安裝條件對在線監測流量計測量性能的影響

針對加油站油氣回收在線監測流量計易堵塞、準確度低等問題，設計模擬試驗，對現場使用較為廣泛的流量計進行測試，定量研究安裝方式、安裝位置和真空泵類型對儀表測量精度的影響。結果表明: 安裝位置對流量計測量精度影響較大，泵前流量計測量值需進行壓力和溫度系數修正; 流量計水平或豎直安裝時測量誤差很小，小于 0． 1L; 真空泵產生的真空度越小，流量計的測量誤差也越小。

隨著社會、經濟發展,石油和天然氣零售業迅速發展,加油站數量越來越多,環保問題越來越受到政府和民眾的關注。為有效監測和控制加油站在儲運銷過程中揮發的油氣,我國GB 20952-2007《加油站大氣污染物排放標準》中規定氣液比(回氣流量與加油流量的比值)范圍為1.0~1.2。因此應在加油機回氣管路上安裝專用的氣體流量計,對回氣流量進行地計量,以作為計算油氣回收效果的重要依據。

目前,加油站現場使用的氣體流量計多為羅茨流量計,由于對儀表的生產、設計、選型和應用方面的經驗不足,面對千差萬別的現場工況和應用條件,有些問題逐步暴露出來,比如安裝空間不足、易堵塞等。現國內學者對氣體羅茨流量計的設計選型、儀表系數穩定性有一定研究,對氣體渦輪流量計的現場安裝使用有詳細介紹,僅儀表廠家對氣體羅茨流量計安裝的直管段長度有合理值,對其現場使用安裝條件尚無涉及。然而,流量測量儀表的安裝方式、安裝位置、真空泵選型對回氣流量的計量有至關重要的作用,現場實際應用時由于安裝、使用不合理都將對回氣流量的計量造成很大的誤差。為此,研發精度測試試驗裝置,選取兩種市場上應用較為廣泛的流量計，通過相同條件下的試驗研究，定量討論并比較不同流量計在不同安裝方式、安裝位置和真空泵類型下，對流量計測量性能的影響。

1.加油站油氣回收在線監測流量計簡介

流量計是油氣回收在線監測系統的核心。國外成熟的油氣回收在線監測系統主要采用容積式氣體羅茨流量計，與其他流量計相比，它的工作原理簡單、精度高、成本低、性能穩定、能耗低、壽命長，而且輸出為脈沖信號，易于檢測，很好地滿足了油氣回收在線監測的各項需求。因此，國內已安裝在線監測系統的加油站也大多選用氣體羅茨流量計，主要有 LLQ( Z) -20、LLQ( Z) -25及 Dresser8C175 等。

筆者也采用各地環保部門進行油氣回收系統現場巡檢和驗收時使用的氣液比測試儀———氣體羅茨流量計作為試驗用儀表，模擬現場操作工況，對比數據采用氣液比測試儀測量值，以保證試驗參考數據的準確可信。

2.油氣回收在線監測流量計安裝條件

在工程實際應用中，由于羅茨流量計體積較大、加油機安裝空間限制及油氣回收真空泵類型不同等使得流量計的安裝使用條件有所不同。流量計通常有水平安裝( 圖 1) 和豎直安裝( 圖 2) 兩種方式。

在工程實際中，流量計的安裝位置通常有真空泵前和真空泵后兩種，兩種安裝方式的真空度相差較大，根據氣體狀態方程 PV = nＲT，對氣體體積流量會有較大影響，需要進行溫度、壓力補償 。因此需要通過試驗得出流量計在不同安裝位置上測量值的修正系數( 修正系數為試驗流量計測量值與參考值的線性擬合曲線的斜率，斜率越接近 1，說明數據越接近參考值，經修正后測量數據更能體現儀表的真實性能) ，來提高儀表的測量性能。

3.試驗

3．1 試驗流程

本試驗設計的在線監測流量計安裝試驗流程如圖 3 所示，模擬加油機內部的真空泵、在線監測裝置及管道的安裝位置等，以吸入空氣模擬回收油氣。箭頭表示回氣方向，按照氣流方向，氣液比測試儀的數字顯示屏可直觀地顯示回氣瞬時流量和平均流量，本試驗中的讀數作為回氣流量參考值; 壓力傳感器監測泵前后的真空度; 溫度傳感器監測泵前后的溫度; 球閥調節流量，模擬適應加油槍大小檔加油流速的回氣流量。試驗中模擬管道為 12mm 的塑料管，模擬加油機內的銅管，其中 3． 5m 長的管模擬加油機立管，2m 長的管模擬加油機膠管，40cm 長的管模擬流量計安裝在泵前后的大概位置。油氣回收真空泵和試驗流量計分別選用現場應用較為廣泛的活塞泵、滑片泵和蒼南 LLQ( Z) -20 型、Dresser8C175 型流量計。

