加油站油气回收系统流量计

加油站油气回收系统流量计

涡街流量计基于卡曼涡街测量原理，主要用于测量工业管道内气体、液体、蒸气等流体的流量，涡街流量计的特点是压力损失小，量程范围大，无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小，可以在-20℃～+350℃温度范围内工作，应用广泛。        

工作原理：

在流体中设置非流线型旋涡发生体（阻流体），则从旋涡发生体两侧交替地产生两列有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示。

旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为V，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式:
                                      f=StV/d                 

式中：

f－发生体一侧产生的卡门旋涡频率

St－斯特罗哈尔数（无量纲数）

V－流体的平均流速

d－旋涡发生体的宽度

由此可见，通过测量卡门涡街分离频率便可算出瞬时流量。 

技术参数：

测量范围：

外形尺寸：

安装要求：

一、安装环境要求：

1．尽可能避开强电设备、高频设备、强开关电源设备，仪表的供电电源尽可能与这些设备分离。

2．避开高温热源和 源的直接影响，若必须安装，须有隔热通风措施。

3．避开高湿环境和强腐蚀气体环境，若必须安装，须有通风措施。

4．涡街流量仪表应尽量避免安装在振动较强的管道上，若必须安装，须在其上下游2D处加设管道紧固装置，并加防振垫，加强抗振效果。

5．仪表建议安装在室内，安装在室外应注意防水，特别注意在电气接口处应将电缆线弯成U形，避免水顺着电缆线进入放大器壳内。

6．仪表安装点周围应该留有较充裕的空间，以便安装接线和定期维护。

二、管道安装要求：

1．涡街流量仪表对安装点的上下游直管段有一定要求，否则会影响介质在管道中的流场，影响仪表的测量精度。

2．上、下游配管内径应相同，如有差异，则配管内径Dp与涡街仪表表体内径Db，应满足以下关系：

0.98Db≤Dp≤1.05Db，上、下游配管应与流量仪表表体内径同心，它们之间的不同轴度应小于0.05Db

3．仪表与法兰之间的密封垫，在安装时不能凸入管内，其内径应比表体内径大1-2mm

4．测压孔和测温孔的安装设计，被测管道需要安装温度和压力变送器时，测压孔应设置在下游3-5D处，测温孔应设置在下游6-8D处。

加油站油气回收在线监测系统应用现状的探讨：

介绍了加油站二次油气回收流程和在线监测系统的具体架构、核心设备华陆油气流量计的造型,以及在线监测系统的应用效果。依据在线监测技术在加油站现场大规模实际应用一年多以来显露出的一些共性问题及反馈数据,阐述了当前在线监测系统在应用中存在的一些问题,并针对目前设备的应用现状,提出了相应的建议。

加油站在汽油的储、运、销等过程中会产生挥发性有机物(VOCs),活性强的VOCs可以在一定条件下与氮氧化物(NOx)发生光化学反应,引起地表臭氧(O₃)浓度增加,形成光化学烟雾污染。为减少加油站VOCs的排放,我国自2006年前后开始对加油站进行油气回收装置改造。装置在长期的运行中发现由于管理制度不健全、人员操作不规范和设备自身稳定性较差等问题,使油气回收设备的运行效果难以保持原有水平。

2017年,京津冀及周边地区按照《京津冀及周边地区2017年大气污染防治工作方案》要求,符合要求的加油站基本已经完成在线监测设备安装。此外,上海、江苏、湖北、海南等省市也已经开展试点应用工作。本文通过对油气回收在线监测系统技术方案的研究,结合在线监测在加油站现场的应用效果和应用反馈数据,分析在线监测系统存在的部分问题,提出了相关建议。

1 油气回收在线监测系统的技术方案

1.1 整体架构

油气回收在线监测系统的整体架构通常包括三个层级:

1-室内中控台2-液阻传感器3-气体流量计4-数据采集器5-罐压传感器6-卸油浓度传感器7-排放浓度传感器

(1)现场仪表

油气流量计、压力传感器、浓度传感器、温度传感器等,用于采集油气回收中相关流量、压力、浓度和温度等参数信息。

(2)数据采集模块

包括加油数据采集模块和环境数据采集模块。加油数据采集模块主要用于采集加油流量和油气流量信息,并具备一定的数据处理、存储及传输的功能。环境数据采集模块主要用于检测油气回收系统管道、油罐气体空间等部位的油气压力,监测站内加油区、卸油区、人工量油井等处的油 放状况。

