直流式背壓閥在液化石油氣計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

濮冬生，郭松，王松

(1. 中石化寧波工程有限公司 脫硫脫硝技術(shù)公司，上海 200030；2. 浙江派沃自控儀表有限公司，浙江 永嘉 325105)

直流式背壓閥在液化石油氣計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

濮冬生1，郭松1，王松2

(1. 中石化寧波工程有限公司 脫硫脫硝技術(shù)公司，上海 200030；2. 浙江派沃自控儀表有限公司，浙江 永嘉 325105)

采用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行貿(mào)易交接計(jì)量，必須保證流量計(jì)前壓力大于規(guī)定的最小壓力，以避免產(chǎn)生氣液兩相流。介紹了液化石油氣(LPG)的最小測(cè)量壓力的計(jì)算方法、流量計(jì)量的壓力控制系統(tǒng)，并對(duì)適用于計(jì)量系統(tǒng)的自力式背壓閥的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用進(jìn)行了闡述。該閥符合中國(guó)有關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，滿足了計(jì)量精度的要求，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

貿(mào)易交接計(jì)量 質(zhì)量流量計(jì) 背壓控制 直流式背壓閥

液化石油氣(LPG)及穩(wěn)定輕烴類的貿(mào)易交接計(jì)量分為2種計(jì)量方式： 基于液位的靜態(tài)計(jì)量方法；采用流量計(jì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)貿(mào)易交接計(jì)量方法。由于質(zhì)量流量計(jì)的技術(shù)成熟、可靠、準(zhǔn)確度較靜態(tài)計(jì)量更高，可達(dá)0.2級(jí)，因而在LPG的動(dòng)態(tài)交接計(jì)量系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合LPG的特性，按SY/T 6042—1994《液化石油氣、穩(wěn)定輕烴動(dòng)態(tài)計(jì)量計(jì)算方法》[1]的規(guī)定，介紹了LPG的最小測(cè)量壓力的計(jì)算方法，被測(cè)流體的壓力控制方案及選擇背壓閥的原理及國(guó)產(chǎn)化情況。

1 LPG的特性和最小測(cè)量壓力計(jì)算

1.1 LPG的特性

LPG的重要特性之一是當(dāng)壓力不大于該溫度下液體的飽和蒸氣壓時(shí)就會(huì)產(chǎn)生閃蒸，從而產(chǎn)生氣穴和氣蝕現(xiàn)象，形成氣液兩相流。在該情況下，將使質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量液體的精度嚴(yán)重下降，并造成質(zhì)量流量計(jì)的傳感器管內(nèi)壁金屬表面因疲勞而損壞，降低使用壽命。據(jù)有關(guān)資料介紹，液體中含氣體積分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，流量計(jì)誤差大于10%，若含氣量繼續(xù)增大，質(zhì)量流量計(jì)將停止工作，甚至損壞。

1.2 最小測(cè)量壓力的計(jì)算

根據(jù)LPG、穩(wěn)定輕烴的特性，為了確保交接計(jì)量系統(tǒng)流量計(jì)的精度要求，避免氣液兩相流的產(chǎn)生，按文獻(xiàn)[1]的規(guī)定，被測(cè)流體的壓力應(yīng)始終大于規(guī)定的最小測(cè)量壓力pm，以保證管路系統(tǒng)中任何一點(diǎn)壓力不低于管內(nèi)流體介質(zhì)的飽和蒸汽壓pe，不會(huì)產(chǎn)生閃蒸，從而保證質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。

pm與pe、被測(cè)流體通過流量計(jì)所測(cè)流量最大值時(shí)的壓降p1的關(guān)系應(yīng)滿足下式：

pm=1.25pe+2p1

(1)

例如某石化用戶的LPG的pe一般在541～729 kPa；使用CMF400質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量時(shí)，在最大流量為180 t/h的條件下p1為35 kPa。按照式(1)計(jì)算，pm為750～980 kPa。在實(shí)際應(yīng)用中，一般pm取值在800～850 kPa。

