1、一起空分裝置流量測量元件計量誤差事件的處理方法沈夢榮，丁傳琪，李燕鵬（中國空分設備有限公司浙江杭州 310051）摘要：通過一起空分裝置流量測量元件計量不準確的事件，分析其中配管因素對于流量計計量精度的影響。在無法更改現場配管走向的情況下，通過增設管道流動整直器的方法最終解決了問題，并總結了經驗教訓。Abstract: Analysis of piping factors effect on the flowmeter measurement accuracy, because of an inaccurate measurement event about air separation un

2、it with the flow measurement device. Finally solved the problem by using the method of adding pipe flow straightening machine when piping to the scene of the unable to change the move towards situation, and sums up the experiences and lessons.關鍵詞：空分 純化系統 阿紐巴流量計 流動整直器 經驗教訓Key words : Air separation P

3、urification system Annubar flow element Flow straightening machine Experiences and lessons1 前言某石化公司于八十年代初期從國外知名空分公司引進一套10000Nm3/h空分裝置，該裝置運行至今已近三十年。近年來，分子篩純化系統曾多次出現分子篩填料通過床層泄漏事件，并經由用戶自行進行了多次修補。由于用戶認為該分子篩純化系統的可靠性及安全性出現了明顯降低，用戶于2015年決定對該分子篩純化系統進行整體更換改造。本項目由我司負責設備及系統設計，某機械制造公司負責生產制造。項目于2015年6月下旬實施安

4、裝更新，2015年7月12日空分裝置重新啟動，改造后純化系統同時投入運行，純化系統出口處檢測空氣中CO2含量指標達到設計要求。2 現象與判斷空分裝置運行后不久發現，當MS1純化器與MS2純化器工作狀態相互切換后，空氣出純化系統的流量測量值相差較大。當MS1純化器工作時空氣出系統流量約為37300Nm3/h，當MS2純化器工作時空氣出系統流量約為53600Nm3/h，而空氣流量設計值為53000Nm3/h。繼續觀察純化系統運行三個周期后，結果依然是MS1純化器工作時較MS2純化器工作時空氣出系統流量計量值偏低，且偏差值趨于某一穩定值。空氣出兩臺分子篩純化器匯入空氣總管后流經同一臺流量測量元件計量

5、，并最終進入冷箱內分餾塔系統參與精餾過程。純化系統流程組織示意圖見圖1。通過觀察，在分子篩純化系統三個切換周期的運行過程中，空壓機排壓及上、下塔操作壓力未發生變化，空分裝置各產品產量與純度亦未見波動。同時，在裝置運行初期，所有自動控制閥均處于手動狀態，未投自動，閥門流通能力相對固定。上述現象說明在兩臺純化器切換的過程中空壓機排氣量及進分餾塔系統的空氣量實際未發生明顯變化，這也證實了當兩臺分子篩純化器切換運行過程中，實際通過每臺純化器的空氣量是基本相等的。圖1 純化系統流程組織示意圖3 原因分析本次純化系統改造更換項目按照用戶前期要求，兩臺純化器基礎利舊，純化器外形尺寸與管口位置盡可能與原純化器

6、一致，純化器、控制閥門及系統內管道整體更換，配管盡可能保持原有走向。由于現場原有兩臺純化器的基礎定位相距較近，更新后的純化器位置也無法變更，這致使配管空間相對受限，對于原有配管的優化設計難以實現。設計人員在布置純化器空氣出口管道時，綜合考慮閥門操作方便及有限的配管空間等因素，采用了不對稱布置形式。純化器空氣出口管道配管示意圖見圖2。圖2 純化器空氣出口管道配管示意圖位于空氣出口匯總管的流量測量元件FRQC1是一臺阿紐巴流量計。按工作原理分類屬于差壓式均速管流量計，安裝方式為插入式。插入式流量計由于其結構特點使得它在大口徑流量測量中有突出的優點，如價格低廉，重量輕，壓損小，易于安裝、維修等。該流

7、量計為利舊儀表，流量計經現場業主儀表人員檢查后，可以排除是由于測量元件自身差壓測定不準或流量計算公式有誤或DCS系統所造成的誤差。那么此時我們的判斷為，造成此次流量計量差異產生的原因很可能是由于兩臺分子篩純化器空氣出口管道的不對稱布置所引起的。由分子篩純化系統的工作特點可知，每當工作純化器發生一次切換，流經空氣匯總管的空氣路徑將發生一次改變。對于出口支管段對稱布置的純化系統來說，切換前后雖然空氣流路發生了變化，但是流經的管路特性是一致的（流經的管件數量與型式保持不變，流經的管道長度保持不變）；而對于純化器出口支管段非對稱布置的純化系統，情況則要復雜的多。當然，理論上如果測量元件上游直管段足夠長

