專利名稱：對工藝物流質(zhì)量流量及密度的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對工藝物流質(zhì)量流量的測定和控制，其中因操作條件從一種變至另一種情況而化學組成乃至密度會非常不同，尤其在操作條件變化期間必須保持質(zhì)量流量恒定的場合。
本發(fā)明也涉及對工藝物流密度進行在線測定。
本發(fā)明的測定只產(chǎn)生較少的永久壓力降。
背景技術(shù)：
對質(zhì)量流量及密度的測定可通過本領(lǐng)域已知的不同方法獲得。
一種測定兩種或多種物流組合的質(zhì)量流量的方法是通過銳孔測定各物流體積流量并分析確定各物流的分子量。但是，這種方法由于有些時間滯后而無效。
此外，另一種方法是流量測定確定比重的方法。該方法涉及對工藝物流進行冷卻，所以由于凝結(jié)而使這種方法不能用于重質(zhì)、熱氣體，例如在400℃及升高壓力下的石腦油。
Curioli流量測定是一種可行方法，但是，這種方法只可用于250℃以下的溫度，而且它還引起明顯的壓力降，造成工藝能量消耗增加。
Vander Heyden(US 5,226,728)披露了一種測定質(zhì)量流量的方法及設(shè)備，涉及許多儀器部件，而且還包括從管道放出樣品氣體，這個方法并不非常簡單。
Vander Heyden(US 5,357,809)還披露了一種帶有比重計的體積流量校正儀，這種方法包括用于從管線放出的樣品氣體能量流率的許多部件、管道及儀器。用這種方法的質(zhì)量流量及密度的測定還涉及另外的設(shè)備。
Louwagie等人(US 5,899,962)披露了一種差壓測定法，利用雙變送器，其中通過傳感電子罩(electronic housing)及一個具有電子罩的雙絲變送器(two wire transmitter)測定質(zhì)量流量，電子罩內(nèi)包括一種總輸入(boss input)，用于接受溫度或壓力信號。正如所顯現(xiàn)的，這種方法除涉及精細差壓傳感器之外，還需要溫度和壓力信號。
現(xiàn)有技術(shù)還沒有解決用簡單常規(guī)流量測量元件及簡單常規(guī)計算繼電器來測定質(zhì)量流量的方案。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種將渦流及差壓器件測定方法結(jié)合起來用于質(zhì)量流量及密度測定的方法。這些測定方法可直接在升高的溫度和壓力下使用。
渦流測定給出實際體積流量，而差壓器件測定方法必須按密度進行校正才能得出實際流量。為此，通過比較兩種測定方法，計算并指示出密度和/或質(zhì)量流量，并可將質(zhì)量流量信號用于隨后的控制。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供一種用于對工藝物流進行質(zhì)量流量測定及在線密度測定的方法，此種工藝物流在操作過程中組成及分子量變化都很大，而且操作溫度一般在350-400℃的范圍。
這種測定是通過兩種流量測定完成的，一種用渦流測量元件，另一種用差壓測量元件，差壓測定元件一般是一種流量孔板、噴嘴或文丘里(venturi)流量元件。所有流量元件產(chǎn)生低的永久壓力降。渦流流量元件的信號直接與體積流量相關(guān)。來自差壓測量元件的信號與工藝物流的體積流量和密度相關(guān)。因此，比較這兩種測定方法的信號，計算繼電器可找出該工藝氣流的實際密度和/或質(zhì)量流量。
差壓器件檢測跨越所安裝器件的壓力降，其可以是噴嘴、銳孔或文丘里管。因此，它產(chǎn)生與密度和實際體積流量的平方成比例的信號。渦流元件產(chǎn)生漩渦，因此測定由此所產(chǎn)生的振蕩。該信號與實際體積流量成比例。這可表示為S′＝k′×ρ×V2S′是來自差壓器件的信號，k′是一個常數(shù)，ρ是該工藝物流的密度，和V是實際體積流量。
如果M是質(zhì)量流量，則M＝ρ×V，而該信號可表示為S′＝k′×M×V信號S″來自渦流元件，是
S″＝k″×V計算繼電器通過信號S′除以信號S″直接產(chǎn)生質(zhì)量流量信號S=S′′S′′=k′×M×Vk′′×V=k×M]]>另外，如果計算繼電器首先平方來自渦流測定的信號，則得到密度為S=S′S′′2=k′×ρ×V2k′′2×V2=k×ρ]]>它也直接與分子量相關(guān)，這是某些連接中有用的參數(shù)。
