摘要：針對啤酒制造工廠二氧化碳計量存在的抗于擾能力弱的問題，本文以某啤酒制造工廠改造實例介紹了一種較低成本的二氧化碳計量方案。該方案通過選用抗振動能力較強的V錐流量計及合適的流量計安裝位置，實現了較高性價比。
近年來隨著國家各項環保、能源法規的出臺和細化，啤酒制造工廠的二氧化碳消耗成為一項重要的計量指標。啤酒制造工廠二氧化碳消耗計量受設備工況限制普遍存在管路振動大、壓力波動大的情況，目前國內各家工廠多采用帶溫度和壓力補償的渦街流量計進行現場計量。渦街流量計對橫向振動抗干擾能力弱，工廠在二氧化碳方面降耗取得成果往往不能準確地進行橫向和縱向比較，影響了經驗交流和改進。
受成本限制，國內僅有少數工廠能夠使用質量流量計計量二氧化碳消耗。如何在檢測穩定性和成本中取得平衡，找到高性價比的二氧化碳計量方案成為啤酒生產企業面臨的一個重要計量課題。本文以某啤酒制造工廠二氧化碳計量裝置改造過程為實例，介紹一套高性價比的檢測方案。
1、原有二氧化碳計量系統分析
某啤酒制造工廠原有二氧化碳計量采用帶溫度和壓力補償的渦街流量計檢測方案見圖1，渦街流量計安裝管路振動影響明顯，增加固定點和防振膠墊后無明顯改善。在振動等環境條件影響下，不能對數據有效計量。
連續數月跟蹤數據反映以下幾方面問題:
1)在顯示波動量方面，在生產用氣量穩定情況下流量計瞬時顯示值在20一300kg/h范圍反復波動;
2)在顯示值零點方面，部分生產線停產(使用終端閥門關閉)，流量計瞬時顯示值不為“0 ，且在變化;
3)在累計流量方面，儲罐二氧化碳總量與外供總量比較差值達到10%以上。
2、2 新計量方案優勢及解決措施
2.1 流量計原理
渦街流量計從檢測原理上對橫向振動抗干擾能力弱，即使采用進口高端品牌也難以解決橫向振動問題，如果加防振座、防振膠墊、調整參數仍然不能消振就只能考慮其他檢測設備;如果采用質量流量計，可從原理上解決振動問題，但限于質量流量計價格是同品牌同口徑渦街流量計的2-3倍，目前國內大多數工廠并未將質量流量計列人二氧化碳計量配置方案。
V錐流量計是20世紀80年代后研發的新型差壓式流量計，其節流布局從中心孔節流改為懸掛在管線中心的一個V型錐體來做環狀節流，這種幾何形狀與傳統節流組件相比，具有壓損小、穩定性好和抗干擾能力強的特點，其檢測原理如圖2所示。V錐體懸掛在管道中心，它迫使中心處的流速越來越慢，管璧附近的流速逐漸加快，從而達到使流速“勻化”的效果。其它差壓式流量計的中心處是空的，不能使流速“勻化”，因此V錐流量計在傳統的差壓儀表不宜測量的低流速時仍能產生足夠的差壓，抗干擾強、量程比寬，能在小流量下準確計量是其最大優點。
某啤酒制造工廠嘗試改用V錐流量計對二氧化碳計量，安裝調試后V錐流量計較渦街流量計抗振動十擾能力有所增強，主要表現在連續生產中流量計瞬時流量顯示值波動范圍明顯減小，如前面列舉的顯示波動量由20一300kg/h下降到20-200kg/h，但是顯示零點和累計流量問題仍未有效解決。投人使用后生產線終端閥門全關閉時瞬時流量顯示值仍有跳動，不恒為“0 ;累積數據顯示，分別向多條生產線輸送二氧化碳管路上的流量計累計數據總和與二氧化碳儲罐送出數據相比部分時段累計流量誤差超出5%。
2、2分析并改進由安裝位置引起的計量準確性問題
通過對相關工藝設備排查及查閱相關資料分析，發現管路(圖3)壓力波動與流量計數據間存在一定聯系，最終找到原因。
