液化天然氣接收站流量計(jì)選型設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

　　摘要: 針對(duì)液化天然氣接收站介質(zhì)特性及工藝流程，該文簡(jiǎn)單介紹了液化天然氣工程中常用流量計(jì)的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，給出了流量計(jì)選型的一般步驟，非常后通過實(shí)例介紹了流量計(jì)選型的過程，并對(duì)選型時(shí)應(yīng)注意的問題進(jìn)行了探討。

　　引言

　　液化天然氣( LNG) 接收站是對(duì) LNG 進(jìn)行接收、儲(chǔ)存、氣化和外輸?shù)茸鳂I(yè)的站場(chǎng)，主要工藝系統(tǒng)包括卸料系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、蒸發(fā)氣( BOG) 壓縮機(jī)系統(tǒng)、高壓氣化外輸系統(tǒng)、槽車低壓外輸、火炬系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)等，另外還有配套的公用系統(tǒng)，如消防水系統(tǒng)、儀表風(fēng)系統(tǒng)、制氮系統(tǒng)、取海水系統(tǒng)等，為了更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量、成本核算和節(jié)約能源，需要在 LNG 接收站各系統(tǒng)適當(dāng)配置流量計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

　　接收站流量計(jì)按用途分為貿(mào)易計(jì)量和過程控制。貿(mào)易計(jì)量主要是 LNG 卸料計(jì)量、天然氣外輸計(jì)量和槽車 LNG 分銷計(jì)量，其中，卸料計(jì)量一般通過熱值計(jì)算，不采用流量計(jì)，天然氣外輸計(jì)量一般采用成套的外輸計(jì)量撬( 超聲波流量計(jì)) ，LNG 槽車外輸計(jì)量則通過地衡稱重實(shí)現(xiàn)［1］，該文主要研究過程控制流量計(jì)選型設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

　　1 工作原理及選型步驟

　　目前，市場(chǎng)上大約有超過一百種不同的流量計(jì)，其測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)特性、適用范圍及使用方法各不相同，對(duì)每一種測(cè)量工況而言，沒有非常好的流量計(jì)，只有非常適合的。選擇非常適合的流量計(jì)，需要根據(jù)不同流量計(jì)的儀表性能，結(jié)合它們各自的使用工況及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行選型比較。

　　1． 1 工作原理

　　石油化工行業(yè)常用的流量計(jì)主要有質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、容積式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、靶式流量計(jì)、孔板流量計(jì)、V 錐流量計(jì)和文丘里流量計(jì)等 10 余種，表 1 是各種類型流量計(jì)工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)［2 － 3］。

　　1． 2 選型步驟

　　首先明確使用流量計(jì)的目的，例如測(cè)量體積流量、質(zhì)量流量、瞬時(shí)流量、累積流量; 其次，針對(duì)每一種工況，確定工藝參數(shù)后，從測(cè)量介質(zhì)、量程比、測(cè)量范圍、壓力損失、管徑要求等方面進(jìn)行分析比較，對(duì)于符合以上要求的確定為備選流量計(jì); 非常后，對(duì)備選流量計(jì)再從價(jià)格、環(huán)境條件和后期維護(hù)要求確定適合的。

　　1) 價(jià)格。價(jià)格是流量計(jì)選型必須考慮的因素，但不是決定性因素，僅就儀表本身購置費(fèi)來講，質(zhì)量流量計(jì)、容積式流量計(jì)、管段式超聲流量計(jì)價(jià)格比較高，而小尺寸的渦輪、渦街、靶式、V 錐等儀表的價(jià)格相差不多，轉(zhuǎn)子和孔板則屬于比較便宜的儀表。除此之外，還應(yīng)考慮國產(chǎn)進(jìn)口差價(jià)、安裝費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、周期標(biāo)定費(fèi)等附加費(fèi)。

　　2) 環(huán)境條件。一般需要考慮的有使用環(huán)境溫度、濕度、大氣壓、防爆防護(hù)、電磁干擾、防雷擊等，對(duì)于沿海地區(qū)，儀表耐腐蝕性也應(yīng)被列為重點(diǎn)因素。

　　3) 后期維護(hù)。流量計(jì)投入使用后，為保證流量計(jì)正常工作和保持應(yīng)有的精度，需要定期對(duì)流量計(jì)進(jìn)行維護(hù)。例如，渦街流量計(jì)為了后期方便檢查和清洗流量計(jì)( 漩渦發(fā)生體) ，應(yīng)安裝旁通管道，而科式質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)漂移對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響較為嚴(yán)重，所以非常必要定期進(jìn)行零點(diǎn)檢查和調(diào)整。流量計(jì)選型步驟如圖 1 所示。

　　每臺(tái)低壓泵管線均需要流量測(cè)量，首先確定測(cè)量介質(zhì)的工藝條件，表 3 為低壓泵管線工藝參數(shù)。

　　2 應(yīng)用舉例

　　2． 1 確定工藝參數(shù)