8、時，即使上游流體流動路徑發生了改變，但經過充分發展流動后，消除旋渦，流型得到穩定，流量測量元件所測量到的差壓也會趨于一致。該項目中，流量計安裝位置見圖2，流量計上游直管段長度約為10米，似乎滿足我們一般意義上認為的差壓式流量計“前十后五”的要求（即流量計上游側直管段長度不少于十倍管道直徑，下游側直管段長度不少于五倍管道直徑）。而在實際運行過程中我們發現，每當MS2純化器工作時，出口空氣流量接近設計值53000Nm3/h，與空壓機排氣能力基本吻合；而每當MS1純化器處于工作狀態時，出口空氣流量指示僅約為37300Nm3/h，偏低近30%，流量計指示值明顯不準確。從MS1純化器出口空氣管路布置分析

9、，空氣出純化器依次有DN700/DN400縮接，DN400彎頭，DN400蝶閥，以及連接DN400支管與DN600總管的異徑三通。當氣體流經DN700/DN400縮接及DN400彎頭時速度分布產生畸變與二次流動，流經DN400蝶閥時管內氣體速度分布發生畸變、二次流動與旋渦，流經異徑三通匯入總管時與管壁撞擊而粘滯速度分布發生畸變同時產生旋渦。表1所示為均速管流量計所要求的直管段長度。根據該項目實際情況，配管類型可大致簡化為類型3，表中顯示當不采用整流器且流經管件不在同一平面內時，流量計上游側最短直管段長度要求為24D（D為管道公稱直徑）。若按表1要求，那么當MS1純化器工作時，從匯總管異徑三通處

10、至流量計的直管段長度則略顯不足（空氣出口匯總管直徑DN600，流量計上游側最短直管段長度要求24D，即14400mm）。同理，空氣出MS2純化器并最終斜接匯入總管處距流量計的直管段長度亦略顯不足，但由于斜接管型式對于流體產生流速畸變或旋渦的影響在一定程度上要優于三通型式，故實際測量中未測得當MS2純化器工作時空氣流量值的明顯偏差。表1 均速管流量計所要求的直管段長度4 問題處理由于現場流量計FRQC1為利舊儀表，改造施工中未涉及，且下游側直管段長度又相對較短，無法通過改變流量計的安裝位置來增加上游側直管段長度。因此，我們通過上述原因分析向用戶提供了以下兩種處理方法：（1） 修正均速管流量計的流

11、量系數根據此類流量計工作原理，其測量公式中有一個流量系數，這個系數反映了流量計按標準制造安裝的流量計修正系數。流量計計量值發生了偏離，是設計、制造、安裝使用一系列因素造成的，也即流量系數發生了變化。由于均速管流量計其流量測量的重復性比較好，且純化系統空氣出口流量僅作為控制流量，而非貿易結算用流量。因此使修改流量系數成為可能，這種方法最大的好處是極為便捷且不產生任何能耗的增加。（2） 采用流動整直器由表1可知，若在流量計上游側直管段中增設流動整直器，則能大大降低流量計上游側最短直管段長度要求，雖然這種方法增加了部分的永久壓損，但在某些特定場合具有其特有的使用價值。根據GB/T2624.1-200

12、6用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量 第一部分：一般原理和要求附錄C，采用流動整直器能夠消除或顯著減少旋渦但不能同時產生容許流動狀態（參見參考文獻2），流動整直器型式可分為管束式流動整直器（圖3）、AMCA整直器（圖4）和Etoile整直器（圖5）。圖3 管束式流動整直器圖4 AMCA整直器圖5 Etoile整直器最終經過討論，用戶認為純化系統空氣出口流量指示值被用于空氣壓縮喘振控制，屬于重要參數，故決定采用增設管束式流動整直器的方式來減小或消除計量偏差。管束式流動整直器由一捆緊固在一起平行相切并剛性地夾持在管道中的管子組成。管束式流動整直器至少宜有19根管子，管子直徑小于等于0

13、.2倍管道直徑，管子長度宜大于等于10倍管子直徑。依據用戶生產安排，空分裝置于2015年8月15日進行臨時停車，并在空氣出口流量計上游側加裝了流動整直器。最終，在MS2純化器空氣出口管斜接匯入空氣總管后，流量計FRQC1上游側，安裝了由22根DN100不銹鋼管子組成的管束式流動整直器，管束長度1300mm。2015年8月16日空分裝置再次啟動，FRQC1流量計在工作純化器切換前后計量空氣出系統流量，流量指示值基本一致，與設計值相符。通過此次增設流動整直器，完美的解決了工程實踐中出現的流量計上游側直管段無法滿足最短長度的問題，從而保證了空分裝置的整體穩定運行及空氣壓縮機控制要求，對于其他有類似情況發生的工程項目具有一定借鑒作用。5 經驗教訓本次改造項目屬于分子篩純化系統整體改造，除了滿足分子篩純化器設備自身的安全可靠性之外，設計人員對于整個系統設計的把握應具有全局性，使系統各項運行測量指標均符合設計要求，是保證整個裝置安全穩定運行的基礎。對于分子篩純化系統的管路應盡可能采用對稱布置型式，以減少純化器切換工作前后對于整個系統運行狀況的影響。如果確實由于空間限制，無法滿足純化系統主要管道完全實現對稱布置的要求時，則應評估其對下游設備或計量儀器影響，如影響較大時須采取相應措施，減少或消除影響。隨著空分裝置的大型化