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汽轮机入口蒸汽流量测量解决方案

时间:2018/03/17来源:未知

摘   要: 针对空分装置蒸汽驱动一拖二压缩机组汽轮机入口蒸汽流量受温度、压力影响测量不准确的原因进行分析,并提出修正的解决办法,目前该方案已经得到了很好的应用并真正解决了实际生产中遇到的问题。

  随着工厂产品产量及规模的逐渐扩大,对空分装置制氧量的需求也逐渐增大,大型空分随之应运而生,蒸汽驱动压缩机组走入市场。某企业共有 3套 58000Nm3·h-1空分装置,3 套蒸汽驱动一拖二空气压缩机组,在每台汽轮机入口均安装一台高压标准喷嘴测量高压蒸汽流量。高压蒸汽直接来自上游动力装置,每台汽轮机入口前安装有一台高压角式迷宫蒸汽放空调节阀,用于空分装置在汽轮机主汽门关闭时释放多余蒸汽,以免影响上游工号蒸汽量的调节,从而避免影响动力装置的稳定运行及其它下游气化、净化、甲醇、丙烯透平机组的稳定运行。而放空调节阀的开度由高压喷嘴测得的蒸汽流量进行调节,该流量计测量的准确性是直接影响机组自动控制水平、性能计算及节能降耗的关键因素。随着成本意识的不断增强,对能源计量的准确性提出了更高的要求,流量测量的温度、压力补偿逐渐被提到了重要位置。由于流量测量装置的设计过程中,提供的设计温度、压力与实际运行的温度、压力有一定的差异并且由于工艺造成流体温度、压力波动较大,致使测出的流量不能真实反映其工作状态下的实际流量。只有在流体工况与设计条件一致的情况下才能保证较高的测量精度,而本装置尤其在开车阶段蒸汽升压、升温工况的变化,对测量精度的影响特别大,必须进行补偿。

1、 一次仪表配备方案:
  本装置配备的蒸汽流量计量一次仪表是标准喷嘴流量计,并配套温度、压力变送器进行温度、压力补偿。
  节流式流量计在蒸汽计量中占有重要的地位。节流式流量计技术成熟,特别是标准节流装置按标准(ISO5167-2003E、GB/T2624-2006)设计、制造就无须实流标定,是其它流量计无法比拟的。实际上,
目前我国蒸汽计量用表有 90% 以上仍采用标准孔板节流装置。大力采用标准喷嘴而不是孔板的原因如下:
  标准孔板的一个缺点是入口直角锐利度在流体冲刷下易发生钝化,据悉国内有关部门曾对新装孔板进行跟踪校验,在孔板连续使用 2~3 个月时,钝化引起流出系数偏度在 1%~3%,个别严重的在 4% 以上,这已引起了人们的高度重视。目前,解决标准孔板钝化问题的***好方法是采用标准喷嘴。由于喷嘴的入口为光滑曲面,不易磨损。它的流出系数非常稳定,所以 JJG640-94 规程规定 ISA1932 喷嘴的检定周期为 4 年(孔板检定周期是 1 年)。再者,喷嘴在相同流量和相同 β 值条件下,阻力损失比孔板小得多 ( 仅为孔板的 50%~60%),有利于减小能耗。长期运行情况表明,由于喷嘴具有耐冲击抗变形的优点,适应于高温、高压、高流速介质。

标准喷嘴的主要计算数据如下:
工艺管线材质 12Cr1Mo VG工艺管线外径 / 内径 /mm 273/223工艺介质 高压蒸汽操作温度 /℃ 535操作压力 /MPa 8.1操作密度 / kg·m-322.9797动力粘度 / m Pa ·s 0.0307等熵指数 1.2776***大流量 / kg·h-1169300正常流量 / kg·h-1160200***小流量 / kg·h-1125600流量计刻度 / kg·h-1200000仪表差压 /k Pa 160流量系数 α 1.073876直径比(缺孔板为面积比)β 0.6972653型号及图号 BZ160-250节流件形式 标准喷嘴节流装置标准 ISO/GB公称压力 /k Pa 16000公称直径 /mm 250节流件材质 304节流件孔径(圆缺高度)/mm 155.21

2、密度的确定:
  在蒸汽流量计的计量上,密度虽然也是温度、压力的函数,但不再遵循理想气体状态方程,且在不同压力、温度区间,函数关系不同, 很难用一个简单的函数关系式表示,因此着重论述一下常用水蒸汽密度的确定方法。

2.1、查表法:
   把水蒸汽密度表装入计算机中,根据工况的温度、压力,从表中查出相应的密度值。

2.2、计算法:
  (1)自己拟合公式(或者出版物给出的公式);
  (2)乌卡诺维奇公式;
  (3) IFC1967 公式。

2.2.1、 IFC1967 公式:
  根据“IFC1967 公式”制定的数表,考虑了各个不同区域的特性,是***完整的、***全面的。但它数据量大,占用了大量的空间,应用数表要首先判断是饱和蒸汽还是过热蒸汽,再查不同的数表,另外数表的变量是有一定步长的非连续量,对于两点之间的数据,需经过数学内插处理获得,该公式非常繁杂,实际应用起来有一定难度。

2.2.2、密度拟合公式:
  本装置中,大家采用了密度拟合公式:
计算公式
  式中:t 为补偿温度,℃ ;  P 为补偿压力(表压),MPa。

3、流量公式的确定:
  在蒸汽计量中用节流元件作为传感元件时用计算法进行补偿,其流量公式为:
计算公式

  式中:Qm -补偿后质量流量,kg·s-1;C -流出系数;ε -流束膨胀系数;ΔPCh-常用状态下的差压 , 即被补偿量,Pa;ΔP -刻度差压,Pa(见数据表);P1-设计压力,Pa(见数据表);K -等熵指数(见数据表);τ -单位面积内磨擦力;Red-管道雷诺数;Dt-常用状态下管道内径;β -节流件孔径与直管段内径之比,
β =d/Dt;η -动力粘度(见数据表);qm-刻度流量,kg·s-1(见数据表)。
  (1)根 据 公 式(6),将 qm=200000 kg·h-1≈ 55.56kg·s-1,Dt=0.223m,η=0.0307×10-3Pa·S 代入,计算得出 Red=10.3374×106。
   根据公式(5),将 ΔP=160k Pa=160000Pa, P1= 16000k Pa=160000000Pa 代入,计算得出τ =0.99。  
   根据公式(4),将β= 0.6972653, k=1.2776,  τ = 0.99 代入,计算得出ε= 0.991726。
   根据公式(3),将 β=0.6972653,Red=10.3374× 106 代入,计算得出 C=0.99152。
计算公式
(2)该透平压缩机组采用 ITCC 控制,本文中的补偿计算过程已被组态到程序中实行,只需采集现场实时补偿压力值、补偿温度值、高压喷嘴二次仪表的差压值,将这 3 个变量组态进上述大家经过计算得到的式(8)中,通过程序计算大家得到***终经过补偿后的实际流量。

4、结语:
  蒸汽作为重要的二次能源,广泛用于采暖、制冷、生产工艺用热中作载热工质,所以提高蒸汽的生产、输送及使用效率可以节约大量的能源。准确的计量是提高能源管理水平的关键。由于蒸汽的特殊性,在计量方面存在诸多困难,长期以来一直是流量测量中的老大难问题。选择合适的温度、压力补偿公式,就必须全面地了解流量测量的方式 。在测量介质,测量装置,液体工况,流量单位均不同的场合,采用正确的温度、压力补偿方式,才能获得准确的流量。

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