啤酒制造廠二氧化碳流量計(jì)量改進(jìn)及改進(jìn)

 

        近年來(lái)隨著國(guó)家各項(xiàng)環(huán)保、能源法規(guī)的出臺(tái)和細(xì)化，啤酒制造工廠的二氧化碳消耗成為一項(xiàng)重要的計(jì)量指標(biāo)。啤酒制造工廠二氧化碳消耗計(jì)量受設(shè)備工況限制普遍存在管路振動(dòng)大、壓力波動(dòng)大的情況，目前國(guó)內(nèi)各家工廠多采用帶溫度和壓力補(bǔ)償?shù)臏u街流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量。渦街流量計(jì)對(duì)橫向振動(dòng)抗干擾能力弱，工廠在二氧化碳方面降耗取得成果往往不能準(zhǔn)確地進(jìn)行橫向和縱向比較，影響了經(jīng)驗(yàn)交流和改進(jìn)。

        受成本限制，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)工廠能夠使用質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量二氧化碳消耗。如何在檢測(cè)穩(wěn)定性和成本中取得平衡，找到高性?xún)r(jià)比的二氧化碳計(jì)量方案成為啤酒生產(chǎn)企業(yè)面臨的一個(gè)重要計(jì)量課題。本文以某啤酒制造工廠二氧化碳計(jì)量裝置改造過(guò)程為實(shí)例，介紹一套高性?xún)r(jià)比的檢測(cè)方案。

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1、原有二氧化碳計(jì)量系統(tǒng)分析

    某啤酒制造工廠原有二氧化碳計(jì)量采用帶溫度和壓力補(bǔ)償?shù)臏u街流量計(jì)檢測(cè)方案見(jiàn)圖1，渦街流量計(jì)安裝管路振動(dòng)影響明顯，增加固定點(diǎn)和防振膠墊后無(wú)明顯改善。在振動(dòng)等環(huán)境條件影響下，不能對(duì)數(shù)據(jù)有效計(jì)量。

    連續(xù)數(shù)月跟蹤數(shù)據(jù)反映以下幾方面問(wèn)題:

    1)在顯示波動(dòng)量方面，在生產(chǎn)用氣量穩(wěn)定情況下流量計(jì)瞬時(shí)顯示值在20一300kg/h范圍反復(fù)波動(dòng);

2)在顯示值零點(diǎn)方面，部分生產(chǎn)線停產(chǎn)(使用終端閥門(mén)關(guān)閉)，流量計(jì)瞬時(shí)顯示值不為“0，且在變化;

3)在累計(jì)流量方面，儲(chǔ)罐二氧化碳總量與外供總量比較差值達(dá)到10%以上。

 

2、2 新計(jì)量方案優(yōu)勢(shì)及解決措施

2.1  流量計(jì)原理

    渦街流量計(jì)從檢測(cè)原理上對(duì)橫向振動(dòng)抗干擾能力弱，即使采用進(jìn)口高端品牌也難以解決橫向振動(dòng)問(wèn)題，如果加防振座、防振膠墊、調(diào)整參數(shù)仍然不能消振就只能考慮其他檢測(cè)設(shè)備;如果采用質(zhì)量流量計(jì)，可從原理上解決振動(dòng)問(wèn)題，但限于質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格是同品牌同口徑渦街流量計(jì)的2-3倍，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)工廠并未將質(zhì)量流量計(jì)列人二氧化碳計(jì)量配置方案。

 

    V錐流量計(jì)是20世紀(jì)80年代后研發(fā)的新型差壓式流量計(jì)，其節(jié)流布局從中心孔節(jié)流改為懸掛在管線中心的一個(gè)V型錐體來(lái)做環(huán)狀節(jié)流，這種幾何形狀與傳統(tǒng)節(jié)流組件相比，具有壓損小、穩(wěn)定性好和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，其檢測(cè)原理如圖2所示。V錐體懸掛在管道中心，它迫使中心處的流速越來(lái)越慢，管璧附近的流速逐漸加快，從而達(dá)到使流速“勻化”的效果。其它差壓式流量計(jì)的中心處是空的，不能使流速“勻化”，因此V錐流量計(jì)在傳統(tǒng)的差壓儀表不宜測(cè)量的低流速時(shí)仍能產(chǎn)生足夠的差壓，抗干擾強(qiáng)、量程比寬，能在小流量下準(zhǔn)確計(jì)量是其最大優(yōu)點(diǎn)。

