從裝置出來的瓦斯氣主要來自工藝廢氣，是裝置的“下水道”，因計量難度大，原裝置設計中一般沒有計量儀表。近年來，隨著計量技術進步和企業(yè)管理要求不斷提高，節(jié)能、降損、環(huán)保等工作都對火炬管理提出了更高的要求。因此，消滅火炬成為各企業(yè)管理的重要目標。生產裝置瓦斯排放量超出火炬系統(tǒng)回收能力是導致點火炬的直接原因，而瓦斯排放點多，又沒有可靠的計量數(shù)據(jù)認定排放源，無法確定排放源，也是導致瓦斯排放量大、導致企業(yè)能源損失并產生環(huán)境污染的重要原因。因此，各企業(yè)都在尋求對瓦斯系統(tǒng)的排放實施計量監(jiān)控的措施，從源頭上控制瓦斯排放[1]。

瓦斯氣是來自生產裝置中的工藝廢氣。特點是壓力低、雜質多、組分變化大、流量變化大，而且?guī)в兴畾狻Ｒ虼?，要求計量儀表不僅具有量程比寬和防堵功能，而且還要多組分介質密度實時補償；同時還能保證裝置在緊急情況所有氣體能夠快速安全排放。為此，節(jié)流裝置不能縮管；也不能選用阻力損失較大的流量儀表；再之就是瓦斯排放計量點多，幾乎每個裝置都有瓦斯線，瓦斯排放點多面雜，不便監(jiān)控管理。

1瓦斯氣的計量方案

1.1熱電偶+電動閥

這種測量方法嚴格來說不屬于計量，屬于趨勢變化的監(jiān)控。結合瓦斯氣排放的特點，可根據(jù)溫度變化辨別排放情況。在未實施瓦斯監(jiān)控前，每次出現(xiàn)瓦斯不平衡時，通常要檢查人員到現(xiàn)場對可疑管線用手摸溫度來排查瓦斯來源，據(jù)此提出了采用“溫度+閥位”來判斷裝置是否排放異常。具體為在裝置瓦斯管線上增設熱電偶，將測溫及電動閥開度信號接入DCS；手動閥實施鉛封管理。將相應的信號接入MES系統(tǒng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，裝置一旦出現(xiàn)異常情況， 監(jiān)控系統(tǒng)上溫度曲線就會表現(xiàn)出跳躍，再結合管線閥門的開關情況做出定性的判斷。

1.2熱式氣體質量流量計計量方案

熱式氣體質量流量計利用的是熱傳導原理，即利用流動中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測量管外加熱體）之間熱交換關系測量流體的流量，主要用于測量氣體。該流量計主要有兩大類，一是采用測量管外加熱進行熱傳導的熱分布類；二是利用熱散效應金氏定律的插入類；前者適用于口徑較小的場合，而后者主要用于大口徑。所以一般測量火炬氣基本都選用插入式熱式氣體質量流量計。

插入式熱式質量流量計是應用恒定加熱功率測量溫度差的原理，將兩個溫度傳感器分別置于兩個金屬管內，金屬管插在被測氣體中，其中一個用于測量氣體溫度T1，另

一個用于電加熱，加熱溫度T ，氣體靜止時，△T=T -T 是一個常數(shù)。當有定質量的氣體流動時，氣體將帶走加熱的熱量。流速增加，帶走的熱量增多，△T減小，可通過△T 的變化計算出管道內流動氣體的氣體質量。

1.3超聲波流量計計量方案

1.3.1超聲波流量計工作原理

超聲波流量計主要由超聲換能器（傳感器）、信號處理單元和（或）流量計算機組成。在管道的上下游安裝傳感器，兩個傳感器分別向氣體的順流和逆流的方向發(fā)射脈沖，又分別接收來自相對傳感器的發(fā)射脈沖[2]，如圖1所示。 超聲波流量計的工作原理是利用超聲波在流體中的傳