2 被測(cè)流體壓力控制

為了確保質(zhì)量流量計(jì)動(dòng)態(tài)計(jì)量LPG的準(zhǔn)確度，單靠質(zhì)量流量計(jì)是無法保證的，必須對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行壓力控制，保證測(cè)量壓力不小于pm，防止產(chǎn)

生氣液兩相流。常用的pm控制有2種方法。

2.1 采用單回路壓力控制系統(tǒng)

在質(zhì)量流量計(jì)后設(shè)置單回路壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)壓力高于pm時(shí)，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)將質(zhì)量流量計(jì)前的壓力調(diào)節(jié)至pm，確保流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度，為進(jìn)一步提高計(jì)量的準(zhǔn)確度可在流量測(cè)量系統(tǒng)中增加溫度、壓力校正。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于pm時(shí)，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，質(zhì)量流量計(jì)停止工作，從而避免計(jì)量誤差。該壓力控制系統(tǒng)的最終執(zhí)行元件，可選用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。目前，工程上采用的調(diào)節(jié)閥的閥體為T型閥體，閥體流道為直通流道。

圖1 采用單回路壓力控制系統(tǒng)示意

2.2 采用閥前穩(wěn)壓指揮器型自力式背壓閥

為了節(jié)省投資和施工建設(shè)費(fèi)用，可以采用閥前穩(wěn)壓指揮器型自力式背壓閥來控制系統(tǒng)壓力，如圖2所示。通常將自力式背壓閥設(shè)置在質(zhì)量流量計(jì)的下游側(cè)，用來控制計(jì)量系統(tǒng)的壓力不低于pm。因?yàn)閹е笓]器的自力式背壓閥集檢測(cè)、控制、執(zhí)行功能于一體，不需要外加的氣源/電源及電纜/氣動(dòng)管線，因而節(jié)約了投資及施工費(fèi)用。該類自力式背壓閥有直通自力式壓力調(diào)節(jié)閥和直流式壓力調(diào)節(jié)閥兩大類。

圖2 指揮器型自力式背壓閥構(gòu)成的壓力控制系統(tǒng)示意

3 自力式背壓閥的選擇

自力式背壓閥的閥體通常分為直流式45°閥體和直通式閥體。在該壓力控制系統(tǒng)中，選擇直流式45°閥體的直流式背壓閥。

3.1 直流式背壓閥的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

該閥由壓開型指揮閥、直流式45°平衡活塞主閥和靈敏度/速度調(diào)節(jié)附件組成。該閥的主閥閥體為Y型閥體，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 直流式背壓閥結(jié)構(gòu)示意

由圖3可看出，閥瓣啟閉軸線與閥體流道出口軸線成45°角，閥體流道為直流流道。流體流經(jīng)閥體后流動(dòng)方向變化小，其流出系數(shù)CV比直通式閥體或T型閥體自力式閥的小，流通能力大。幾種控制閥的CV值比較，見表1所列。該閥主要用于LPG、丙烯、丙烷等介質(zhì)的流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的背壓控制；也可用于石油、石化、航空行業(yè)的成品油長(zhǎng)輸管道的水擊泄壓控制。

表1 3種控制閥CV比較

3.2 直流式背壓閥的工作原理

由圖3可知，當(dāng)閥前壓力p1低于背壓閥的設(shè)定值p設(shè),但略大于pm時(shí)，該背壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)致主閥上膜室p3處的推力大于主閥的開啟推力，從而使主閥關(guān)閉。該閥用于LPG質(zhì)量流量計(jì)背壓控制時(shí)，此時(shí)動(dòng)態(tài)交接計(jì)量系統(tǒng)不工作，避免 LPG產(chǎn)生兩相流。

當(dāng)p1不小于背壓閥的p設(shè)時(shí)，背壓閥開啟，導(dǎo)致主閥上膜室p3處的推力降低至小于主閥的開啟推力，從而使主閥開啟。該閥用于LPG質(zhì)量流量計(jì)背壓控制時(shí)，此時(shí)動(dòng)態(tài)交接計(jì)量系統(tǒng)開始進(jìn)行計(jì)量，確保了計(jì)量的準(zhǔn)確度。

