直流式背壓閥在液化石油氣計量系統中的應用

濮冬生，郭松，王松

(1. 中石化寧波工程有限公司 脫硫脫硝技術公司，上海 200030；2. 浙江派沃自控儀表有限公司，浙江 永嘉 325105)

直流式背壓閥在液化石油氣計量系統中的應用

濮冬生1，郭松1，王松2

(1. 中石化寧波工程有限公司 脫硫脫硝技術公司，上海 200030；2. 浙江派沃自控儀表有限公司，浙江 永嘉 325105)

采用質量流量計進行貿易交接計量，必須保證流量計前壓力大于規定的最小壓力，以避免產生氣液兩相流。介紹了液化石油氣(LPG)的最小測量壓力的計算方法、流量計量的壓力控制系統，并對適用于計量系統的自力式背壓閥的原理、結構、應用進行了闡述。該閥符合中國有關計量標準的規定，滿足了計量精度的要求，具有推廣應用價值。

貿易交接計量 質量流量計 背壓控制 直流式背壓閥

液化石油氣(LPG)及穩定輕烴類的貿易交接計量分為2種計量方式： 基于液位的靜態計量方法；采用流量計進行動態貿易交接計量方法。由于質量流量計的技術成熟、可靠、準確度較靜態計量更高，可達0.2級，因而在LPG的動態交接計量系統中得到廣泛應用。本文結合LPG的特性，按SY/T 6042—1994《液化石油氣、穩定輕烴動態計量計算方法》[1]的規定，介紹了LPG的最小測量壓力的計算方法，被測流體的壓力控制方案及選擇背壓閥的原理及國產化情況。

1 LPG的特性和最小測量壓力計算

1.1 LPG的特性

LPG的重要特性之一是當壓力不大于該溫度下液體的飽和蒸氣壓時就會產生閃蒸，從而產生氣穴和氣蝕現象，形成氣液兩相流。在該情況下，將使質量流量計計量液體的精度嚴重下降，并造成質量流量計的傳感器管內壁金屬表面因疲勞而損壞，降低使用壽命。據有關資料介紹，液體中含氣體積分數為5%時，流量計誤差大于10%，若含氣量繼續增大，質量流量計將停止工作，甚至損壞。

1.2 最小測量壓力的計算

根據LPG、穩定輕烴的特性，為了確保交接計量系統流量計的精度要求，避免氣液兩相流的產生，按文獻[1]的規定，被測流體的壓力應始終大于規定的最小測量壓力pm，以保證管路系統中任何一點壓力不低于管內流體介質的飽和蒸汽壓pe，不會產生閃蒸，從而保證質量流量計的測量準確度。

pm與pe、被測流體通過流量計所測流量最大值時的壓降p1的關系應滿足下式：

pm=1.25pe+2p1

(1)

例如某石化用戶的LPG的pe一般在541～729 kPa；使用CMF400質量流量計進行計量時，在最大流量為180 t/h的條件下p1為35 kPa。按照式(1)計算，pm為750～980 kPa。在實際應用中，一般pm取值在800～850 kPa。

2 被測流體壓力控制

為了確保質量流量計動態計量LPG的準確度，單靠質量流量計是無法保證的，必須對被測流體進行壓力控制，保證測量壓力不小于pm，防止產

生氣液兩相流。常用的pm控制有2種方法。

2.1 采用單回路壓力控制系統

在質量流量計后設置單回路壓力調節系統，如圖1所示。當系統壓力高于pm時，壓力調節系統將質量流量計前的壓力調節至pm，確保流量計的測量準確度，為進一步提高計量的準確度可在流量測量系統中增加溫度、壓力校正。當系統壓力低于pm時，調節閥關閉，質量流量計停止工作，從而避免計量誤差。該壓力控制系統的最終執行元件，可選用氣動調節閥或電動調節閥。目前，工程上采用的調節閥的閥體為T型閥體，閥體流道為直通流道。

圖1 采用單回路壓力控制系統示意

2.2 采用閥前穩壓指揮器型自力式背壓閥

為了節省投資和施工建設費用，可以采用閥前穩壓指揮器型自力式背壓閥來控制系統壓力，如圖2所示。通常將自力式背壓閥設置在質量流量計的下游側，用來控制計量系統的壓力不低于pm。因為帶指揮器的自力式背壓閥集檢測、控制、執行功能于一體，不需要外加的氣源/電源及電纜/氣動管線，因而節約了投資及施工費用。該類自力式背壓閥有直通自力式壓力調節閥和直流式壓力調節閥兩大類。