通過這種方法，可測定在高壓和高溫下甚至對于重氣體測定質(zhì)量流量和密度，本發(fā)明的測量元件是適合這種情況的。
本發(fā)明特別適用于測定引至蒸氣重整爐的烴進料流的質(zhì)量流量和密度，其中烴進料流由兩種或更多種不同工藝物流組成，這種組合可由一種裝置操作狀態(tài)變至另一種狀態(tài)。
在某一重整爐的容量下，對重整爐進料烴的質(zhì)量流量要保持或多或少是恒定的，然而對輕質(zhì)烴和重質(zhì)烴的實際體積流量的要求也不相同。這就是說必須控制質(zhì)量流量，而不是控制體積流量。同時，重要的還在于保持流量測定中低的永久壓力降，以使能量消耗保持最低。
蒸氣重整爐的進料是蒸汽和烴類的混合物，這種混合物中蒸汽對碳摩爾比必須固定。烴類分子量就是碳量最好的量度，在恒定的溫度、壓力和壓縮性下，分子量直接與密度相關(guān)。因此，蒸氣重整爐的烴進料流的密度測定是在確定正確蒸汽流量中的一個有效參數(shù)。
重整爐的烴進料一般是天然氣、尾氣、LPG(液化石油氣)、石腦油或其與添加氫或富氫氣體的混合物。
這意味著在由輕質(zhì)烴和重質(zhì)烴組成的工藝物流中，重質(zhì)烴的體積流量的較小變化也會引起總體積流量的較小變化。但這種變化意味著總質(zhì)量流量有相對較大的變化，這對于重整爐的操作是重要的。如果這種變化是流量減少，體積流量的測定會因為烴流量的急劇變化而檢測不出來，在重整爐燃燒不變的情況下，這就會造成嚴重過熱，以致爐管壽命縮短，乃至爐管破裂。
按照本發(fā)明的測定，在烴進料質(zhì)量流量上的較大變化都會被立即發(fā)現(xiàn)，并可采取適當措施，及時避免過熱。
密度測定也可立即檢測出分子量的變化，然后可立即校正蒸汽流量。
實施例1如果工藝進料是天然氣或石腦油，則天然氣或石腦油的可能進料流量是天然氣石腦油體積流量，Nm3/h 31430 8698質(zhì)量流量，kg/h 22735 21857根據(jù)這些數(shù)字看出，體積流量控制器保持31430Nm3/h的天然氣時，不能保持8698Nm3/h的石腦油，而質(zhì)量流量控制器保持22735kg/h的天然氣，也保持了石腦油的流量。
實施例2對重整爐的一種進料由21468kg/h的重石腦油和389.3kg/h的氫組成，其分子量分別為109.36及2.03，即4400Nm3/h的石腦油和4298Nm3/h的氫。
如果氫氣流量增加30％，該工藝物流的分子量從56.32變到49.32。
接受來自差壓流量元件的信號的流量控制器將改變流量至9295Nm3/h，相當于與原始信號同等的信號，即保持ρv2。
在這個方法中，石腦油的質(zhì)量流量降低7％。接受來自質(zhì)量流量測定信號的流量控制器將保持總質(zhì)量流量為21857.3kg/h，這現(xiàn)在與21357kg/h的石腦油相當，即僅降低0.5％。
實施例3本發(fā)明應(yīng)用的一個實施方案，是對重整爐質(zhì)量流量的控制，如

圖1所示。
重整爐的烴進料是烴1及氫2的一種混合物。對于烴組成和烴流量對氫流量之比兩方面都會是一種操作狀況不同于另一操作狀況的。組合進料流3首先是在流量孔板4中被測定，其產(chǎn)生比例于該產(chǎn)物的質(zhì)量流量kg/h和比例于實際體積流量m3/h的信號5。下游的工藝物流再流經(jīng)一種渦流元件6，該器件產(chǎn)生比例于實際體積流量m3/h的信號7。信號5和6進入計算繼電器8，其將信號5除以信號7，產(chǎn)生信號9，即質(zhì)量流量kg/h。信號9用于控制流量閥位置的流量控制器10。
實施例4本發(fā)明應(yīng)用的一個實施方案是對重整爐內(nèi)碳摩爾流量的控制，如圖2所示。
一種重整進料可由天然氣1、石腦油2和氫氣3的一種混合物組成。該組合進料物流4首先流經(jīng)一個銳孔5，產(chǎn)生比例于產(chǎn)物密度和實際體積流量平方的信號6。而在下游該工藝氣體被傳送通過一種渦流元件7，產(chǎn)生比例于實際體積流量的信號8。計算繼電器9將信號6除以信號8的平方，給出一個新信號10，新信號10比例于該工藝物流的密度。該信號10被傳送給第二計算繼電器11。當進料物流和其混合物的組成已知時，就有可能導(dǎo)出一個碳數(shù)和密度間的關(guān)系式。這個密度和碳數(shù)間的關(guān)系式與壓力及溫度的可調(diào)節(jié)輸入?yún)?shù)以及對于體積流量的信號14一起使繼電器11能計算出重整爐的碳摩爾流量信號15。信號15用于流量控制器16，維持對重整爐內(nèi)碳的摩爾進料。
