超声波流量计在火炬气测量中的应用

    火炬气系统的目的主要是燃烧来自工艺的废气、将有机碳氢化合物转换为水蒸汽和二氧化碳。就废气而言,火炬气系统被认为是工厂的“下水道”。各工艺单位废气管线汇集形成较大的管路,最后进入火炬主管线。

    工艺需要监控火炬气流量的主要原因:1)政府环保要求。如美国一些地方政府实施了一些减少火炬气排放的计划———尤其是关于CO2和其他温室气体的排放。除此之外,美国政府还实施了许多排放指标交易计划,允许排放量较低的新建的工厂和排放量较高的旧工厂之间就排放指标进行交易。2)检测泄漏。在大多数工厂安装了火炬气流量计后,有经验的业主很快意识到可以通过观察火炬气流量即可检测出运行中的问题。用户通常能够通过追溯气流来源而找出某个工艺单位中意外开启的阀门或者在开启后没有重置的“断开”的泄压阀(PRV)。3)工艺物料平衡。通过超声波流量计测量火炬气流量帮助验证物料平衡的关键元素。4)火炬燃烧控制。如果火炬系统的“废气”成分中很大比重为惰性氮气或其他在工艺中用于安全惰性的“陪衬”气,那么火炬气可能没有足够用于控制火炬火焰的碳氢化合物,这样会阻碍废气完全燃烧。在这种情况下,火炬气流量计与其他分析相结合提供天然气以确保适量的废气被燃烧。

    1　超声波流量计测量火炬气流量

    1·1　应用背景

    超声波测量火炬气流量最早始于1980年,是Panametrics和建在美国德克萨斯州贝敦市的Exxon合作研发的。如今该方法已成为火炬气测量中公认的测量技术,在全球范围内的设备安装点已经超过了3 000个。传统流量测量技术如差压、涡街和插入式热质量流量计没有任何一种能够像超声波流量计一样满足火炬气测量的高要求。

    1·2　工作原理

    GE公司的GF868火炬气流量计是应用于低压气体的时差法超声波流量计,它使用一对可直接接触被测气体的“湿式”超声波传感器(如图1所示)。每一个传感器都能发射和接收超声波信号。流量计电子部件能够精确地测量声波在2个传感器之间传播所用的时间,分别测量上游方向(背离流向)和下游方向(朝向流向)传输所需的时间。流速越高,上游和下游传输时间差就越大。

    实际体积流量是流速和管道内横截面积的乘积。如果知道气体温度和压力,那么可以计算标准体积流量。根据测量所得的上、下游传输时间差的平均值可得出气体中声速的精确值,根据声速及运用一项获得专利的算法可得出相对分子质量。当有多种气源存在时,可运用这一特性检测其中某一具体气源,而且还能计算质量流量。