气体涡轮流量计在啤酒厂燃气计量的应用
引言
啤酒生产是典型的蒸汽密集型流程。糖化锅升温、麦汁煮沸、洗瓶机热水、隧道杀菌机加热,这些环节的热源几乎都来自天然气锅炉。此外还有麦芽与麦糟烘干、食堂与热水炉等辅助用气点。一家年产二三十万千升的啤酒厂,全厂天然气计量点少则十几处,多则几十处,但真正装了表并且数据可用的点位往往不足一半。
啤酒厂燃气计量还有一个容易被忽略的环节——CO2 回收。发酵过程产生的二氧化碳经收集、净化、液化后回用于灌装和背压,回收量既是成本核算数据,也是环保与碳管理的重要依据。这部分气体同样需要可靠的计量手段。
一、啤酒厂燃气计量的技术难点
1.1 用气负荷随生产节奏剧烈波动
糖化与煮沸属于间歇操作。糖化锅在升温阶段蒸汽需求量大,保温阶段骤降;煮沸锅在麦汁进锅后的一段时间达到峰值,结束后又回到低位。锅炉的燃气消耗因此呈现明显的峰谷特征,同一条进气总管在一天之内的瞬时流量可以相差数倍。如果仪表量程比不足,低谷时段会跌出有效测量区间,导致日累积量偏低,最终表现为燃气公司总表与厂内分表长期对不上账。
1.2 用气点分散,口径跨度大
锅炉房进气总管通常在 DN100~DN150,麦芽烘干、麦糟烘干的支线多在 DN50~DN80,食堂、热水炉等生活用气点则可能只有 DN25~DN40。口径跨度从 DN25 到 DN150,若按管道口径直接选表,很容易出现大马拉小车的情况。
1.3 工况体积与标况结算的换算
天然气属于可压缩介质。同样的用气量,冬夏两季因为进气温度不同、管网压力不同,工况体积流量会有系统性差异。若直接用工况体积量参与内部能耗考核或对外结算,误差会随季节漂移,掩盖真实的单耗变化。
1.4 酿造车间的高湿与清洗环境
酿造、灌装区域日常清洗频繁,环境相对湿度长期偏高,部分区域还存在酸碱清洗剂飞溅。仪表若防护等级不足,接线腔进水、表体腐蚀会显著提高故障率。同时这些区域按危险场所管理,仪表必须具备相应防爆资质。
1.5 CO2 回收气体的计量条件
回收的 CO2 在压缩、净化前后温度和压力变化较大,且气体中可能夹带水分与微量杂质。计量点既要覆盖较小的流量区间,又要便于在净化系统检修时拆卸送检。
二、LWQ-T3型气体涡轮流量计的技术适配性
2.1 主要技术参数
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项目 |
技术指标 |
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被测介质 |
天然气、丙烷、丁烷、二氧化碳、氮气等非腐蚀性、中低流速气体 |
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执行标准 |
GB/T 18940-2003《封闭管道中气体流量的测量—涡轮流量计》 |
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检定规程 |
JJG 1037-2008 |
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公称通径 |
DN25~DN400,法兰连接 |
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准确度等级 |
1.5级、1.0级 |
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量程比 |
1:10、1:20、1:30 |
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仪表材质 |
表体铸铝合金、叶轮铝合金、转换器铸铝 |
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介质温度 |
-30℃~+80℃ |
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环境温度 |
-20℃~+60℃ |
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相对湿度 |
5%~95% |
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大气压力 |
86kPa~106kPa |
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工作电源 |
外电源 DC 24V;内电源 DC 3.6V 锂电池 |
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信号输出 |