如果T是絕對溫度(°K)，P是絕對壓力(大氣壓)，V是實際體積流量(m3/h)，Cn是碳數(shù)(千摩爾(kmole)碳/千摩爾烴進料)，F(xiàn)c是碳流量(千摩爾碳/小時)，則用于計算繼電器中的關(guān)系式可以表示為進料流量 F＝V×P×(273/T)Nm3/h碳流量Fc＝Cn×(F/22.414)千摩爾碳/小時如假設(shè)為理想氣體，Cn是密度的函數(shù)。
實施例5本發(fā)明應(yīng)用的一個實施方案是對蒸氣重整爐內(nèi)蒸汽/碳摩爾比率的控制，如圖3所示。
重整爐烴進料1是首先流過一個銳孔5，產(chǎn)生比例于產(chǎn)物密度和實際體積流量平方的信號6。在更下游，該工藝氣體被傳送通過一種渦流元件7，產(chǎn)生比例于實際體積流量的信號8。計算繼電器9將信號6除以信號8的平方，給出一個新信號10，信號10比例于該工藝物流的密度。信號10被傳送給第二計算繼電器11，在此建立了密度和碳數(shù)之間關(guān)系式。這樣連同壓力和溫度的輸入?yún)?shù)及對于實際體積流量的信號14，使繼電器11能計算出對重整爐的碳摩爾流量信號15。
重整爐蒸汽進料2流過一個銳孔3，產(chǎn)生比例于產(chǎn)物密度和實際體積流量平方的信號4。信號4被傳送給流量控制器16，控制器16因分子量、壓力和溫度都已知及恒定的故可對計算繼電器18傳送流量以千摩爾/小時表示的信號17。計算繼電器18也接受信號15(千摩爾烴進料/小時)并得出蒸汽/碳比例，并將這個信號19傳送給流量控制器20，流量控制器20通過控制蒸汽流量來控制蒸汽/碳比例。
如果T是絕對溫度°K，P是絕對壓力(大氣壓)，V是實際體積流量(m3/h)，Cn是碳數(shù)(千摩爾碳/千摩爾烴進料)，及Fc是碳流量(千摩爾碳/小時)，則用于計算繼電器中的關(guān)系式可表示為碳流量對于理想氣體Fc＝Cn×(V/22.414)×P×(273/T)Cn是密度的函數(shù)。
對于蒸汽的摩爾流量可表示為Fst＝(Vst/22.414)×Pst×(273/Tst)其中，Vst是蒸汽的實際體積流量，根據(jù)銳孔測定，Pst、Tst是蒸汽的條件，它們是已知和恒定的。
該蒸汽碳比率是R＝Fst/Fc
權(quán)利要求
1.一種控制方法，包括控制引至蒸氣重整爐的烴進料的質(zhì)量流量，所述物流由氫及由天然氣、石腦油、尾氣、LPG或其混合物組成，和控制引至重整爐的烴進料物流的碳摩爾流量，所述物流由氫及由天然氣、石腦油、尾氣、LPG或其混合物組成，碳的摩爾流量是按Fc＝Cn×(V/22.414)×P×(273/T)確定的，其中Cn是密度的函數(shù)，和控制引至蒸氣重整爐的進料物流的蒸汽碳摩爾比率，其中蒸汽及碳的摩爾流量是按Fst＝(Vst/22.414)×Pst×(273/Tst)及Fc＝Cn×(V/22.414)×P×(273/T)確定的，其中Cn是密度的函數(shù)，通過在線測定工藝物流的質(zhì)量流量和密度，提供蒸汽碳摩爾比率R＝Fst/Fc，所述方法包括以下步驟-用常規(guī)差壓流量測定元件對所述工藝物流進行測定，提供信號S′＝k′×ρ×V2，-用常規(guī)渦流測量元件對同一所述工藝物流進行測定，提供信號S″＝k″×V，以及-根據(jù)來自所述兩種流量測量元件的信號，采用以上的公式和M＝ρ×V，按S′/S″＝k×ρ×V＝k×M及S′/(S″)2＝k×ρ確定該工藝物流的質(zhì)量流量和密度。
全文摘要
一種控制方法,包括控制引至蒸氣重整爐內(nèi)的烴進料的質(zhì)量流量,所述物流由氫及由天然氣、石腦油、尾氣、LPG或其混合物成,和控制烴進料物流的碳摩爾流量,和控制進料物流的蒸汽碳摩爾比率,該方法包括以下步驟:用常規(guī)差壓流量測定元件對工藝物流進行測定,提供信號S′=k′×ρ×V
文檔編號G01F1/32GK1357752SQ01142749
公開日2002年7月10日 申請日期2001年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月6日
發(fā)明者B·N·詹森, T·奧爾森 申請人:赫多特普索化工設(shè)備公司