论文部分内容阅读
摘 要：热式流量计是火炬系统中流量监测的最佳选择，通过安装在地面火炬来气总管上热式流量计获取流量信号，从而进行地面火炬的分级控制，即可保证来气总管压力稳定，又可避免“拉锯现象”，从而保证地面火炬的安全运行。
关键词：地面火炬 热式流量计 分级控制
一、前言：
地面火炬主要是指是封闭式地面火炬，是工业火炬中的一种。而工业火炬系统是用来处理石油化工厂、炼油厂、化工厂及其其它工厂或装置无法回收和再加工的可燃和可燃有毒气体及蒸汽的特殊燃烧设施，是保证工厂安全生产、减少环境污染的一项重要措施。
二、概述：
地面火炬气系统主要由挡风墙、火炬塔、燃烧器、工艺管路、点火装置、控制系统、阀门仪表、分液罐、防回火装置等组成。工艺流程图如下：
分级控制时地面火炬的一个主要特点，它的基本原理是：地面火炬的燃烧部分有许多烧嘴组成，根据工艺要求分为几组，由不同的气动阀门控制（第一级直通，不设阀门），工作时，控制系统根据放空气的流量大小，控制阀门动作，从而控制燃烧的烧嘴数量，保证了所有进入地面火炬的放空气的正常安全燃烧排放。
传统的地面火炬采用放空气的压力信号作为分级控制，也就是通过流量憋压，放空气流量大，压力就大，控制系统就打开阀门，从而通过烧嘴燃烧排放，使放空气泄压，如果放空气压力继续增高，再继续打开阀门，使更多的烧嘴燃烧排放。如果压力下降，控制系统会关闭阀门，减少烧嘴燃烧排放。从而达到对放空气的稳定排放。
但这种控制方式有它的缺点：第一通过压力信号进行流量分级控制时一种间接控制，是通过把介质压力憋起来而得到分级控制信号，所以会造成信号滞后，而且控制精度不高；第二采用压力信号进行分级控制会造成“拉锯现象”，由于分级控制的信号源为压力信号，当压力增高时，控制系统会打开第二级阀门，而此时由于放空气管道内聚集的大量放空气通过第二级烧嘴燃烧排放而泄压，造成压力信号会急剧下降，短时间内不能回复至正常水平，控制系统会关闭第二级阀门。第二级阀门关闭后，放空气管道内的压力又会急剧增高，控制系统又会打开第二级阀门，周而复始，这就是所谓的“拉锯现象”，这种现场不仅影响地面火炬的安全运行，而且会对阀门、控制系统等造成损坏，从而带来更大的隐患。
为此我们决定在放空气管道上增加流量计，通过对放空气流量的检测来进行分级控制，从而彻底克服上述缺点和隐患。经过对市场上所有流量计的分析研究与对比，我们最终选择热式流量计，原因有三：
1、热式流量计不会对放空气管道造成节流，最大限度的保证了火炬系统的安全；
2、热式流量计具有量程比宽、耐高温、耐腐蚀、安装便捷的优点。理论上热式气体质量流量计量程比可以达到1：1000，在工业在线仪表中目前只有热式流量计可以实现这么高的量程比，可以实现从极小量程到极大量程的测量范围。
3、热式流量计在介质流量超量程时不会对流量计本体造成物理性损坏。
三、热式流量计：
热式气体质量流量计是基于热扩散原理的气体流量测量仪表，与其它气体流量计相比，它具有长期稳定、重复性好、安装维护方便、压损小等优点，且不需要进行压力和温度修正，能直接测量气体的质量流量，一支传感器可以同时进行低量程和高量程的流量测量，且适用于φ15mm到φ5m的管径范围。它适合单一气体和固定比例多组分气体的测量。热式流量计特别适用于大口径管道的测量及在线不间断工艺流程情况下的安装、拆卸和维护。该产品已广泛应用于石油、化工、冶金、电力、水处理、电子食品等行业。
四、项目实施：
1、流量计安装
⑴、安装位置及对管道的要求
流量计安装在放空气来气总管的直管段，应远离弯头，障碍物，变径，阀门，以保证有一个稳定的流场，一般要求有一个较长的上下直管道，前直管段长大于10D，后直管段长大于5D。
⑵、插入式安装操作方法
地面火炬的放空气总管直径比较大，所以一般都选用插入式热式流量计，具体安装要求如下：
1）插入深度的规定：