(3)中控台

用于监测整个系统工作情况的上位机,安装于加油站营业站房内,运行在线监测软件,具备数据接收、数据展示、数据导出、数据分析、历史记录查询、预警报警和数据上传等功能;数据采集模块和中控台之间的通讯模式主要有485总线、433Mhz和电力载波三种。

油气回收在线监测系统的主要监测功能可以分为三类,一是基于流速测量的气液比监测功能,二是基于压力测量的PV阀状态监测、油罐零压监测、后处理开启和关闭压力监测、密闭性检测和液阻监测,三是基于浓度测量的卸油回气管连接状态监测和后处理排放浓度监测。其中气液比监测功能是在线监测系统的核心功能,气液比值也是二次油气回收设备运行状态的关键指标。

1.2 油气流量计的选型

作为系统集成的自动监测设备与目前各类油气回收在线监测系统的技术方案基本一致。各主流厂家技术方案的区别主要在于华陆油气流量计的选型,不同流量计在安装、维护、测量等方面均有一定的优势和局限。

(1)罗茨流量计

它属于体积流量计的一种,通过一对相对旋转的腰轮对流体进行连续或间歇测量。HLLUGB2305BD2其优势在于测量精度高,而且加油站油气回收人工检测使用的三项测试仪内的气体流量计使用的也是罗茨流量计,因此在线监测系统采用此类流量计可以与人工检测有较好的比对效果。缺点在于体积和重量较大,需要支架固定,在加油机内部空间狭小的情况下难以安装。另外,罗茨流量计依靠腰轮的紧密结合和旋转进行测量,在油气夹杂灰尘的情况下易卡死,需要安装前置过滤器。

(2)热式流量计

它是基于热扩散原理设计的,以加热通过流道的气体和测量气体带走的热量来计算流量,体积相对较小,安装方便。其测量原理决定了测量精度受介质比热容的影响较大,但油气作为一种混合物,组分并不固定,会导致油气的比热容发生变化,因此采用该流量计计量油气流速,需要在油气组分发生变化时重新进行标定。不同季节油气组分的典型变化见表1。

它是基于卡门涡街原理测量介质的体积流量,流体在经过旋涡发生体后产生旋涡,通过测量旋涡的释放频率来计算流体的流速。该流量计无可动部件,气阻较小,体积小巧,在加油机内有多个位置可方便安装。缺点是旋涡频率的测量易受外界振动的影响,需要采用减震措施避免加油过程中自吸泵和油气回收真空泵等振动较大的设备对流量测量造成的影响。(3)华陆涡街流量计

2 在线监测的应用效果

2.1 节约了人力资源

加油站油气回收系统的三项主要参数气液比、密闭性和液阻均为动态变化,为保障参数长期稳定达标,油品销售企业和加油站需要配备专门的检测人员、检测设备和检测车辆,周期性对加油站开展巡检。在线监测系统实时检测每一笔加油操作的气液比,罐压数据也通过实时统计,确定PV阀和后处理等设备是否处于正常状态,所有数据均可通过软件界面实时查询,无需人工干预,大大节约了人力资源。

2.2 避免了对营业的影响

根据《加油站大气污染物排放标准》(GB 20952—2007)的相关要求,人工检测过程需要加油站全站停止加油,对于一座10把汽油的标准站来说平均耗时约为1.5 h,而若要保障气液比稳定达标,平均2周左右即需要人工检测一次,在线监测系统的安装使用降低了人工检测频次,减少了加油站因此停业的状况。

2.3 提升了设备管理效率

作为加油站油气回收设备的监管系统,在线监测系统按照固有的预警报警判断逻辑,反映当前二次油气回收设备和三次油气回收设备的状态。HLLUGB2305BD2油气回收设备发生故障后可及时提示工作人员进行维护,显著提升了二次油气回收设备的运行效率,为加油站对环保设备的管理提供了有力保障。

3 在线监测现场应用面临的问题

在线监测系统的应用为油气回收设备稳定运行、提升效率提供了有效的技术保障,同时在线监测系统自2017年在国内大规模推广应用至今已上站运行一年以上,在一定程度上会显露出一些共通的现场问题。

3.1 在线监测与人工检测的误差

标准中预警报警功能要求在线监测系统检测到气液比的合格范围是1.0～1.2,并允许在线监测系统与人工检测气液比存在±0.15的误差。但人工检测气液比合格范围同样是1.0～1.2,这就会引发部分加油出现误报警的情况。从技术角度分析,由于存在随机的±0.15误差,即使真实气液比为1.0～1.2的情况下,在线监测系统测量到的气液比也会落在0.85～1.35的范围内,这就造成了加油气液比合格且在线监测系统误差也合格的情况下,依然出现预警报警现象。