蒼南 LLQ( Z) -20 型流量計采用高對比度液晶顯示屏，可就地顯示流量值; 而 Dresser8C175 型流量計不具有數據顯示功能。本試驗用 NI 采集卡采集 Dresser8C175 型流量計輸出的脈沖信號，經 LabVIEW 程序進行數據分析和顯示，可直接轉為瞬時流量和累積流量從計算機上讀取。

3． 2 試驗過程

本試驗分別進行流量計安裝方式、流量計安裝位置、不同真空泵對流量計計量精度影響的試驗。將蒼南 LLQ( Z) -20 和 Dresser8C175 流量計、滑片式真空泵和活塞式真空泵分別進行以下試驗:

a． 校準壓力傳感器和溫度傳感器，按照試驗流程圖裝配試驗裝置，試驗流量計置于真空泵前

40cm 處; b． 將流量計水平安裝在管路中，打開手動球閥 1 和 2 并保持全開狀態，檢查配電線路后，給真空泵通電;

c．  打開氣液比測試儀開關，調節手動球閥 1觀察氣液比測試儀平均流量讀數穩定在 40L /min左右( 即加油槍大檔加油時的流速) ，保持手動球閥 1 的開度;

d． 將氣液比測試儀歸零，重新開啟真空泵，在測試儀累計流量為 15 ～ 25L 時關閉真空泵，讀取并記錄測試儀和試驗流量計的讀數，并重復測試 1 次;

e． 調節手動球閥 1 觀察氣液比測試儀平均流量讀數穩定在 20L /min 左右( 即加油槍小檔加油流速) ，保持手動球閥 1 的開度，重復步驟 d;

f． 將試驗流量計豎直安裝，重復步驟 c ～ e; g． 將試驗流量計置于真空泵后 40cm 處，重復步驟 b ～ f;

h． 試驗結束，關閉各裝置開關并斷電，同時將測試臺用品復位。

4.試驗結果

兩種流量計分別記作 A、B，每個安裝位置的每種安裝方式分別做 4 次重復性試驗，按照氣液比測試儀的參考流量對二者的讀數進行修正，并計算修正后的 4 次讀數的總誤差( 單位 L) 。A、B

在不同安裝位置下( 真空泵前后 40cm 處) 的修正系數和誤差對比如圖 4、5 所示。A、B 在不同安裝方式下( 水平、豎直安裝) 的誤差對比如圖 6 所示。兩種流量計在不同真空泵下 ( 活塞式、滑片式) 的修正系數和誤差對比如圖 7、8 所示。

可以看出: 不同安裝位置的流量計的修正系數相差較大，安裝在泵后測得數據的修正系數更接近 1; 經修正，流量計在真空泵前后測得的誤差均小于 0． 18L。流量計安裝位置相同時，經修正，流量計水平安裝比豎直安裝測得的誤差小，基本小于 0． 10L，可見安裝方式對流量計的測量值誤差影響較小。各流量計在滑片泵下比在活塞泵下的修正系數更接近 1，即滑片泵提供的真空度較小; 流量計在滑片泵下比活塞泵下測得的誤差小。

針對加油站油氣回收在線監測流量計的性能要求，通過試驗定量研究流量計安裝方式、安裝位置和不同真空泵對儀表測量性能的影響。根據試驗結果可以指導現場安裝操作，具體建議如下:

a． 安裝位置對流量計測量值影響較大，泵前真空度較大且數據非常不準，因此建議將流量計安裝在泵后;

b． 若現場將流量計已安裝于泵前，則測量值應進行壓力系數修正，且壓力、溫度傳感器應盡可能選用高精度產品;

c． 修正后水平和豎直兩種安裝方式測量值之間誤差很小，基本可以忽略，而實際現場使用的羅茨流量計易堵塞，建議豎直安裝，氣體上進下出;

d．  建議在保證一定真空度的基礎上，使用產生真空度較小且較穩定的滑片式真空泵;

e．  氣體羅茨流量計計量腔內易發生堵塞，在加油機內安裝空間足夠的條件下，上游必須安裝相應規格的過濾器并定期清洗。

5.結束語

筆者針對加油站現場應用較為廣泛的兩種流量計的 8 次試驗數據，定量分析其測量性能，針對實際應用需求即可得到較為滿意的結果。在時間和成本允許的條件下，應在后續工作中盡可能選擇多種型號的流量計和真空泵進行試驗，并增加試驗次數，使數據量更大、更全面，得到的修正系數也更，以便更好地研究在線監測流量計的測量性能。試驗結果對現場流量計的選型和安裝使用具有重要的指導意義。