4 背壓閥的國(guó)產(chǎn)化現(xiàn)狀

4.1 原有國(guó)產(chǎn)背壓閥的狀況

自力式背壓閥在中國(guó)已有30多年的生產(chǎn)歷史，但是國(guó)產(chǎn)自力式背壓閥的主閥閥體一直沿用T型直通式閥體，閥瓣啟閉軸線與閥體進(jìn)出口軸線成90°角，閥體流道為直通流道，流進(jìn)系數(shù)比直流式閥大，流通能力小；在調(diào)節(jié)功能設(shè)計(jì)上，又缺乏靈敏度和開關(guān)速度調(diào)節(jié)功能，因而與進(jìn)口的直流式背壓閥存在較大差距，無法滿足高效、快速動(dòng)態(tài)交接計(jì)量的需要，導(dǎo)致應(yīng)用在LPG裝船計(jì)量系統(tǒng)中的背壓閥被進(jìn)口產(chǎn)品壟斷。

4.2 直流式背壓閥的國(guó)產(chǎn)化

為了彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，滿足生產(chǎn)過程的需求，近年來，浙江派沃自控儀表有限公司研制出國(guó)產(chǎn)直流式

背壓閥，該閥除具有現(xiàn)行進(jìn)口背壓閥的控制功能和性能指標(biāo)外，還增加了產(chǎn)品的自診斷功能。該功能可使用戶對(duì)背壓閥的先導(dǎo)閥和主閥進(jìn)行故障判斷，產(chǎn)品性能及質(zhì)量達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。

國(guó)內(nèi)某大型煉化公司采用國(guó)產(chǎn)自診斷直流式背壓閥逐漸取代進(jìn)口背壓閥，經(jīng)過近百次的LPG裝船計(jì)量應(yīng)用，證明該產(chǎn)品的流通能力、設(shè)定精確度、響應(yīng)時(shí)間等性能指標(biāo)符合流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的背壓控制要求，可以滿足相關(guān)規(guī)范的要求。該產(chǎn)品的應(yīng)用現(xiàn)已擴(kuò)大到中石化、中海油等多家企業(yè)的LPG、丙烯、丙烷等裝船計(jì)量系統(tǒng)中。

5 結(jié)束語

為了確保LPG采用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行交接計(jì)量的準(zhǔn)確度，維護(hù)貿(mào)易雙方的利益，采用高容量的直流式背壓閥是較好的選擇。近年來，國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的自力式背壓閥得到了廣泛使用，為L(zhǎng)PG的準(zhǔn)確計(jì)量、降低儀表投資、節(jié)省施工費(fèi)用作出了貢獻(xiàn)。

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Application of Straight-flow Regulator With Back Pressure Control in LPG Metering System

Pu Dongsheng1, Guo Song1, Wang Song2

(1. Flue Gas Desulfurization & Denitrogenate Technical Company,Sinopec Ningbo Engineering Co. Ltd., Shanghai, 200030, China; 2. Zhejiang Pari World Automation Mater Co. Ltd., Yongjia, 325105, China)

s： Mass flow meter adapted in commerce metering must ensure front pressure of flow meter is higher than stipulated minimum pressure to avoid generation of gas-liquid two phases flow. The calculation method for minimum metering pressure and pressure control system for flow metering for LPG are introduced. The principle, structure and application of self-reliance back pressure valve which is applicable for metering system are expounded. The valve complies with requirements of related metering standard in China,metering accuracy requirement is met, the valve is worthy of popularization and application.

trade custody transfer metering; mass flow meter; back pressure control; straight-flow regulator with back pressure valve

濮冬生(1988—)，男，2011年畢業(yè)于河海大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于中石化寧波工程有限公司，從事石化系統(tǒng)過程控制設(shè)計(jì)工作，任工程師。

TH138.52

B

1007-7324(2017)04-0054-03

稿件收到日期： 2017-04-26，修改稿收到日期： 2017-06-06。