气体在管道中流动，管道中各点的流速是不同的，而且差别很大，一般在管道壁处流速慢，管道中心流速最快。通常用平均流速大小来描述管道中介质流动速度，而流量计的安装是把传感器插到平均流速点处，并且传感器开口和流动方向一致。平均流速点找得准确与否，直接关系到测量的准确性。现场管道中很少有理想的流动，需要现场修正。在大口径测量及段短的场所，一般采用插入式结构，往往可以用改变插入深度的方法去扫描流场，寻找平均流速点，以使测量做的尽量准确。
在直管段较长时，要把传感器插入到管道内径的1/8处，最大可插到1/4处（采用标准表法、喷嘴等计量装置）。很多流通式结构中也采用插入式方法，传感器插入已由厂家完成，仍然是整体标定。
2）自动控制系统
控制系统以SIEMENS公司的S7-200 PLC为控制核心，为防止流量信号抖动或突变，PLC程序采用PID模块运算，从而保证了分级控制的可能运行和放空气总管的压力基本稳定。自动分级控制的基本工艺如下：
1）事故放空气一级常开。
2）当事故放空气流量超过4000Nm3/h（出厂设置，现场可根据实际工况通过触摸屏调整，以下同），开启事故放空气上第二级上的气动蝶阀。第二级开始放空。
3）当事故放空气流量超过8000Nm3/h，开启事故放空气上第三级上的气动蝶阀。第三级开始放空。
4）当事故放空气流量超过12000Nm3/h，开启事故放空气上第四级上的气动蝶阀。第四级开始放空。
5）当事故放空气流量低于11000Nm3/h，第四级气动蝶阀关闭。第四级停止放空。
6）当事故放空气流量低于7000Nm3/h，第三级气动蝶阀关闭。第三级停止放空。
7）当事故放空气流量低于4000Nm3/h，第二级气动蝶阀关闭。第二级停止放空。
如果放空气为多碳成分，需要蒸汽消烟时，放空气的流量信号也可以蒸汽消耗量的控制信号。
五、结论：
热式流量计作为地面火炬的自动分级控制应用，已在我公司的多个地面火炬项目中得到试用，效果良好，达到了预期目的，保证了地面火炬的安全运行，值得推广。需要注意的是：热式流量计的安装位置和方向很重要，需要在项目实施过程中重点关注。
关键词：地面火炬 热式流量计 分级控制
一、前言：
地面火炬主要是指是封闭式地面火炬，是工业火炬中的一种。而工业火炬系统是用来处理石油化工厂、炼油厂、化工厂及其其它工厂或装置无法回收和再加工的可燃和可燃有毒气体及蒸汽的特殊燃烧设施，是保证工厂安全生产、减少环境污染的一项重要措施。
二、概述：
地面火炬气系统主要由挡风墙、火炬塔、燃烧器、工艺管路、点火装置、控制系统、阀门仪表、分液罐、防回火装置等组成。工艺流程图如下：
分级控制时地面火炬的一个主要特点，它的基本原理是：地面火炬的燃烧部分有许多烧嘴组成，根据工艺要求分为几组，由不同的气动阀门控制（第一级直通，不设阀门），工作时，控制系统根据放空气的流量大小，控制阀门动作，从而控制燃烧的烧嘴数量，保证了所有进入地面火炬的放空气的正常安全燃烧排放。
传统的地面火炬采用放空气的压力信号作为分级控制，也就是通过流量憋压，放空气流量大，压力就大，控制系统就打开阀门，从而通过烧嘴燃烧排放，使放空气泄压，如果放空气压力继续增高，再继续打开阀门，使更多的烧嘴燃烧排放。如果压力下降，控制系统会关闭阀门，减少烧嘴燃烧排放。从而达到对放空气的稳定排放。
但这种控制方式有它的缺点：第一通过压力信号进行流量分级控制时一种间接控制，是通过把介质压力憋起来而得到分级控制信号，所以会造成信号滞后，而且控制精度不高；第二采用压力信号进行分级控制会造成“拉锯现象”，由于分级控制的信号源为压力信号，当压力增高时，控制系统会打开第二级阀门，而此时由于放空气管道内聚集的大量放空气通过第二级烧嘴燃烧排放而泄压，造成压力信号会急剧下降，短时间内不能回复至正常水平，控制系统会关闭第二级阀门。第二级阀门关闭后，放空气管道内的压力又会急剧增高，控制系统又会打开第二级阀门，周而复始，这就是所谓的“拉锯现象”，这种现场不仅影响地面火炬的安全运行，而且会对阀门、控制系统等造成损坏，从而带来更大的隐患。