播特性來測量介質流量。聲波在流體中的實際傳播速度是由介質靜止狀態(tài)下聲波的傳播速度cf和流體軸向平均流速vm

在聲波傳播方向上的分量組成，順流和逆流傳播時間與各分量之間的關系見公式（1）：

             （1） 式（1）中， t ab ——超聲波在流體中順流傳播的時

間，s；

tba——超聲波在流體中逆流傳播的時間，s； L—— 聲 道 長 度 ，m；           cf——聲波在流體中傳播的速度，m/s； vm——流體的軸向平均流速，m/s；   φ——聲道角。

                        （2） 將測得的多個聲道的流體流速vi （i=l，2，…k），利

用數(shù)學的函數(shù)關系聯(lián)合起來，可得到管道平均流速的估計值，再乘以過流面積，即可得到體積流量。

1.3.2 火炬氣超聲波流量計系統(tǒng)方案

由于氣體隨著溫度、壓力、組分變化，其密度也隨之變化，所以要準確測量氣體質量流量，必須解決在線密度實時補償問題，否則就會給測量帶來很大誤差。常規(guī)的溫度、壓力補償，只是補償因溫度、壓力變化而產生的標準體積變化，無法反應由于組分的變化而引起的密度變化。

隨著科學技術的飛速發(fā)展，一種專門用來測量瓦斯氣的“火炬氣超聲波流量計”應運而生。這種流量計與普通超聲波流量計的區(qū)別是與之配套使用的流量計算機所具有的專用技術，它能通過聲速測量碳氫化合物的平均分子量，可以很好地解決瓦斯氣變組分的問題，實現(xiàn)在線密度實時補償；再根據(jù)兩個傳感器互相接收對方發(fā)射的脈沖時間差，可直接計算出瓦斯氣的實際體積流量和質量流量； 同時測量管徑可以從50mm～3m，有效地解決了瓦斯氣管徑一般都比較大（如600mm等）一般熱式質量流量計難以達

到要求的問題；且測量準確度比較高，校準結果的***大允許誤差可達讀數(shù)的±0.5%。

如果要進一步提高計量準確度，可在同一管線上安裝兩組傳感器（即雙聲道）。

1.4一體化畢托巴火炬氣流量測量裝置方案

畢托巴測量裝置的工作原理可參考中石化企業(yè)標準Q/SH 0477—2012《畢托巴流量計校準規(guī)范》4.1款所述。它是一種新型的差壓式流量計，由傳感器、差壓變送器、二次儀表組成，計算公式如下：

                            （3）

由于傳感器測出的是管道中心點的介質流速，不能直接作為平均流速進行流量計算，畢托巴火炬氣流量利用清華大學對管道流體狀態(tài)30余年的研究成果，對不同管道狀態(tài)下的流速分布建成無數(shù)實驗模型，形成一個龐大數(shù)據(jù)庫，其中包括各種介質、壓力、溫度下的補償，以及管道直管段不足情況下的實驗修正值。該數(shù)據(jù)庫可以配選出用戶任何工況的相應管道模型，修正后計算出準確的流量。其主要特點有：

1）量程比寬，適用范圍廣。流量計的管徑范圍在DN

2.5～DN6000管徑范圍內，可準確測量液體流速0.01m/s～

20m/s，準確測量氣體流速0.2m/s～150m/s。對低流速、小流量、大管徑測量效果尤佳；流量計對介質管道截面的幾何形狀無要求，圓形、橢圓形、方形、長方形、棱形、三角形、梯形等均適用。

2）準確度高。每一臺傳感器都要在標準風洞上從1m/s 風速到150m/s風速按要求逐點測出差壓值和風洞標準值一 一對應，二次表在計算流量時采用分段修正的方法對所測信號進行修正，在3％～100％（量程比：1：30）的流量范圍內，可以保證傳感器誤差優(yōu)于0.2％。

對于液體或蒸汽等其它介質，每臺傳感器在通過風洞裝置標定合格后，都要根據(jù)其標定結果，結合液體或蒸汽等的計算模型進行修正計算；對于蒸汽等受溫度壓力變化影響較大的介質，在計算過程中加入了密度補償。因此， 在標準風洞上標定合格的傳感器用在液體或蒸汽介質中時，其測量準確度是沒有變化的。

