被测介质的组分变化对孔板测量的影响

    孔板广泛应用于炼油、化工、储运、天然气等工业生产过程中,是检测各种气体和液体流量最常用的传感器。由于它价格低廉、原理简单、可靠性好、易于维护等特点,从使用的历史和数量上看,都远远超过其他类型的流量计。

    然而,孔板与其他类型的计量仪表(如质量流量计、体积流量计等)相比,误差较大。经过长期的探索,流量孔板的设计公式和参数计算公式相当完备,它是一种可靠的流量传感器。产生误差的根本原因不是孔板本身的因素,而是被测介质的特性发生了变化,如温度、压力、密度、粘度、分子组成等。只要被测介质的特性与孔板设计要求相符,孔板测量的误差可忽略不计。本文结合延炼实业集团公司孔板使用中遇到的具体问题,谈谈被测介质的组分变化对孔板测量的影响。是为了更好地使用孔板这一历史悠久的计量工具。

    1　液体介质的组分变化对孔板测量的影响

    伯努利原理下的孔板计算有密度不变的假定,即设计密度与实际密度相同。而被测介质一般都是混合物,由多种不同的分子组成,其中以某一单质、化合物或某一族化合物为主。在实际使用中,由于工艺因素,原料性质的变化,产品成分的改变等,都会改变被测介质的族组成和族组成比例,改变介质的平均分子量,从而使介质的实际密度与设计密度产生偏差,违背了伯努利原理,使孔板的测量结果也出现了偏差。

    由于组分变化而引起测量不准的现象,在该厂普遍存在,主要因为孔板设计时的已知数据与实际有一定的偏差。以该厂300 kt/a催化重整3台孔板流量计出现的问题为例,说明液体介质的组分变化对孔板测量的影响。

    1·1　故障现象

    预处理进料FICQ-101;重整进料FICQ-201和碳五及以下馏分出装置FICQ-211,DCS累积量和罐区实际测量误差分别为3%,4%和-4%左右,偏差较大。

    1·2　原因调查与分析

    1)仪表检查:对仪表、DCS全面检查,设计、安装正确,差压变送器的校验数据、方法正确,标准仪器合格,DCS组态、算法正确;

    2)实物标定:标定罐区物料,计量准确;

    3)工艺检查:操作温度、压力与设计相符;

    4)组分化验:经过化验,被测介质的实测密度、组成与原设计有较大偏差,化验结果如表1所列。

    5)原因分析:从孔板的质量流量计算公式可知,q_m是介质密度ρ的函数。如果流体的组分发生变化,那么对密度ρ影响很大,结合表1,认为以上3台孔板流量计测量不准的原因是由于被测介质的组分发生了变化而引起平均分子量的变化,从而引起密度变化。其中位号为FICQ-101,FICQ-201的馏分增宽后,大分子含量增多,平均分子量增大,介质的工作密度分别由设计的695 kg/m³,652 kg/m³分别增加到734 kg/m³和685 kg/m³,造成仪表的指示偏高;位号为FICQ-211的碳五馏分减少,小分子含量增多,平均分子量减小,介质工作密度由设计的539 kg/m³减小到495 kg/m³,造成仪表的指示偏低。