为此我们决定在放空气管道上增加流量计，通过对放空气流量的检测来进行分级控制，从而彻底克服上述缺点和隐患。经过对市场上所有流量计的分析研究与对比，我们最终选择热式流量计，原因有三：
1、热式流量计不会对放空气管道造成节流，最大限度的保证了火炬系统的安全；
2、热式流量计具有量程比宽、耐高温、耐腐蚀、安装便捷的优点。理论上热式气体质量流量计量程比可以达到1：1000，在工业在线仪表中目前只有热式流量计可以实现这么高的量程比，可以实现从极小量程到极大量程的测量范围。
3、热式流量计在介质流量超量程时不会对流量计本体造成物理性损坏。
三、热式流量计：
热式气体质量流量计是基于热扩散原理的气体流量测量仪表，与其它气体流量计相比，它具有长期稳定、重复性好、安装维护方便、压损小等优点，且不需要进行压力和温度修正，能直接测量气体的质量流量，一支传感器可以同时进行低量程和高量程的流量测量，且适用于φ15mm到φ5m的管径范围。它适合单一气体和固定比例多组分气体的测量。热式流量计特别适用于大口径管道的测量及在线不间断工艺流程情况下的安装、拆卸和维护。该产品已广泛应用于石油、化工、冶金、电力、水处理、电子食品等行业。
四、项目实施：
1、流量计安装
⑴、安装位置及对管道的要求
流量计安装在放空气来气总管的直管段，应远离弯头，障碍物，变径，阀门，以保证有一个稳定的流场，一般要求有一个较长的上下直管道，前直管段长大于10D，后直管段长大于5D。
⑵、插入式安装操作方法
地面火炬的放空气总管直径比较大，所以一般都选用插入式热式流量计，具体安装要求如下：
1）插入深度的规定：
气体在管道中流动，管道中各点的流速是不同的，而且差别很大，一般在管道壁处流速慢，管道中心流速最快。通常用平均流速大小来描述管道中介质流动速度，而流量计的安装是把传感器插到平均流速点处，并且传感器开口和流动方向一致。平均流速点找得准确与否，直接关系到测量的准确性。现场管道中很少有理想的流动，需要现场修正。在大口径测量及段短的场所，一般采用插入式结构，往往可以用改变插入深度的方法去扫描流场，寻找平均流速点，以使测量做的尽量准确。
在直管段较长时，要把传感器插入到管道内径的1/8处，最大可插到1/4处（采用标准表法、喷嘴等计量装置）。很多流通式结构中也采用插入式方法，传感器插入已由厂家完成，仍然是整体标定。
2）自动控制系统
控制系统以SIEMENS公司的S7-200 PLC为控制核心，为防止流量信号抖动或突变，PLC程序采用PID模块运算，从而保证了分级控制的可能运行和放空气总管的压力基本稳定。自动分级控制的基本工艺如下：
1）事故放空气一级常开。
2）当事故放空气流量超过4000Nm3/h（出厂设置，现场可根据实际工况通过触摸屏调整，以下同），开启事故放空气上第二级上的气动蝶阀。第二级开始放空。
3）当事故放空气流量超过8000Nm3/h，开启事故放空气上第三级上的气动蝶阀。第三级开始放空。
4）当事故放空气流量超过12000Nm3/h，开启事故放空气上第四级上的气动蝶阀。第四级开始放空。
5）当事故放空气流量低于11000Nm3/h，第四级气动蝶阀关闭。第四级停止放空。
6）当事故放空气流量低于7000Nm3/h，第三级气动蝶阀关闭。第三级停止放空。
7）当事故放空气流量低于4000Nm3/h，第二级气动蝶阀关闭。第二级停止放空。
如果放空气为多碳成分，需要蒸汽消烟时，放空气的流量信号也可以蒸汽消耗量的控制信号。
五、结论：
热式流量计作为地面火炬的自动分级控制应用，已在我公司的多个地面火炬项目中得到试用，效果良好，达到了预期目的，保证了地面火炬的安全运行，值得推广。需要注意的是：热式流量计的安装位置和方向很重要，需要在项目实施过程中重点关注。