4~20mA、RS485、当量输出 |
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通讯协议 |
RS485(MODBUS-RTU) |
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信号接口 |
M20×1.5 内螺纹 |
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防爆等级 |
Ex ia ⅡC T4 Ga(本安型,证书号 CE22.7257X) |
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防护等级 |
IP65 |
2.2 关键口径-量程数据
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公称通径 |
规格 |
量程范围(m³/h) |
始动流量(m³/h) |
最大压损(kPa) |
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DN25 |
— |
4~40 |
≤1.3 |
1.5 |
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DN40 |
— |
6~65 |
≤1.3 |
1.5 |
|
DN50 |
S1 |
7~70 |
≤1.3 |
0.5 |
|
DN50 |
S2 |
10~100 |
≤1.6 |
1 |
|
DN50 |
S3 |
16~160 |
≤2.4 |
1 |
|
DN65 |
— |
13~250 |
≤2.4 |
1 |
|
DN80 |
S1 |
13~250 |
≤3.0 |
1 |
|
DN80 |
S2 |
20~400 |
≤5.0 |
1.5 |
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DN100 |
S1 |
20~400 |
≤4.2 |
1 |
|
DN100 |
S2 |
32~650 |
≤6.7 |
1.5 |
|
DN150 |
S2 |
50~1000 |
≤11.0 |
2 |
|
DN150 |
S3 |
80~1600 |
≤12.0 |
2 |
2.3 啤酒厂典型用气点场景对照
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用气环节 |
典型公称通径 |
工况特点 |
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锅炉房燃气主表 |
DN100 S1 / DN100 S2 |
负荷随糖化、煮沸点火节奏波动,需宽量程比 |
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蒸汽锅炉分表 |
DN80 S1 / DN80 S2 |
单台锅炉耗气量相对稳定,按额定耗气量选型 |
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麦芽、麦糟烘干 |
DN50 S2 / DN50 S3 |
连续运行,燃气压力相对稳定 |
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洗瓶机、杀菌机燃气 |
DN40 / DN50 S1 |
与灌装线同步启停,间歇性强 |
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食堂、热水炉 |
DN25 / DN40 |
流量小,需注意始动流量 |
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CO2 回收计量 |
DN50 S1 / DN50 S2 |
介质为二氧化碳,属于该系列适用介质 |
2.4 量程比与准确度应对负荷波动
LWQ-T3 型提供 1:10、1:20、1:30 三档量程比。以 DN100 S2(32~650m³/h)为例,配合 1:30 量程比,低谷时段的小流量仍能保持在有效测量区间内,这对啤酒厂这种间歇性用气工况非常关键。准确度等级按用途区分:与燃气公司或分厂之间结算的点位选 1.0 级,纯内部能耗考核的点位选 1.5 级即可。
2.5 温压补偿直接输出标况体积流量
LWQ 系列可自动检测介质温度、压力和流量,进行温度、压力、压缩因子自动补偿,直接显示标准状态(Pb=101.325kPa,Tb=293.15K)体积流量。对啤酒厂而言,这意味着锅炉燃气量可以直接换算成标况量参与单耗统计,不必再由人工按季节修正,吨酒燃气单耗数据才具备横向可比性。