圖2 指揮器型自力式背壓閥構成的壓力控制系統示意

3 自力式背壓閥的選擇

自力式背壓閥的閥體通常分為直流式45°閥體和直通式閥體。在該壓力控制系統中，選擇直流式45°閥體的直流式背壓閥。

3.1 直流式背壓閥的結構及應用

該閥由壓開型指揮閥、直流式45°平衡活塞主閥和靈敏度/速度調節附件組成。該閥的主閥閥體為Y型閥體，結構如圖3所示。

圖3 直流式背壓閥結構示意

由圖3可看出，閥瓣啟閉軸線與閥體流道出口軸線成45°角，閥體流道為直流流道。流體流經閥體后流動方向變化小，其流出系數CV比直通式閥體或T型閥體自力式閥的小，流通能力大。幾種控制閥的CV值比較，見表1所列。該閥主要用于LPG、丙烯、丙烷等介質的流量計計量系統的背壓控制；也可用于石油、石化、航空行業的成品油長輸管道的水擊泄壓控制。

表1 3種控制閥CV比較

3.2 直流式背壓閥的工作原理

由圖3可知，當閥前壓力p1低于背壓閥的設定值p設,但略大于pm時，該背壓閥處于關閉狀態，導致主閥上膜室p3處的推力大于主閥的開啟推力，從而使主閥關閉。該閥用于LPG質量流量計背壓控制時，此時動態交接計量系統不工作，避免 LPG產生兩相流。

當p1不小于背壓閥的p設時，背壓閥開啟，導致主閥上膜室p3處的推力降低至小于主閥的開啟推力，從而使主閥開啟。該閥用于LPG質量流量計背壓控制時，此時動態交接計量系統開始進行計量，確保了計量的準確度。

4 背壓閥的國產化現狀

4.1 原有國產背壓閥的狀況

自力式背壓閥在中國已有30多年的生產歷史，但是國產自力式背壓閥的主閥閥體一直沿用T型直通式閥體，閥瓣啟閉軸線與閥體進出口軸線成90°角，閥體流道為直通流道，流進系數比直流式閥大，流通能力?。辉谡{節功能設計上，又缺乏靈敏度和開關速度調節功能，因而與進口的直流式背壓閥存在較大差距，無法滿足高效、快速動態交接計量的需要，導致應用在LPG裝船計量系統中的背壓閥被進口產品壟斷。

4.2 直流式背壓閥的國產化

為了彌補國內空白，滿足生產過程的需求，近年來，浙江派沃自控儀表有限公司研制出國產直流式

背壓閥，該閥除具有現行進口背壓閥的控制功能和性能指標外，還增加了產品的自診斷功能。該功能可使用戶對背壓閥的先導閥和主閥進行故障判斷，產品性能及質量達到了國外同類產品的技術水平。

國內某大型煉化公司采用國產自診斷直流式背壓閥逐漸取代進口背壓閥，經過近百次的LPG裝船計量應用，證明該產品的流通能力、設定精確度、響應時間等性能指標符合流量計計量系統的背壓控制要求，可以滿足相關規范的要求。該產品的應用現已擴大到中石化、中海油等多家企業的LPG、丙烯、丙烷等裝船計量系統中。

5 結束語

為了確保LPG采用質量流量計進行交接計量的準確度，維護貿易雙方的利益，采用高容量的直流式背壓閥是較好的選擇。近年來，國內自主開發的自力式背壓閥得到了廣泛使用，為LPG的準確計量、降低儀表投資、節省施工費用作出了貢獻。

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Application of Straight-flow Regulator With Back Pressure Control in LPG Metering System

Pu Dongsheng1, Guo Song1, Wang Song2

(1. Flue Gas Desulfurization & Denitrogenate Technical Company,Sinopec Ningbo Engineering Co. Ltd., Shanghai, 200030, China; 2. Zhejiang Pari World Automation Mater Co. Ltd., Yongjia, 325105, China)

s： Mass flow meter adapted in commerce metering must ensure front pressure of flow meter is higher than stipulated minimum pressure to avoid generation of gas-liquid two phases flow. The calculation method for minimum metering pressure and pressure control system for flow metering for LPG are introduced. The principle, structure and application of self-reliance back pressure valve which is applicable for metering system are expounded. The valve complies with requirements of related metering standard in China,metering accuracy requirement is met, the valve is worthy of popularization and application.

trade custody transfer metering; mass flow meter; back pressure control; straight-flow regulator with back pressure valve

濮冬生(1988—)，男，2011年畢業于河海大學自動化專業，現就職于中石化寧波工程有限公司，從事石化系統過程控制設計工作，任工程師。

TH138.52

B

1007-7324(2017)04-0054-03

稿件收到日期： 2017-04-26，修改稿收到日期： 2017-06-06。