性能的影響。根據(jù)試驗結(jié)果可以指導現(xiàn)場安裝操作，具體建議如下：

a. 安裝位置對流量計測量值影響較大，泵前真空度較大且數(shù)據(jù)非常不準，因此建議將流量計安裝在泵后；

b. 若現(xiàn)場將流量計已安裝于泵前，則測量值應(yīng)進行壓力系數(shù)修正，且壓力、溫度傳感器應(yīng)盡可能選用高精度產(chǎn)品；

c. 修正后水平和豎直兩種安裝方式測量值之間誤差很小，基本可以忽略，而實際現(xiàn)場使用的羅茨流量計易堵塞，建議豎直安裝，氣體上進下出；

d. 建議在保證一定真空度的基礎(chǔ)上，使用產(chǎn)生真空度較小且較穩(wěn)定的滑片式真空泵；

e. 氣體羅茨流量計計量腔內(nèi)易發(fā)生堵塞，在加油機內(nèi)安裝空間足夠的條件下，上游必須安裝相應(yīng)規(guī)格的過濾器并定期清洗。

5 結(jié)束語

筆者針對加油站現(xiàn)場應(yīng)用較為廣泛的兩種流量計的8次試驗數(shù)據(jù)，定量分析其測量性能，針對實際應(yīng)用需求即可得到較為滿意的結(jié)果。在時間和成本允許的條件下，應(yīng)在后續(xù)工作中盡可能選擇多種型號的流量計和真空泵進行試驗，并增加試驗次數(shù)，使數(shù)據(jù)量更大、更全面，得到的修正系數(shù)也更精確，以便更好地研究在線監(jiān)測流量計的測量性能。試驗結(jié)果對現(xiàn)場流量計的選型和安裝使用具有重要的指導意義。

[1] GB 20952-2007,加油站大氣污染物排放標準[S].北京:中國環(huán)境科學出版社,2007.

[2] 汪穎.淺談氣體羅茨流量計與氣體渦輪流量計在設(shè)計中的選型[J].上海煤氣,2009,(5):12～13.

[3] 鄭建梅,梁永超,張偉偉,等.對氣體渦輪流量計儀表系數(shù)穩(wěn)定性的分析[J].城市燃氣,2007,(4):9～11.

[4] 劉明,劉敦利,王杰.氣體羅茨流量計儀表系數(shù)的穩(wěn)定性研究[J].工業(yè)計量，2015,25(1):63～65.

[5] 孫曉東.氣體渦輪流量計安裝使用[J].自動化與儀器儀表，2009,(1):83～85.

[6] 項銀杰,孫志強,張宏建.渦街流量計安裝方式對其測量性能的影響[J].電站系統(tǒng)工程，2007,23(2):57～58.

[7] 王振中,金幗,吳鋒棒，等.加油站油氣回收在線監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，2014,41(10):1166～1168.

[8] 孟振振,吳鋒棒,張衛(wèi)華.加油站油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表,2012, 39(11):1511～1514.

[9] 陸建華.淺談氣體流量測量中的溫度及壓力補償[J].化工自動化及儀表,2011,38(4):488～491.

InfluenceofInstallationConditionsonPerformanceofOnlineMonitoringFlowmeter

DING Li-li1, YANG Hua2,WANG Zhen-zhong1,PU He1,XIU De-xin1

(1.SINOPECQingdaoResearchInstituteofSafetyEngineering,Qingdao266071,China;2.EastChinaDesignBranchCo.,ChinaPetroleumEngineeringConstructionCorporation,Qingdao266071,China)

In view of the easily-blocked and low accuracy of the online monitoring flowmeter in gas station, a simulation experiment on widely-used flowmeters was implemented and a quantitative study on their installation and installation location as well as vacuum pumps type’s influence on their measurement accuracy were discussed. Results show that the installation location can influence measurement accuracy much and the measured value of the flowmeter installed before pumps has to receive the correction of pressure and temperature coefficients; and the measuring errors of horizontally or vertically-installed flowmeters are less than 0.1L; the smaller vacuum degree of the pump can bring about a smaller measuring error in the flowmeter.

flowmeter, oil vapor recovery, measurement performance, installation type, installation location, vacuum pump type

2016-02-22(修改稿)

TH814

A

1000-3932(2016)04-0381-04