    某啤酒制造工廠嘗試改用V錐流量計(jì)對(duì)二氧化碳計(jì)量，安裝調(diào)試后V錐流量計(jì)較渦街流量計(jì)抗振動(dòng)十?dāng)_能力有所增強(qiáng)，主要表現(xiàn)在連續(xù)生產(chǎn)中流量計(jì)瞬時(shí)流量顯示值波動(dòng)范圍明顯減小，如前面列舉的顯示波動(dòng)量由20一300kg/h下降到20-200kg/h，但是顯示零點(diǎn)和累計(jì)流量問(wèn)題仍未有效解決。投人使用后生產(chǎn)線終端閥門(mén)全關(guān)閉時(shí)瞬時(shí)流量顯示值仍有跳動(dòng)，不恒為“0;累積數(shù)據(jù)顯示，分別向多條生產(chǎn)線輸送二氧化碳管路上的流量計(jì)累計(jì)數(shù)據(jù)總和與二氧化碳儲(chǔ)罐送出數(shù)據(jù)相比部分時(shí)段累計(jì)流量誤差超出5%。

 

2、2分析并改進(jìn)由安裝位置引起的計(jì)量準(zhǔn)確性問(wèn)題

    通過(guò)對(duì)相關(guān)工藝設(shè)備排查及查閱相關(guān)資料分析，發(fā)現(xiàn)管路(圖3)壓力波動(dòng)與流量計(jì)數(shù)據(jù)間存在一定聯(lián)系，最終找到原因。

    經(jīng)測(cè)算，流量計(jì)安裝位置至某生產(chǎn)線使用終端閥門(mén)有450m管路(直徑37)，約相當(dāng)于500L容積的緩沖空間，經(jīng)查得二氧化碳在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，20°C)下，密度為1. 977=2 (g/L)，由氣體守恒定律(管路在室內(nèi)保溫，溫度變化可忽略)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)記錄，生產(chǎn)線暫停（用氣終端關(guān)閉）時(shí)，二氧化碳供氣管路壓力在1-1.1MPa之間波動(dòng)，若取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)壓力P1=0.1MPa，則波動(dòng)下限和上線分別取絕對(duì)壓力為P2=1.1MPa和P3=1.2MPa（此處將相對(duì)壓力折算為絕對(duì)壓力），將P2、P3及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下二氧化碳密度p=2（g/L）帶入式（2）得壓力波動(dòng)下限時(shí)的密度：P2=22（g/L）；壓力波動(dòng)上限時(shí)的密度P3=24g/L。

 

    管路壓力變化造成管道內(nèi)二氧化碳質(zhì)量的變化量△m

式中，v為流量計(jì)安裝位置到生產(chǎn)線使用終端閥門(mén)處管路容積。

    通過(guò)上述計(jì)算可得出在某生產(chǎn)線暫停時(shí)，管路壓力波動(dòng)一個(gè)循環(huán)(管路壓力由1 MPa升高到1. 1MPa后再下降到1 MPa)過(guò)程中有約lkg的二氧化碳經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后因管路壓力變化又回到流量計(jì)前。

 