經測算，流量計安裝位置至某生產線使用終端閥門有450m管路(直徑37)，約相當于500L容積的緩沖空間，經查得二氧化碳在標準狀態(標準大氣壓，20°C)下，密度為1. 977=2 (g/L)，由氣體守恒定律(管路在室內保溫，溫度變化可忽略)
根據現場檢測記錄，生產線暫停（用氣終端關閉）時，二氧化碳供氣管路壓力在1-1.1MPa之間波動，若取標準狀態下的絕對壓力P1=0.1MPa，則波動下限和上線分別取絕對壓力為P2=1.1MPa和P3=1.2MPa（此處將相對壓力折算為絕對壓力），將P2、P3及標準狀態下二氧化碳密度p=2（g/L）帶入式（2）得壓力波動下限時的密度：P2=22（g/L）；壓力波動上限時的密度P3=24g/L。
管路壓力變化造成管道內二氧化碳質量的變化量△m
式中，v為流量計安裝位置到生產線使用終端閥門處管路容積。
通過上述計算可得出在某生產線暫停時，管路壓力波動一個循環(管路壓力由1 MPa升高到1. 1MPa后再下降到1 MPa)過程中有約lkg的二氧化碳經流量計計量后因管路壓力變化又回到流量計前。
二氧化碳在管路高壓時流過流量計，因為使用終端閥門關閉封閉在管路中，在管路壓力下降時，部分氣體由管路又回到流量計前管路中(見圖4),并在下一次管路加壓時再次流經流量計計量，如此反復計量，導致雖然生產線使用終端關閉，現場流量計瞬時顯示值不為“0 。實際現場瞬時流量顯示值最高可達100kg/h以上，對分析結果一致。生產時隨管路壓力波動也會造成流量計重復計量，只是比較停產時而言數量小，不易發覺。顯然這是影響流量計計量準確性的一項主要原因。
跟蹤的另一條生產線數據因為管路較短(約105m)且生產連續，停產時間短，因此受重復計量影響較小，通過跟蹤和分析各儀表累計值也驗證了這一點。
綜上分析，造成誤差的原因是流量計到使用工位之間管路長，管路壓力波動造成流量計至使用工位前管道內二氧化碳氣體在“加壓一減壓一加壓”過程中重復計量引起的，這一分析與累計數據在連續生產時誤差小，停產時誤差大的現象以及到現場輸送管路距離長的生產線停產較輸送管路短的生產線停產影響大的現象也是吻合的。
根據以上分析采取了改進措施:在改造流量計安裝位置，將一次表安裝至接近使用終端閥門位置，大幅減小流量計至使用工位閥門間的管道緩沖空間，減少因系統壓力波動造成的重復計量;在接近流量計處管路上安裝單向裝置，減少因管路壓力下降造成的氣體反向流動，進一步減少壓力波動造成的重復計量帶來的影響，見圖5
2.3效果驗證
對兩條生產線二氧化碳流量計量系統實施改造后跟蹤數據如下:
1)在顯示波動量方面，在生產用氣量穩定情況下流量計瞬時顯示值波動范圍由原來20一300kg/h減小到20一80kg/h ;
2 )在顯示值零點方面，原來部分生產線停產時(用氣端閥門關閉)，流量計瞬時顯示值不為“0”，最大到100kg/h以上，改造后穩定在零點;
3)在累計流量方面，儲罐二氧化碳總量與外供分表總計比較誤差由原來的10%以上減小到2%以內。
考慮到計量現場存在二氧化碳用量不均勻、小流量運行時間長和振動等干擾因素多的情況，2%的總誤差已經是較理想的狀態，用不到質量流量計一半的成本完全達到預定的效果。
3結束語
本方案使用的V錐流量計價格與同口徑渦街流量計相當，僅為同口徑質量流量計的1/2一1/3。只需將流量計安裝到合適位置，加人單向閥，就能取得接近質量流量計的檢測效果，可作為同類生產廠二氧化碳計量的高性價比方案。
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