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炼油厂利用多点式热式质量流量计优化锅炉空气-燃料混合气的性能

时间:2021-02-23 发布者:ACI 浏览次数:67次

炼油厂利用多点式热式质量流量计

优化锅炉空气-燃料混合气的性能

2021-02-23


一个大型炼油厂的团队在试图优化他们大型锅炉燃烧系统时遇到了一个挑战性的问题,这个问题从开始就一直困扰着工厂的工艺工程师。通过大量的研究,他们发现当前锅炉燃烧器的空气-燃料混合比例控制存在一个巨大的问题:该系统应用的空气流量测量装置测量不准确、性能不稳定,这使之前优化锅炉燃烧效率的努力都付诸东流。

锅炉系统设计包含一个大型的、流通能力高的进气管道,将助燃空气送入锅炉燃烧器。在所有的锅炉系统中,进气管道空气流量的精确测量对于燃烧器内空气和燃料混合比例控制至关重要。空气–燃料的燃烧比例控制越有效,燃料的消耗就越少,废气产生量也就越少,从而降低了工厂的运行成本和环保影响。

问题

锅炉系统大型的一次风管道,限制了工厂工艺团队可以考虑的流量计技术的数量。另外,锅炉系统和管道的安装位置也不理想,并且,系统刚启动时的流速比正常运行时要低很多,所以对流量计的量程比要求非常高。

大型的空气进气管道都是半密封的状态,允许雨水和灰尘进入管道。另外,管道内部密布的消音器占用了空间,限制了流量传感器的安装。

最初,用户选择了一个多点差压(DP)平均流量计,但是,此流量计的流量读数特别不可靠。DP设备量程比很窄并且取压孔很小,经常被灰尘堵塞,导致设备停机和大量额外的维护工作。

综合考虑管道的尺寸和规模、开放的环境和拥挤的安装位置,空气/气体流量测量传感技术的选择范围受到很大的限制。一般来说,管道或者烟道的管径越大,气体流量精确测量的难度就越大。现有的空气/气体流量测量传感技术,在这种苛刻的工艺条件下很少能够精确、稳定测量。

低效率的锅炉燃烧器空气-燃料混合产生的成本可能会导致主要能源长期被消耗,降低工厂的竞争力。炼油厂低效运行的锅炉系统会导致产能降低、影响产品质量并增加成本。在这种情况下,炼油厂的工艺团队需要寻找一个更有效的解决方案,这最终需要寻求一个新的流量传感技术。

方案

炼油厂工艺和仪表工程师团队咨询了FCI,来探讨新的流量测量解决方案。当地的FCI代理商和他们的应用工程师团队重新审核了问题并建议应用FCI的MT100S多点式热式质量流量计(图1)。

图1 – FCI MT100多点式热式质量流量计

MT100系列是专门为大管道和巨型方管道设计的一种插入式、多点测量的流量计,例如炼油厂的锅炉燃烧器进气管道(图2),以及烟囱、烟道、洗涤器和HVAC系统。这些大型的管道应用,普通的流量计测量是很困难的,原因在于这些大管道缺乏有效的直管段导致扭曲的流体条件,常常导致不精确和重复性不高的流量测量。

图2 - 锅炉燃烧预热器空气系统示意图

MT100流量计传感器的直径足够小,适合在管道消音器之间安装,并且传感器的插入深度可以调整,允许现场调整测量点在管道内的位置,以优化空气测量的可靠性。另外,MT100S热式质量流量计的传感元件无任何易堵、活动部件,避免堵塞和污染影响,有效减少了日常维护的工作量。

为了在大管道、烟气管道中获得更高的空气测量精度,MT100流量计可配置多达8个流量传感探头。多个流量传感探头平均分布在管道内部的不同深度,提供一个高精度的工艺流量多点测量并取平均输出。MT100流量传感器结构设计可以被安装在管道同一截面上的多个测量点,也可以将多个测量探头制作在同一桅杆上贯穿管道安装。

炼油厂工程师团队很高兴了解到标准配置的MT100流量计能够提供的测量能力:在0.07NMPS到305 NMPS (0.25 SFPS到1000 SFPS)流速测量能力范围内,量程比100:1。更重要的是,测量精度达到读数的±0.75%、满量程的±0.5%,重复性是读数的0.5%,满足并超出了炼油厂所有的测量性能要求。

MT100流量计的变送器单元配置最先进的彩色LCD显示屏,能够持续显示实际的流速、流量进度百分比显示条和趋势图。同时持续显示累积流量、介质温度和系统每个传感器的工作状态。

MT100流量计的变送器单元标准配置高分辨率、16位4-20mA信号、符合NAMURNE43规范的双模拟量输出,同时提供一个0-1KHz脉冲输出。标准配置数字通讯包含HART(Fieldcomm Group认证)和Modbus 485。同时包含一个USB界面接口与PC建立通讯。可选的数字通讯包含Foundation Fieldbus和PROFIBUS-PA。

流量计的电子电路部分包含一个用户可编程的数据记录功能,流量、温度和累积流量,故障代码,都可以被记录在一个可插拔的8GBmicroSD卡中。同时,该流量计具备3点精度标定漂移诊断,这个功能可以手动启动也可以被设置为自启动。

MT100多点式热式质量流量计是为烟囱和废气环境监测应用而开发的,可选配连续排放监测系统(CEMS/CERMS)功能包,增加了特殊的校准检查程序。

热扩散技术

MT100多点式流量计采用热扩散传感技术,直接提供质量流量测量。该技术是利用将两个被热套管保护的RTD温度传感器放置到工艺管线中,其中一个RTD被加热,另一个则感知当前管线中的实际介质温度。两个RTD之间的温度差产生一个与介质的冷却效应成比例关系的电压信号输出,不需要额外的温度和压力测量即可测量气体的质量流量(图3)。

图3 –热扩散质量流量测量原理

炼油厂团队采用这种直接质量流量测量的多点式热式质量流量计,同时包含实时的温度补偿能力。即使在介质温度变化很大的工艺条件下,这种能力确保了高重复性和高可靠性测量,例如在全年连续运行的大型炼油厂。

该流量计传感器部分没有任何活动部件或者取压孔,不会受到堵塞和污染。这种低故障的传感技术及其坚固的封装使得流量计几乎不需要维护,可以持续运行,而且安装成本低,使用寿命长,使用周期成本低。

结论

炼油厂团队报告反馈,最新应用在锅炉系统的MT100多点式热式质量流量计已经连续、成功运行超过一年,工程师们已经提高了锅炉系统的使用效率,降低了额外的运行成本和减少了对环境的影响。FCI MT100多点式热式质量流量计精确和可靠的流量测量,帮助他们提高了锅炉空气-燃料混合比例控制的效率,免除了计划外的维护。


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