    二氧化碳在管路高壓時(shí)流過(guò)流量計(jì)，因?yàn)槭褂媒K端閥門(mén)關(guān)閉封閉在管路中，在管路壓力下降時(shí)，部分氣體由管路又回到流量計(jì)前管路中(見(jiàn)圖4),并在下一次管路加壓時(shí)再次流經(jīng)流量計(jì)計(jì)量，如此反復(fù)計(jì)量，導(dǎo)致雖然生產(chǎn)線使用終端關(guān)閉，現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)瞬時(shí)顯示值不為“0。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)流量顯示值最高可達(dá)100kg/h以上，對(duì)分析結(jié)果一致。生產(chǎn)時(shí)隨管路壓力波動(dòng)也會(huì)造成流量計(jì)重復(fù)計(jì)量，只是比較停產(chǎn)時(shí)而言數(shù)量小，不易發(fā)覺(jué)。顯然這是影響流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性的一項(xiàng)主要原因。

    跟蹤的另一條生產(chǎn)線數(shù)據(jù)因?yàn)楣苈份^短(約105m)且生產(chǎn)連續(xù)，停產(chǎn)時(shí)間短，因此受重復(fù)計(jì)量影響較小，通過(guò)跟蹤和分析各儀表累計(jì)值也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

    綜上分析，造成誤差的原因是流量計(jì)到使用工位之間管路長(zhǎng)，管路壓力波動(dòng)造成流量計(jì)至使用工位前管道內(nèi)二氧化碳?xì)怏w在“加壓一減壓一加壓”過(guò)程中重復(fù)計(jì)量引起的，這一分析與累計(jì)數(shù)據(jù)在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)誤差小，停產(chǎn)時(shí)誤差大的現(xiàn)象以及到現(xiàn)場(chǎng)輸送管路距離長(zhǎng)的生產(chǎn)線停產(chǎn)較輸送管路短的生產(chǎn)線停產(chǎn)影響大的現(xiàn)象也是吻合的。

    根據(jù)以上分析采取了改進(jìn)措施:在改造流量計(jì)安裝位置，將一次表安裝至接近使用終端閥門(mén)位置，大幅減小流量計(jì)至使用工位閥門(mén)間的管道緩沖空間，減少因系統(tǒng)壓力波動(dòng)造成的重復(fù)計(jì)量;在接近流量計(jì)處管路上安裝單向裝置，減少因管路壓力下降造成的氣體反向流動(dòng)，進(jìn)一步減少壓力波動(dòng)造成的重復(fù)計(jì)量帶來(lái)的影響，見(jiàn)圖5

2.3效果驗(yàn)證

    對(duì)兩條生產(chǎn)線二氧化碳流量計(jì)量系統(tǒng)實(shí)施改造后跟蹤數(shù)據(jù)如下:

    1)在顯示波動(dòng)量方面，在生產(chǎn)用氣量穩(wěn)定情況下流量計(jì)瞬時(shí)顯示值波動(dòng)范圍由原來(lái)20一300kg/h減小到20一80kg/h ;

    2 )在顯示值零點(diǎn)方面，原來(lái)部分生產(chǎn)線停產(chǎn)時(shí)(用氣端閥門(mén)關(guān)閉)，流量計(jì)瞬時(shí)顯示值不為“0”，最大到100kg/h以上，改造后穩(wěn)定在零點(diǎn);

    3)在累計(jì)流量方面，儲(chǔ)罐二氧化碳總量與外供分表總計(jì)比較誤差由原來(lái)的10%以上減小到2%以?xún)?nèi)。

    考慮到計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)存在二氧化碳用量不均勻、小流量運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)和振動(dòng)等干擾因素多的情況，2%的總誤差已經(jīng)是較理想的狀態(tài)，用不到質(zhì)量流量計(jì)一半的成本完全達(dá)到預(yù)定的效果。

 

3結(jié)束語(yǔ)

    本方案使用的V錐流量計(jì)價(jià)格與同口徑渦街流量計(jì)相當(dāng)，僅為同口徑質(zhì)量流量計(jì)的1/2一1/3。只需將流量計(jì)安裝到合適位置，加人單向閥，就能取得接近質(zhì)量流量計(jì)的檢測(cè)效果，可作為同類(lèi)生產(chǎn)廠二氧化碳計(jì)量的高性?xún)r(jià)比方案。

 

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