3）彎管處不要求直管段。幾十年風洞實驗積累的數(shù)據(jù)庫能完美地呈現(xiàn)出各種工況下在彎管處到前15倍管徑之間的管段上安裝傳感器的修正系數(shù)數(shù)據(jù)庫，只要用戶提供現(xiàn)有直管段長度，通過系數(shù)修正即可保證測量準確度。

對此技術有在蒸汽和空氣介質標準裝置中的試驗數(shù)據(jù)做支撐。

4）成功解決防堵問題。針對粘性介質及易堵塞介質的流量計量，成功研制了防堵型傳感器，并已獲得實用新型專利，已成功應用于高焦爐煤氣、一二次風等易堵介質的測量中。

5）實用性強。傳感器的構造非常簡單，由Φ20mm不銹鋼棒制成，其截面積很小，在介質管道中幾乎無壓力損失；且長時間應用不易磨損，即使有所磨損、結垢，也不影響使效果；安裝也非常方便，只需在管道合適的位置上開一個規(guī)范的孔，可以在線開孔、在線安裝，可在線拆卸校準，使用和維護很方便、安全。

1.5一體化畢托巴火炬氣流量測量裝置系統(tǒng)方案

1.5.1結構組成

畢托巴流量裝置作為一種節(jié)能型產品（幾乎沒有壓力損失）已廣泛應用于單組份氣體、液體和蒸汽計量過程。對于天然氣、火炬氣等多組分氣體的準確計量，采用流量計和在線密度測量系統(tǒng)相結合的測量方式（簡稱火炬氣流量測量裝置），直接測量出介質的標況體積流量和質量流量。其結構示意圖如圖2所示。

1.5.2密度測量系統(tǒng)工作原理

瓦斯氣密度測量系統(tǒng)由采樣泵、過濾器、薄膜容器、壓力變送器和密度分析儀組成。它是基于薄膜圓柱容器的共振頻率隨環(huán)境氣體密度的變化而變化的特性，向同一容器提供兩種頻率，并測得諧振頻率的比值，測得的頻率是密度的函數(shù)。BTB402G型密度計是一種以微處理器為基礎的變送器，有兩種類型，以滿足一般區(qū)域和防爆區(qū)域應用的要求。該密度測量系統(tǒng)不僅可以連續(xù)測量氣體密度，也可顯示氣體比重、分子重量和氣體濃度。另外，還可提供自動、半自動和 One-touch 一觸式人工校正操作3種不同校正方式供選擇。

1.5.3流量積算儀的功能

特殊開發(fā)的流量積算儀具有相關管道流體修正數(shù)據(jù)， 管道數(shù)學模型和相應計算軟件，具有溫度、壓力、差壓、濕度、密度、組分等多種補償運算功能，可對流體流量進行多點標定數(shù)據(jù)修正；它還具有強大的通訊功能，可適配

（4～20）mA信號、脈沖信號及Modbus等數(shù)字信號；特有的歷史事件記憶、歷史事件存儲、雙重口令限制功能可用于監(jiān)控現(xiàn)場儀表的誤操作和儀表斷電管理。

2應用案例

瓦斯計量要求一般有兩種：一種是定性，只需測量其流量變化狀態(tài)、趨勢，了解是否排放異常；另一種是定量，需要相對準確的流量數(shù)據(jù)。建議瓦斯氣計量要整體布局，考慮投資和需求兩方面因素，根據(jù)不同的測量要求選擇組合的測量方案，實現(xiàn)瓦斯氣有效的計量和管理。

2.1采用綜合監(jiān)控方案實施火炬氣排放監(jiān)控案例

某煉化企業(yè)在生產管理中高、中壓瓦斯管網(wǎng)氣源不穩(wěn)定，管網(wǎng)壓力波動大，高、中壓瓦斯產耗出現(xiàn)階段性不平衡；2006年底煉油千萬噸改擴建裝置全面投產后，排放的低壓瓦斯點多而雜，壓力低，雜質多，組分變化大，流量變化大，無計量手段，處于無序的排放狀態(tài)；而瓦斯排放系統(tǒng)點多，沒有可靠的數(shù)據(jù)認定排放源，無法落實各基層的責任；超出火炬系統(tǒng)回收能力被迫點火炬。2009年企業(yè)將進一步降低加工損失作為精細管理年重點工作目標，產生了對瓦斯系統(tǒng)的排放實施計量監(jiān)控，從源頭上控制瓦斯排放量的想法。

