BURKERT宝德流量计测量热解气选型设计

    BURKERT宝德流量计测量热解气选型设计
    在众多BURKERT宝德流量计中，涡街流量计的安装、运行、维护费低于节流式、容积式等，购置费低于容积式、式等，是一种实用性和经济性都较好的流量计，受到用户广泛。该流量计优点如下:
    (1)在一定雷诺数Ｒe范围内(2×104～2×106)，输出频率信号不受流体物性(密度、粘度)和组分变化影响，即仪表系数仅与旋涡发生体的形状尺寸及管道的形状尺寸有关，可以在一种典型介质中校验而适用于各种介质。
    (2)度较高(与差压式、浮子式流量计比较)。
    (3)压损小(约为孔板流量计的25%～50%)，大幅度降低能耗。
    (4)结构简单牢固，安装维护方便。
    (5)使用范围广，可测量液体、气体、蒸汽和部分混相流体。
    BURKERT宝德流量计的参数计算
    BURKERT宝德流量计工作状态和标准状态下的体积流量换算
    涡街流量计的输出信号是与工作状态的体积流量成正比例，气体的体积流量受温度、压力影响较大，在流量计选型时，若提供的流量是标准状态下的体积流量或流量，应把它换算成工作状态下的体积流量。
    式中，qV、qn分别为工作状态和标准状态下的体积流量，m3/h;P、Pn分别为工作状态和标准状态下14的压力，Pa;T、Tn分别为工作状态和标准状态下的热力学温度，K。
    2.2雷诺数、压力损失和背压的计算
    在涡街流量计选择流量计通径时，主要是对流量下限值进行核算雷诺数，小雷诺数不应低于下限雷诺数，即雷诺数Ｒe≥2×104。在测量介质为液态时，还应检查小工作压力是否高于工作温度下的饱和蒸汽压，即是否产生气穴现象。
    (1)是一个表针流体惯性力与粘性力之比的无量纲量:
    式中，Q为体积流量，m3/h;D为流量计内径，mm;v为运动粘度，m2/s。
    (2)压力损失:选择流量计时，通常可能会对流量计的通径进行适当缩小，以取得较大的流速和合适的流量量程。但是如果缩径过于严重，可能会导致较大的压力损失，能耗会增加，因此在选择流量计的通径时，也需要适当考虑压力损失，尽可能减小压力损失。压力损失△P计算:
    式中，△P为压力损失，kg/m2;ρ为流体密度，kg/m3;V为流速，m/s。
    (3)背压:测量液体的流量时，要确认工艺管道的压力对于较小的公称通径而言有足够大的背压，避免气穴产生。流量计下游的管道压力应满足:
    式中，P为流量计下游3.5～7.5D的小管道压力，kg/cm2(A);P0为液体的饱和蒸汽压，kg/cm2。
    （4）根据工艺要求及现场安装环境选择耐压、耐温等、防护等、防爆等、输出信号等。
    3测量热解气的涡街流量计的选型设计
    热解气的组分如表1所述，其工艺参数:操作密度0.63kg/m3，运动粘度2×10－5m2/s，操作温度48.9℃，操作压力7.5kPa，管道DN80，小流量50Nm3/h，正常流量100Nm3/h，大流量150Nm3/h，仪表测量范围选择0～180Nm3/h。
    因为本装置为试验装置，在装置运行的过程中，业主可能会根据需要适当调整参数，因此选关键设备的工程可行性、优化工艺参数的关键参数之一，因此使用精度高一些的流量计也是有必要的;热解气的组分随着参数的调整也可能会发生变化，因此基于伯努利方程原理的，如孔板、喷嘴、阿牛巴、德尔塔巴、平衡式等都不能很好的测量，因为这类流量计受流体物性(密度、粘度)和组分变化影响，且终的热解气产品或多或少都有焦油的存在，时间长了可能堵塞流量计。楔式流量计带自清洁的功能，如果采用法兰取压，变送器采用隔膜密封式变送器，其受焦油的影响较小，楔式流量计的计算结果分别见图1和图2。
    当BURKERT宝德流量计已经大于操作压力的一半，此种方案不可取，当H/D比为0.3时，其压力损失为1.09kPa，可以接受，但小流量时的差压只有0.11kPa，甚至正常流量时的差压也只有0.45kPa，由于采用的是隔膜密封式变送器，此时的精度无法保证;另一类是基于线性连续方程原理的，如涡街流量计、流量计等，考虑到本装置为一个实验装置，流量计价格昂贵，因此综合考虑介质和装置的特殊性、压损、精度和费用等因素，本工程中选用涡街流量计测量热解气的流量。
    BURKERT宝德流量计口径为DN80时，小流量无法测量;流量计口径缩径至DN50时，小流量可测(此时流体的雷诺数非常接近2×104)，但此时的测量精度稍微差些;流量计口径缩径至DN40时，小流量可测，且精度也能得到保证。用上述公式计算的压损与软件计算出来的也基本一致，差别来自计算时流速及流量计口径均采用的是估算值。如果流量计缩径至DN25时，流量计的压损已经达到7.6kPa，压损较大，无法满足工艺要求。因此选择DN40口径的流量计能满足要求。对于DN50口径的方案，如果流量大于54Nm3/h时，流量计的精度为此款流量计的精度，为1.0%，当流量为50Nm3/h时，此时流量可测，只是精度稍差些，约为1.81%，但流量计的压损会小很多，从节能降耗方面考虑，选择DN50口径的流量计也是可以的。综上，选择DN40和DN50口径的涡街流量计都能满足要求。
    操作温度为48.9℃，没有特殊性，选择普通的涡街流量计即可;根据现场情况，流量计为露天安装，防护等选择IP65即可;根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058－2014，本装置中各介质所在组别属于危险物料，见表2。因此仪表的防爆标志选择ExiaⅡCT4Gb即能满足要求。根据项目统一要求输出信号选择为4～20mA+HAＲT。