　　LNG 接收站內(nèi)需要使用流量計(jì)的系統(tǒng)及測(cè)量介質(zhì)如表 2 所示。

　　低壓外輸工藝流程如圖 2 所示，一部分低壓LNG 進(jìn)入再冷凝器與 BOG 壓縮機(jī)的壓縮蒸發(fā)氣混合冷凝后，與經(jīng)過再冷凝器旁路的低壓 LNG 匯合進(jìn)入高壓泵，達(dá)到所需的流量和輸送壓力后經(jīng)過氣化器氣化、計(jì)量站計(jì)量后外輸至輸氣管道，另一部分低壓 LNG 直接輸至裝車站，通過槽車外運(yùn)。

　　2． 2 選型分析

　　根據(jù)表 3 提供的工藝參數(shù)，按照測(cè)量介質(zhì)適用性、量程比、壓損要求、管徑要求等進(jìn)行逐項(xiàng)評(píng)比。 表 4 為流量計(jì)選型評(píng)審表。其中，壓力損失計(jì)算過程復(fù)雜［5］，一般通過專業(yè)軟件完成。

　　通過以上分析，確定備選流量計(jì)有 5 種類型，分別是超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)。從價(jià)格上可以先排除超聲波流量計(jì)，渦街流量計(jì)受環(huán)境條件影響較嚴(yán)重，特別是管道振動(dòng)這類周圍噪聲影響測(cè)量精度，渦輪流量計(jì)可動(dòng)部件容易磨損，后期維護(hù)工作量大，同尺寸的文丘里管大約是孔板的兩倍價(jià)格，綜合上述因素及以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)先選用孔板流量計(jì)。對(duì)于其他系統(tǒng)的流量計(jì)，按照以上步驟和原則分別進(jìn)行選型，并非常終確定非常適合的流量計(jì)。

　　3 應(yīng)注意的問題

　　流量計(jì)的選型過程是不斷綜合比較的過程，既要了解使用條件又要熟悉流量計(jì)的性能參數(shù)，一般而言，選型時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:

　　1) 防爆防護(hù)。液化天然氣接收站危險(xiǎn)隱患較多，站內(nèi)各工藝系統(tǒng)可能會(huì)有可燃?xì)獯嬖?，考慮到LNG 具有易燃易爆易蒸發(fā)、快速相變、低溫等特性，一旦泄漏會(huì)迅速蒸發(fā)形成可燃?xì)庠茍F(tuán)，遇火源就可能發(fā)生火災(zāi)爆炸［6］，因此選型時(shí)要選用滿足本區(qū)域防爆防護(hù)等級(jí)要求的流量計(jì)，以減少可能發(fā)生的事故。

　　2) 標(biāo)定要求。在設(shè)置流量計(jì)精度時(shí)，應(yīng)注意廠家提供的數(shù)據(jù)是在出廠標(biāo)定條件下標(biāo)定的，而在實(shí)際測(cè)量時(shí)，介質(zhì)參數(shù)與標(biāo)定時(shí)發(fā)生變化，可能會(huì)影響流量計(jì)精度，因此安裝前需要根據(jù)介質(zhì)工藝參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。另外，如果流量計(jì)長時(shí)間使用發(fā)生磨損或介質(zhì)參數(shù)發(fā)生較大變化也需要進(jìn)行及時(shí)標(biāo)定，以免影響計(jì)量結(jié)果。

　　3) 輔助配件。流量計(jì)在使用時(shí)可能不是單獨(dú)存在的，往往需要配備相應(yīng)的輔助配件，以保證流量計(jì)正常、可靠地工作。例如，容積流量計(jì)和渦輪流量計(jì)一般需要安裝前置過濾器，而轉(zhuǎn)子流量計(jì)則需要在下游安裝單向閥以免流體倒流。

　　4) 保證安全。石油化工行業(yè)中流量儀表在過程控制中有著穩(wěn)定安全生產(chǎn)的作用，因此，首先保證測(cè)量方式必須穩(wěn)定可靠，一方面取樣裝置在運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生因機(jī)械強(qiáng)度或電氣回路故障而引起生產(chǎn)事故;另一方面，測(cè)量儀表無論在正常生產(chǎn)或故障情況下都不會(huì)影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。低溫高壓的場(chǎng)合，一般不使用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低的靶式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，而對(duì)于安全儀表系統(tǒng)的流量計(jì)，還有 SIL 證書的要求。

　　5) 業(yè)績要求。通常為保證項(xiàng)目安全可靠，建議選型時(shí)盡量選用有相同或相似工況應(yīng)用業(yè)績的流量計(jì)，對(duì)于業(yè)績較少的流量計(jì)或新產(chǎn)品應(yīng)慎重對(duì)待。

　　4 結(jié)論

　　綜上所述，液化天然氣接收站的流量計(jì)選型，必須在掌握各流量計(jì)工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝參數(shù)要求，從測(cè)量介質(zhì)、量程比、測(cè)量范圍、壓損和管徑要求等五個(gè)方面初步篩選備選流量計(jì)，然后再從價(jià)格、環(huán)境條件和后期維護(hù)方面綜合考慮。同時(shí)，選型時(shí)還應(yīng)注意防爆要求、標(biāo)定要求、輔助配件、保證安全和業(yè)績要求等方面的問題，非常終選擇非常適宜的流量計(jì)。該文對(duì)于 LNG 接收站流量計(jì)選型具有一定的借鑒意義。