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        電磁流量計

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        電磁流量計新技術如何進行沼氣測量

        來源:作者:發表時間:2019-03-20 14:41:00

            隨著對沼氣的興趣不斷增長,人們越來越關注測量沼氣流量,這一直是過程測量技術中的一個問題。高水和二氧化碳(CO 2)含量使沼氣成為一種苛刻的介質和難以測量的任務,但新一代電磁流量計使沼氣測量穩定且易于管理。
        沼氣能源崛起
            根據美國沼氣理事會的數據,美國有大約2,000個生產沼氣的地方,還有12,000個生產沼氣的地方已經成熟。[1]除了其他環境和經濟效益之外,沼氣還在美國作為傳統燃料的替代品得到推廣,因為它可以提高能源安全性并減少溫室氣體排放。[2]
            作為美國市場可能走向何方的例證,歐洲有超過10,000個運營的沼氣池。根據德國沼氣eV專業協會的統計,2011年僅在德國就建造了1000多座新的沼氣廠。如今,超過7,000個裝置的總電力超過3000兆瓦且不斷增加。在短短幾年內,沼氣就達到了德國總能耗的3%左右。
            傳統上,這些工廠中的沼氣是來自廢水處理廠和垃圾填埋場的污泥發酵的產物。如今,其他生物原料如來自養牛和其他農業操作的廢物也用于生產沼氣。這種氣體通常用于熱電聯產裝置,使用燃氣發動機直接發電和供熱。越來越多的沼氣被重新設計為電網質量,以供應給燃氣電網。沼氣也被用作替代車輛燃料。
        測量甲烷含量對成功操作至關重要在
            使用沼氣時,了解甲烷(CH 4)含量至關重要。如果沼氣具有正確的**低甲烷含量,則只能保證在熱電聯產裝置中平穩有效地運行燃氣發動機。因此,工廠操作員必須熟悉所用沼氣的成分和數量。
            當向燃氣電網運營商輸送沼氣用于貿易交接應用時尤其如此。由于沼氣的甲烷含量可能差異很大,因此工廠操作員依賴于有關沼氣的連續可靠信息。但這正是當今許多運營商面臨的巨大挑戰。通常,可以在生物氣設備中進行多次測量,例如在儲罐之前和之后。但是,成功掌握測量任務絕非易事。這主要是由于與沼氣應用相關的苛刻測量參數。
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        難以測量的參數
            根據生物原料和工藝,沼氣僅含有約50-70%體積的甲烷。剩余部分由30-50體積的CO 2和較少量的氧氣(O 2),硫化氫(H 2 S)和氮氣(N 2)組成。此外,沼氣可以含有高達5-6體積%的游離液態水,因為沼氣在發酵過程中被水飽和,然后在冷卻并進入發酵罐后進入管道。
            當溶解在水中時,H 2 S在管道中產生腐蝕性溶液。除了高濕度外,在選擇測量設備時還必須考慮耐腐蝕性。在沼氣測量期間,細菌也可以沉積在流量計中。
            溫度范圍從略高于環境溫度到122°F,壓力通常為20-25英寸H 2 O.然而,原則上,工藝條件可以變化很大。例如,當在發酵后直接進行測量時,當新的污泥進料到發酵罐中時可能發生突然的溫度下降。此外,測量可能不會導致任何壓力損失。根據需要,可以支付用于覆蓋盡可能寬的測量范圍的測量設備。例如,在廢水工業中,大多數沼氣廠的管道直徑為2“至8”。用于生產沼氣的較大地點也可能需要更大的標稱尺寸(12“至16”)。
            流量測量技術試圖通過各種不同的測量方法滿足這些特殊的測量要求,但尚未找到滿意的測量任務解決方案。例如,孔板已經證明在概述的壓力條件下完全不適合于沼氣測量,因為它們會導致壓力損失并因此可能顯著地干擾該過程。
            對于低流速下的測量,使用渦街流量計的條件又非常有限。熱質量流量計仍然是沼氣工業中**常用的測量設備,但這些測量儀器也存在相當大的障礙:沼氣生產線中的水大大限制了其性能。
            基于它們的設計,電磁流量計一直特別適用于沼氣應用,因為它們可確保完全運輸而不會損失壓力或對流量產生任何負面影響,并且它們可以覆蓋很寬的測量范圍。然而,在過去,他們不得不處理高含水量。此外,通常存在于沼氣流中的高CO 2含量也對測量穩定性具有負面影響,因為CO 2的分子結構可顯著降低超聲信號的分散。此外,購買這些裝置的成本仍然相對較高,這常常使得電磁流量計的使用沒有吸引力。
        **先進的沼氣電磁流量計流量測量
            技術從沼氣應用的早期經驗,尤其是電磁流量計流量測量技術領域,已經學到了很多測量技術。通過投資,研究和開發,包括 KROHNE Inc.在內的領先測量技術制造商已成功生產出新一代電磁流量計,專門針對沼氣應用的高要求,同時保持價格合理。例如,科隆的新型OPTISONIC 7300(如右圖所示)為沼氣測量提供了一系列新功能,同時保持了成本競爭力。
            該測量儀器根據時間傳遞差分方法運行,無論氣體成分如何,都能確保流量測量具有高度的長期穩定性。該解決方案免維護,不受沉積物的影響。憑借其特殊的信號轉換器設計,OPTISONIC 7300還具有更高的信號強度。NACE認可的Grade 29 Titanium傳感器可提供出色的抗H 2 S 耐腐蝕性。增強型數字信號處理器(DSP)還可以更好地檢測受高CO 2強烈阻尼的小聲信號內容。儀表結構還消除了水對測量的任何影響。該設備沒有常規重新校準,壓力損失或流量范圍限制等限制。此外,為了使各種測量具有可比性,可以根據OPTISONIC轉換器的溫度和壓力輸入來測量標準體積。
            經驗表明,該設備可以執行穩定和準確的沼氣測量,正是工廠操作員需要確保其沼氣操作的可行性。
            使用OPTISONIC 7300計算甲烷含量
            該測量裝置具有甲烷含量的綜合計算,如上所述,這對于使用沼氣時有效的燃氣發動機運行至關重要。所示計算取自實際的廢水處理廠應用實例。  
        根據下式確定氣體的摩爾質量(M)
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        甲烷含量可由摩爾質量計算,考慮以下因素:
        CO 2的摩爾重量(44)甲烷的摩爾重量(16)
        水的摩爾重量(18)
        氣體中的水量取決于溫度。對于水飽和的氣體,水的量是已知的。
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        甲烷含量的測量精度為2%(包括溫度測量的不確定度為1%)。
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        新流量計的進步恰逢其時,正如沼氣作為能源的日益重要性一直迫切需要可靠的流量測量裝置。
         
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