企業(yè)在瓦斯監(jiān)控計量上通過摸索，***終形成了定量+ 定性相結合的綜合監(jiān)控方案。以生產作業(yè)部為監(jiān)控對象， 在區(qū)域總管或重點監(jiān)控裝置采用超聲波流量計實現(xiàn)定量測量，對一般生產裝置采用定性監(jiān)控，通過趨勢變化判斷排放情況，通過適當合理布局配置實現(xiàn)瓦斯有效監(jiān)控。

2.1.1實施方案

在煉油區(qū)8個重點區(qū)域總管和關鍵裝置排放點采用GF868火炬氣超聲波流量計，采用兩個量程段設置，用于不同生產狀態(tài)的監(jiān)測。測量量程分別設定為0km3/h～20km3/h 和0km3/h～600km3/h的瞬時體積流量及累計、瞬時質量流量及累計、實時分子量和流速，所有數(shù)據(jù)通過DCS進入瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。

在煉油區(qū)25套裝置出口進行趨勢監(jiān)控，其中9套裝置采用該流量測量裝置，16套裝置出口采用“溫度+閥位”，信號進DCS，并接入MES系統(tǒng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，裝置一旦出現(xiàn)異常情況，監(jiān)控系統(tǒng)上溫度或流量曲線就會表現(xiàn)出跳躍，再結合管線閥門的開關情況做出火炬氣排放狀態(tài)的判斷。

結合裝置檢修及費用計劃情況，分兩批組織實施。批對煉油四部區(qū)域總管火炬氣超聲波及煉油裝置溫度+閥位監(jiān)控，2009年煉油Ⅱ系列大修時組織實施。第二批監(jiān)控項目在2011年煉油Ⅰ系列大修時組織實施。

2.1.2實施效果

批火炬監(jiān)控項目實施后，相關區(qū)域總管排放量由7kNm3/h～8kNm3/h下降到目前的2kNm3/h～3kNm3/h。1號、2號火炬熄滅，壓縮機也由原來的開6臺減少為4臺。

第二批項目實施后，實現(xiàn)了確保瓦斯回收，減少火炬排放的目標。煉油區(qū)域火炬排放量由11km3/h降至7km3/h以下。每年可減少瓦斯脫硫3.504×108m3，節(jié)約脫硫費用94萬元；減少火炬燃燒瓦斯1.50×107m3，折合人民幣300萬元； 節(jié)約火炬壓縮機用電726.12×107kw•h，折合人民幣480萬； 還可避免氣分裝置液化氣產品為瓦斯管網(wǎng)補壓。項目預計每年效益874萬元以上，實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)保雙收益。

2.2采用在線密度計和流量計一體化組合方式準確測量瓦斯氣案例

中石化股份天津分公司煉油部聯(lián)合八車間延遲焦化裝置的火炬氣管道規(guī)格是DN600，使用進口熱式質量流量計測量流量，半年以后的測量結果是大流量計量不準（與工藝匹配的估算量相比差距較大），小流量計量不上，只能采用“溫度+閥位”，信號進DCS方式監(jiān)控瓦斯氣運行狀態(tài)，裝置一旦出現(xiàn)異常，監(jiān)控系統(tǒng)上溫度曲線就會表現(xiàn)出跳躍，再結合管線閥門的開關情況做出火炬氣排放狀態(tài)的判斷。2015年9月，在原熱式質量流量計的安裝插孔位置， 在不動火的條件下成功更換成火炬氣畢托巴流量計，流量計現(xiàn)場安裝圖如圖3所示。在控制室DCS系統(tǒng)上顯示的2#焦化裝置火炬氣出裝置流量曲線如圖4所示。

由圖4可以看出，火炬氣畢托巴流量計可以測量出DN600管道內75Nm3/h的瓦斯氣流量，與工藝估算值基本相 符，達到了預期目的。