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液化天然气接收站流量计选型设计与应用研究

来源: 作者: 发布日期:2020-10-17

 摘要: 针对液化天然气接收站介质特性及工艺流程,该文简单介绍了液化天然气工程中常用流量计的工作原理及优缺点,给出了流量计选型的一般步骤,非常后通过实例介绍了流量计选型的过程,并对选型时应注意的问题进行了探讨。

 
引言
液化天然气( LNG) 接收站是对 LNG 进行接收、储存、气化和外输等作业的站场,主要工艺系统包括卸料系统、储存系统、蒸发气( BOG) 压缩机系统、高压气化外输系统、槽车低压外输、火炬系统、计量系统等,另外还有配套的公用系统,如消防水系统、仪表风系统、制氮系统、取海水系统等,为了更好地控制产品质量、成本核算和节约能源,需要在 LNG 接收站各系统适当配置流量计进行实时监测。
 
接收站流量计按用途分为贸易计量和过程控制。贸易计量主要是 LNG 卸料计量、天然气外输计量和槽车 LNG 分销计量,其中,卸料计量一般通过热值计算,不采用流量计,天然气外输计量一般采用成套的外输计量撬( 超声波流量计) ,LNG 槽车外输计量则通过地衡称重实现[1],该文主要研究过程控制流量计选型设计与应用。 
 
1 工作原理及选型步骤
目前,市场上大约有超过一百种不同的流量计,其测量原理、结构特性、适用范围及使用方法各不相同,对每一种测量工况而言,没有非常好的流量计,只有非常适合的。选择非常适合的流量计,需要根据不同流量计的仪表性能,结合它们各自的使用工况及优势进行选型比较。 
 
1. 1 工作原理
石油化工行业常用的流量计主要有质量流量计、超声波流量计、容积式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计、转子流量计、靶式流量计、孔板流量计V 锥流量计和文丘里流量计等 10 余种,表 1 是各种类型流量计工作原理及优缺点[2 - 3]。 
常用流量计工作原理及优缺点
1. 2 选型步骤
首先明确使用流量计的目的,例如测量体积流量、质量流量、瞬时流量、累积流量; 其次,针对每一种工况,确定工艺参数后,从测量介质、量程比、测量范围、压力损失、管径要求等方面进行分析比较,对于符合以上要求的确定为备选流量计; 非常后,对备选流量计再从价格、环境条件和后期维护要求确定适合的。
 
1) 价格。价格是流量计选型必须考虑的因素,但不是决定性因素,仅就仪表本身购置费来讲,质量流量计、容积式流量计、管段式超声流量计价格比较高,而小尺寸的涡轮、涡街、靶式、V 锥等仪表的价格相差不多,转子和孔板则属于比较便宜的仪表。除此之外,还应考虑国产进口差价、安装费、维护费、周期标定费等附加费。 
 
2) 环境条件。一般需要考虑的有使用环境温度、湿度、大气压、防爆防护、电磁干扰、防雷击等,对于沿海地区,仪表耐腐蚀性也应被列为重点因素。 
 
3) 后期维护。流量计投入使用后,为保证流量计正常工作和保持应有的精度,需要定期对流量计进行维护。例如,涡街流量计为了后期方便检查和清洗流量计( 漩涡发生体) ,应安装旁通管道,而科式质量流量计零点漂移对测量准确度的影响较为严重,所以非常必要定期进行零点检查和调整。流量计选型步骤如图 1 所示。
流量计选型步骤流程图
每台低压泵管线均需要流量测量,首先确定测量介质的工艺条件,表 3 为低压泵管线工艺参数。
 
2 应用举例
2. 1 确定工艺参数
LNG 接收站内需要使用流量计的系统及测量介质如表 2 所示。
系统及介质
低压外输工艺流程如图 2 所示,一部分低压LNG 进入再冷凝器与 BOG 压缩机的压缩蒸发气混合冷凝后,与经过再冷凝器旁路的低压 LNG 汇合进入高压泵,达到所需的流量和输送压力后经过气化器气化、计量站计量后外输至输气管道,另一部分低压 LNG 直接输至装车站,通过槽车外运。
低压外输工艺流程图
 
2. 2 选型分析
根据表 3 提供的工艺参数,按照测量介质适用性、量程比、压损要求、管径要求等进行逐项评比。 表 4 为流量计选型评审表。其中,压力损失计算过程复杂[5],一般通过专业软件完成。
工艺参数
通过以上分析,确定备选流量计有 5 种类型,分别是超声波流量计、涡轮流量计、涡街流量计、孔板流量计和文丘里流量计。从价格上可以先排除超声波流量计,涡街流量计受环境条件影响较严重,特别是管道振动这类周围噪声影响测量精度,涡轮流量计可动部件容易磨损,后期维护工作量大,同尺寸的文丘里管大约是孔板的两倍价格,综合上述因素及以往项目经验,优先选用孔板流量计。对于其他系统的流量计,按照以上步骤和原则分别进行选型,并非常终确定非常适合的流量计。 
流量计选型评审表
3 应注意的问题
流量计的选型过程是不断综合比较的过程,既要了解使用条件又要熟悉流量计的性能参数,一般而言,选型时应注意以下几个方面: 
 
1) 防爆防护。液化天然气接收站危险隐患较多,站内各工艺系统可能会有可燃气存在,考虑到LNG 具有易燃易爆易蒸发、快速相变、低温等特性,一旦泄漏会迅速蒸发形成可燃气云团,遇火源就可能发生火灾爆炸[6],因此选型时要选用满足本区域防爆防护等级要求的流量计,以减少可能发生的事故。
 
2) 标定要求。在设置流量计精度时,应注意厂家提供的数据是在出厂标定条件下标定的,而在实际测量时,介质参数与标定时发生变化,可能会影响流量计精度,因此安装前需要根据介质工艺参数进行标定。另外,如果流量计长时间使用发生磨损或介质参数发生较大变化也需要进行及时标定,以免影响计量结果。 
 
3) 辅助配件。流量计在使用时可能不是单独存在的,往往需要配备相应的辅助配件,以保证流量计正常、可靠地工作。例如,容积流量计和涡轮流量计一般需要安装前置过滤器,而转子流量计则需要在下游安装单向阀以免流体倒流。 
 
4) 保证安全。石油化工行业中流量仪表在过程控制中有着稳定安全生产的作用,因此,首先保证测量方式必须稳定可靠,一方面取样装置在运行中不会发生因机械强度或电气回路故障而引起生产事故;另一方面,测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不会影响生产系统的安全。低温高压的场合,一般不使用结构强度较低的靶式流量计和涡轮流量计,而对于安全仪表系统的流量计,还有 SIL 证书的要求。 
 
5) 业绩要求。通常为保证项目安全可靠,建议选型时尽量选用有相同或相似工况应用业绩的流量计,对于业绩较少的流量计或新产品应慎重对待。
 
4 结论
综上所述,液化天然气接收站的流量计选型,必须在掌握各流量计工作原理及优缺点的基础上,根据工艺参数要求,从测量介质、量程比、测量范围、压损和管径要求等五个方面初步筛选备选流量计,然后再从价格、环境条件和后期维护方面综合考虑。同时,选型时还应注意防爆要求、标定要求、辅助配件、保证安全和业绩要求等方面的问题,非常终选择非常适宜的流量计。该文对于 LNG 接收站流量计选型具有一定的借鉴意义。

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