2.6 本安防爆与可拆卸机芯
LWQ-T3 型防爆等级为 Ex ia ⅡC T4 Ga(本安型,证书号 CE22.7257X),防护等级 IP65,相对湿度适应范围为 5%~95%,能够适应酿造与灌装区域的高湿环境。仪表采用可拆卸式全封闭机芯(专利号 ZL201420591807.2),检修时可将机芯整体抽出清洗或更换,不必切割管道。信号方面提供 4~20mA、RS485(MODBUS-RTU)与当量输出,IC 卡信号输出可与预付费系统配套,便于园区对下游用气单位做结算管理。
2.7 大口径支线的补充方案
对于 DN125 以上、不便断管的支线管段,可以采用 SFMT 系列热式质量流量计的插入式形式,公称通径 DN125~DN5000,测量流速范围常规 0.56~56 Nm/s,直接显示质量流量与标况体积流量,插入式与法兰式标配压力为 P2=1.6MPa。该系列适用介质为单组分或组分稳定的混合干气体,天然气与 CO2 均满足这一条件。
三、选型实施要点
1. 按锅炉额定耗气量和实际波动区间选口径。 不要直接照搬管道口径。锅炉房主表应先统计历史常用流量与峰值,让常用流量落在所选口径量程范围内,例如常用 300m³/h 左右、峰值 600m³/h 时,DN100 S2(32~650m³/h)比 DN100 S1(20~400m³/h)更合适。
1. 间歇性用气点必须提高量程比。 洗瓶机、杀菌机、食堂这类随生产线启停的点位,低谷时段流量小,建议按 1:20 或 1:30 量程比配置,并核对始动流量。
1. 确认温压补偿的配置形式。 需明确采用一体式内置温压补偿,还是外接温度、压力变送器由积算仪统一补偿。前者安装简便,后者便于单独校准。
1. 按危险区域划分核对防爆配置。 LWQ-T3 型为本安型 Ex ia ⅡC T4 Ga(证书号 CE22.7257X),LWQ 系列同时提供隔爆配置。选型时须按现场危险区域划分图核对,并索取防爆合格证原件。
1. 规划直管段与过滤设施。 涡轮流量计对流速分布敏感,选型时应预留直管段并避开弯头、变径、阀门下游;管网杂质较多的场合应在表前加装过滤器,利用可拆卸式全封闭机芯制定定期清洗计划。
常见问题答疑
Q1:啤酒厂用气波动大,气体涡轮流量计会不会小流量测不出来?
关键看始动流量与量程比。以 DN100 为例,S1 规格始动流量≤4.2m³/h,S2 规格≤6.7m³/h;DN50 S1 始动流量≤1.3m³/h。配合 1:30 量程比,覆盖常规间歇工况没有问题。选型时把最小常用流量与峰值流量一并提供给厂家核对即可。
Q2:表上显示的是工况体积流量还是标况体积流量?
LWQ 系列具备温度、压力及压缩因子自动补偿功能,可直接显示标准状态(Pb=101.325kPa,Tb=293.15K)下的体积流量,结算与单耗统计时无需再做人工换算。
Q3:CO2 回收管道能不能用同一款表?
可以。LWQ 系列适用介质包括天然气、丙烷、丁烷、二氧化碳、氮气等非腐蚀性、中低流速气体,CO2 属于适用介质。选型时按回收量的常用区间确定口径,例如 DN50 S1(7~70m³/h)或 DN50 S2(10~100m³/h)。若回收气体含水量高,应在前端配置脱水净化设施。
Q4:酿造车间湿度大,仪表防护怎么选?
LWQ-T3 型防护等级 IP65,相对湿度适应范围 5%~95%,能够满足酿造与灌装区域的高湿环境。安装时应避开清洗水直接冲刷的位置,电缆引入方式与 M20×1.5 内螺纹接口需匹配。
Q5:数据要进能源管理系统,通讯接口怎么配?
LWQ-T3 标配 RS485 通讯(MODBUS-RTU 协议),同时提供 4~20mA 模拟量与当量输出。无外部电源的点位可采用内电源 DC 3.6V 锂电池供电,需提前确认功耗与电池更换周期;若需预付费管理,可选配 IC 卡信号输出。
选型结论
啤酒厂燃气计量的核心是三件事:用宽量程比覆盖间歇工况,用自动温压补偿保证标况数据可比,用可拆卸机芯降低维护成本。在此基础之上,按锅炉主表、烘干支线、生活用气点、CO2 回收四类场景分别确定口径,DN25~DN150 区间内 LWQ-T3 型气体涡轮流量计可以全覆盖;DN125 以上且不便断管的支线,则可用 SFMT 系列插入式热式质量流量计补充。
天津迅尔科技股份有限公司成立于 2006 年,是国内专业的流量仪表研发制造企业,产品覆盖气体涡轮流量计、热式质量流量计、液体涡轮流量计、电磁流量计等系列,在食品饮料、燃气、石化、冶金行业有成熟应用。如需获取啤酒厂燃气计量的具体选型配置,可将介质名称、管道口径、常用流量与峰值流量、工作压力、介质温度及危险区域划分等级等参数提交至官网 www.suremeter.com.cn,由技术团队核算后给出配置建议。