对某地区2807条安装了在线监测设备的加油统计,截取了连续10日的预警报警数据,在不同的报警范围下,加油的气液比预警报警率见表2。

表2 气液比预警报警概率表 

根据统计数据,在选取的10日内,气液比合格范围为1.0～1.2的平均预警报警率均在24 %以上,根据石油公司的日常检测数据从已报环保部门的督查记录来看,气液比的不合格率要远远低于该数值,也就是说在当前的报警范围下会出现部分误报警的情况。

3.2 在线监测与人工检测的工况

目前加油站的二次油气回收设备运行状况受到人工检测和在线监测双重监管,这两种检测方法虽然原理相同,但面临的工况有一定区别。

人工检测过程需要整座加油站停止运行,逐个加油进行气液比、密闭性和液阻测试,整个过程罐压相对稳定,加油流速较为固定,以单次测试的气液比判断加油是否合格。在线监测则面临更为复杂的工况:气液比检测过程中,潜油泵对应的多把加油可能同时使用,加油流速频繁出现波动,一天内不同时期罐压变化较大,且以一天内所有加油数据的合格率判断加油是否合格。

另外,我国开展加油站二次油气回收改造时引入了多种类型的油气回收真空泵,主要包括活HLLUGB2305BD2塞式工频泵、旋片泵、滚柱式变频泵、集中式真空泵等,其中部分泵类型存在单泵带双或单泵带多的情况。人工检测单加油时真空泵的真空度足够,回气充足,能够满足1.0～1.2的气液比要求,但双或多同时加油时对真空度要求更高,且管路气阻更大,真空泵无法满足气液比要求。表3为典型旋片泵的单泵带双的测试数据。

表3 典型单泵带双测试数据 

由表3数据可见,气液比检测过程中,同时加油会造成一定程度的气液比下降,给人工检测和在线监测造成一定困扰。一方面目前人工检测基本采用单加油,测得的气液比符合标准要求,另一方面在线监测会经常采集到多同时加油的数据,系统反馈出预警或报警信息,此预警或报警信息无法通过现场的设备维护和调试进行校正。

3.3 部分功能难以实现

GB20592中规定在线监测系统应通过数据来分析油气回收系统的密闭性和油气回收管线的液阻情况。密闭性和液阻两项参数在该标准中也都有详细的检测方法,其中密闭性检测需全站停止营业,通过氮气瓶向油罐气相空间充压至500Pa,并记录5min后的剩余压力。液阻监测则需打开对应油气回收回气口,并通过氮气瓶以固定流速(18L/min、28L/min、38L/min)向油罐气相空间充气,并记录三项测试仪压力表显示的液阻压力值。

两项测试均有特殊的测试工况,若通过在线监测系统进行密闭性和液阻测试,则难以达到全站停止营业、油气回收口打开、固定罐压以及固定流速等条件,即使通过数据库数据分析和其他拟合算法来估算密闭性和液阻参数,结果误差也相对较大,不具备参考价值。

4 相关建议

4.1 明确人工检测和在线监测的区别

现阶段环保部门对加油站的监管属于人工检测和在线监测并行,人工检测与在线监测工况不同,是否合格的判断标准也不同,因此不能完全等同。建议在一段过渡时期之后,以在线监测系统作为油气回收运行状况的日常判断标准,人工检测作为年检项目,共同在加油站油气回收设备监管方面发挥作用。

4.2 对站端在线监测设备进行网络化管理

单个加油站华陆在线监测设备仅能反馈站内油气回收设备的运行状态,设备管理工作仅能依靠加油站工作人员来进行,在一定程度上形成了信息孤岛。针对该情况,油品销售企业应提升信息化水平,搭建网络化管理平台,对安装在线监测的加油站进行统一管理,并在此基础上实现历史数据分析、智能报修、整站效率分析等扩展功能,提高在线监测数据的利用效率。

4.3 基于数据反馈选用更加的油气回收设备

在线监测技术应用后,每一次加油操作均可受到有效监控,加油站可获取到海量的反馈数据。加油站根据反馈数据分析不同类型的油气回收设备的效率和稳定性,并综合考虑设备成本,选择经济效益和社会效益俱佳的二次油气回收设备。

4.4 打造加油站综合环保监管平台

当前加油站有多套环保监测设备,包括加油站油气回收在线监测系统、双层油罐和复合管道渗漏监测系统、液位仪、油 放处理装置等,若能通过标准的推动,统一数据上传协议,将多套环保系统整体接入综合监管平台,可实现加油站环保设备的信息互通,有助于进一步分析加油站油气回收系统的整体效率和排放因子。