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分析多款流量計在氫氟酸裝置中的選型和應用
一、本文簡述:
    氢氟酸作为一种工业生产中重的生产原料在许多的化工生产中都有着重要的使用,氢氟酸的生产过程也因为工艺的不同对于其物理化特性和测量精度有不同的要求,氢氟酸生产是一种连续的化工生产过程,各种物料在高温、高压条件下,不断进行着化学反应和物理变化。目前国内外基本都主要采用双加压法生产氢氟酸,主要的过程首先液氨经过液氨过滤器,再通过氨蒸发器变为气氨,进入氨空混合器与空气充分混合后送入氧化炉进行催化氧化反应,生成氧化氮气体,氧化氮气体通过吸收塔经水吸收后变为含氮氧化物气体的氢氟酸,再经过漂白塔后通过空气将溶解气体吹出,即可生产出需要的成品——氢氟酸。为了对于氢氟酸生产过程中进行良好的控制生产,现场操作中需要及时了解生产过程中氨、空气、氢氟酸、蒸汽的流量,以保证整个生产过程的安全稳定运行。
  在氫氟酸的制取過種,對于各種生産原料的流量測量是一項重的工作,使用的測量儀表種類也有很多種,選用時應根據儀表性能、介質特性、環境條件、安裝條件和經濟因素方面綜合考慮。本文結合氫氟酸裝置的工藝特點,介紹了標准孔板、威力巴、電磁流量計、渦街流量計、質量流量計、轉子流量計等流量儀表,闡述了這幾種常用流量計在氫氟酸裝置中的具體應用情況。
二、 氢氟酸装置中的流量测量
  2.1 孔板流量計
  标准节流装置与差压变送器组合,可用于测量液体、气体、蒸汽的流量,具有结构简单、安装方便、性能稳定可靠、价格低廉的优势,其标准测量元件——孔板符合全世界的工业标准。在氢氟酸装置中,测量低压蒸汽、蒸汽冷凝液等介质时,在精度和压力损失允许的情况下,常采用孔板流量計测量其流量。但经过长期实际应用,发现该流量计存在以下缺点:
  (1)孔板安装的精度以及孔板与差压变送器之间所装引压管导致的信号失真,使得孔板流量計测量准确性不高,因此当测量精度要求较高时,该流量计难以满足工艺要求。
  (2)孔板流量計量程较小,量程比一般为3:1,当介质流量变化较大时,将影响其准确性。
  (3)引壓管容易産生泄露、堵塞、凍結等故障,且較髒的介質易引起取壓孔堵塞,維護工作量較大。
  (4)孔板入口的邊緣易磨損會導致測量精度降低,性能不穩定,需定期進行更換。
孔板流量計
  2.2 威力巴流量計
  在上世纪90年代,美国VERIS公司推出全新匀速流量探头——威力巴,它通过多组取压孔来检测流体产生的差压,取平均差压后将信号送至变送器来检测流量。该流量计也是一种差压式流量计,它提高了一次源的测量精度,但压力损失与传统孔板流量計相比,仅为孔板流量計的十分之一。下面以年产10万吨氢氟酸装置中,进汽轮机的过热蒸汽为例,比较选用威力巴与选用孔板流量計二者的在能量损耗方面的差别。进汽轮机蒸汽管径为159mm、压力为3.9Mpa(表压)、温度为450℃,正常流量是15T/h,在正常工况流量下,威力巴流量計产生的压力损为0.126KPa,孔板流量計产生压力损失为26.898 Kpa。通过计算,将差压损失折合成蒸汽,孔板流量計比威力巴流量計每小时多损失40Kg过热蒸汽。威力巴流量計与孔板流量計相比,测量精度高、量程比大、管道压损小、高效节能,同时安装简单,仅需要几厘米的焊接孔,安装费用小很多。氢氟酸装置中,进氨空混合器前气氨及空气的流量测量也采用威力巴流量計,可以量程度地减少氨和空气的压力损失,同时测量精度较高,有利于氨空比的调整,提高了整个系统的性能。汽轮机的过热蒸汽和汽包出口至减温器的饱和蒸汽,及外供蒸汽的流量测量均可选用威力巴流量計,可节省蒸汽,降低能耗,工厂实际运行结果表明其长期经济效益明显。
威力巴流量計
  2.3 電磁流量計
  電磁流量計根据法拉第电磁感应定律制成,它是一种用来测量导电流体的体积流量的仪表,具有以下特点:
  (1)由于傳感器結構牢固可靠,內部沒有活動或突出部件,測量壓力損失極小。
  (2)一般情況,只要是導電率大于50-6S/cm的液體均可測量。可以用來檢測酸、堿等腐蝕性液體,也可檢測含有固體顆粒或懸浮物的流體、泥漿。
  (3)流量計輸出信號不受液體溫度、壓力、密度等影響,且輸出電流與體積流量成線性關系。
  (4)檢測量程比較高,可達100:1;測量範圍大,儀表口徑1mm~2m以上均可選擇;測量精度一般優于0.5%。
  (5)安裝維護方便,可水平、垂直或傾斜任意角度安裝,使用壽命較長。
  由于其独特的优点及较高的性价比,目前已广泛应用于氢氟酸装置。在测量稀酸泵出口酸流量,低压反应水冷凝器入口循环酸等流量时,均可选用不同压力等级的電磁流量計。根据氢氟酸的腐蚀性、磨耗性,其电极材料可选用钽,衬里材料可选用特氟隆PFA。同时可根据环境和温度及管径大小,安装方式可选择管道式或插入式,型式可选择一体型或分体型。
電磁流量計
  2.4 渦街流量計
  渦街流量計是在流体中设置漩涡发生体,从漩涡发生体两侧交替产生有规则的漩涡即卡曼涡街,旋涡频率转变成与被测介质流速大小成正比的脉冲信号,从而计算出其瞬时流量。渦街流量計的特点是结构简单牢固,安装方便,无需导压管和伴热,维护费较低,可适用液体、气体和蒸汽,精度较高,范围度宽,压损小,无可动部件,可靠性高。在氢氟酸装置中,测量氨、空气、脱盐水及低压蒸汽流量时均可采用渦街流量計。渦街流量計是对流畅畸变、旋转流等较敏感的流量计,它不适用于低雷诺数测量,安装时上下游侧必须保证足够长的直管段,同时管道振动对渦街流量計影响较大,应尽量安装在院里振动源和电磁干扰较强的地方,因此实际应用中须综合考虑,以保证其测量精度。
渦街流量計
  2.5質量流量計
  科里奥利質量流量計利用科里奥利效应测量流体的质量数量,它由流量传感器和转换器组成,流体通过流量传感器时产生一定频率的振动,检测的频率信号经转换器处理后变成与质量流量成正比的标准信号。質量流量計测量精度、重复性高,几乎无直管段要求,可测流体广泛,介质黏度、密度变化对测量几乎没有影响,是所有流量计中综合性能较高优越的,但价格昂贵,一般用于贸易计量或流量测量时,才选用質量流量計。在硝酸装置中,对进硝酸装置的原料——液氨的流量测量和漂白塔出口的成品酸的流量测量常采用質量流量計。質量流量計安装需注意:为了消除测量管安装时产生的应力,测量管上不允许加装支撑点,支撑点应设置在管道上,并保证流量计两边管线的法兰口平行同心。
質量流量計
  2.6 轉子流量計
  轉子流量計又称浮子流量计,其检测件是一根由下向上扩大的垂直锥管和一只可随流体流量变化沿锥管上下移动的浮子构成,浮子在椎管中的不同位置代表着不同的流量大小。轉子流量計分玻璃管轉子流量計和金属管浮子流量计两种,检测量程一般为10:1,直管段长度要求较低,一般上游侧5D即可。在氢氟酸装置中,吸收塔不同塔板层上氢氟酸的流量测量常选用金属轉子流量計,即可现场明显指示流量值的大小,又可满足测量精度要求并实现信号远传指示。
金属轉子流量計
三、流量計的選型
  流量計的選型是儀表應用中非常重要的工作,在實際工況應用中有2/3的儀表故障是儀表的錯誤選型和錯誤安裝造成。在氫氟酸裝置中選擇流量計時,應按照以下步驟進行:
  (1)首先考慮流體特性,包括溫度、壓力、密度、粘度、電導率等,根據流體特初選合適的流量計類型。
  (2)其次考慮安裝條件,包括直管段要求、振動、電氣幹擾等對流量計測量精度的影響。
  (3)在生産管道上長期運行的接觸式儀表,還應考慮流量測量元件所造成的能量損失。一般情況下,在同一生産管道中不應選用多個壓損較大的測量元件。
  (4)在投資允許的情況下,保證較好測量的同時,應本著節能高效的原則,確定流量計的類型並選擇質量可靠的生産廠家。
  4 本文总结:
  總之,沒有一種測量方式或流量計對各種流體及流動情況都能適應的,不同的流量儀表都有各自特有的優缺點。因此,氫氟酸裝置中選擇流量計時,應在對各種儀表特性作全面比較的基礎上結合工廠實際情況,選擇適于生産要求的,既安全可靠又經濟耐用的明確型式。
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