摘要：流量儀表是現(xiàn)代生產(chǎn)過程中計量重要的手段，同時它也是保證產(chǎn)品質(zhì)量，安全生產(chǎn)和平穩(wěn)運行的重要途徑，隨著智能化的產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，各個企業(yè)對其計量要求也是越來越高，沒有一套完整的體系難以生存。當下對高壓插入式渦街流量計的使用在逐步擴大。文章以煤化工企業(yè)為研究，對其計量儀表更新問題作了如下的闡述，結(jié)合現(xiàn)場實際工況，敘述了能源化工企業(yè)變換裝置入口粗煤氣流量計應用過程中所存在問題及改進辦法，成功解決了影響裝置流量計量的問題。
0引言
近些年,隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展,對于煤化工而言,流量儀表是煤化工生產(chǎn)過程的重要指標之一。流量計量貫穿于全過程中，任何一個環(huán)節(jié)都離不開流量計量。在現(xiàn)實中,操作工靠著這些關(guān)鍵參數(shù)對生產(chǎn)流程進行監(jiān)測和控制,并實現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制的自動化。這對提高化工產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,保障生產(chǎn)安全，改進工藝操作,改善工藝生產(chǎn)條件等方面都有著非常重要的意義。同時,流量計量也是企業(yè)經(jīng)濟核算的重要依據(jù),流量計量正確可靠是保證企業(yè)生產(chǎn)率進行，保證經(jīng)濟效益的重要手段之一。只有確保流量測量數(shù)據(jù)的科學與正確,才能實現(xiàn)企業(yè)管理工作的高效和實效,加強裝置進出口流量計儀表的改造,不僅有利于促進企業(yè)的節(jié)能降耗,而且有利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,從而有效提高生產(chǎn)效率。
1裝置簡介.
1.1氣化變換裝置
變換裝置特點是高溫、高壓、易燃、易爆、易腐蝕、有毒有害;工藝特點是高CO.低水氣比、含塵含油的工藝氣。變換裝置處理來自氣化裝置3.9MPa、175℃、176400Nm3/h粗煤氣,粗煤氣進入洗滌分離塔洗滌分離掉粗煤氣中的液滴、焦油、煤塵等雜質(zhì)后,進入到氣氣換熱器管程,與殼程來自第二變換爐的變換氣換熱。換熱后的粗煤氣經(jīng)煤氣過濾器進一步脫除煤氣中的焦油、灰塵后,進入到第一變換爐進行變換反應,該反應為強放熱反應。第一變換爐出口變換氣經(jīng)第一淬冷增濕器進行增濕、降溫后進入到第二變換爐進行變換反應。反應后的變換氣通過氣氣換熱器的殼程換熱.后,依次進入第二淬冷增濕器、第三變換爐、第三淬冷增濕器、第四變換爐;出第四變換爐的變換氣,逐級進入淬冷水預熱器、洗滌水預熱器、鍋爐給水預熱器、脫鹽水預熱器、最終冷卻器的管程,變換氣洗滌降溫至40C。經(jīng)冷卻裝置余熱回收,生成274000Nm3/h,生成變換氣送至低溫甲醇洗工段。
來自氣化裝置的粗煤氣組分主要成分是CO、H2、CH4、CO2、水蒸汽、粗焦油、油類和輕烴類氣體。
1.2低溫甲醇洗裝置
低溫甲醇洗裝置是中某化工公司年產(chǎn)100萬噸合成氨項目主流程裝置。來自變換裝置的含飽和態(tài)水蒸氣的變換氣溫度40℃、壓力3.4MPa(G)、流量274048Nm3/h進入甲醇洗裝置變換氣(單系列),裝置按兩系列并列配置分別為低溫甲醇洗一系列及二系列。低溫甲醇洗的主要任務是脫除變換氣中CO2.H2S、COS及石腦油(粗苯)等雜質(zhì),為液氮洗裝置提供合格的凈化氣;同時回收石腦油(粗苯)和部分CO2,為硫回收裝置提供富含H2S的酸性氣,為尿素裝置提供高純度的CO2產(chǎn)品氣,為VOCs裝置提供含有微量烴類的尾氣。本裝置包含如下幾個系統(tǒng):變換氣冷卻系統(tǒng)、預洗和H2S/CO2吸收系統(tǒng)、甲醇閃蒸系統(tǒng)、熱再生系統(tǒng)、預洗甲醇再生系統(tǒng)、尾氣水洗及貯槽系統(tǒng)。
2組分參數(shù)介紹
2.1變換粗煤氣主要成分
粗煤氣組分含量N2(2.72%).H(26%)、CO2(4.78%)、CH4(8.41%)、H2S(0.22%)、C0(57.41%)、CnHm(0.5%)、BTX(0.1%).焦油(0.04%)、油(0.13%)、酚(0.02%);壓力:3.9MPa,溫度:175℃,操作密度:22.1kg/m3,流量:176400Nm3/h。
2.2低溫甲醇洗變換氣組分參數(shù)
變換氣組分含量(MOL%)N2(1.55%)、H2(52.21%)、H2S(0.24%)、CO(1.5%)、CO2(38.62%)、CH4(5.28%)、CnHm(0.57%)、C2H4(0.06%)、C2H6(0.27)壓力3.4MPa，溫度40℃，流量：274048Nm3/h。
3變換裝置入口和低溫甲醇洗入口流量計在裝置運行中的重要性
變換裝置入口和低溫甲醇洗入口流量計在裝置運行中充當著重要的角色，兩套變換及低溫甲醇洗裝置，每套系列入口各設(shè)有一臺流量計，變換入口流量計量程0～320000Nm3/h，低溫甲醇洗入口流量計量程0～350000Nm3/h，主要是對變換入口粗煤氣和低溫甲醇洗入口的凈化氣流量進行連續(xù)測量，操作工靠著這些參數(shù)對生產(chǎn)流程進行監(jiān)督和控制，并實現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動化，改進操作工藝；改善生產(chǎn)條件；利用流量計來體現(xiàn)裝置的負荷，根據(jù)負荷調(diào)整工藝指標，確保裝置出口工藝指標合格，對工藝操作進行及時的指導和流量核算。同時對氣化爐的產(chǎn)氣量和變換、低溫甲醇洗入口氣量是否平衡，其流量計測量指示的正確與否，將直接影響下游工藝負荷的調(diào)整。
流量計量是氣化與變換、低溫甲醇洗裝置經(jīng)濟核算的重要依據(jù)，計量流量計的正確可靠是保證一個企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益的重要手段之一。
4原流量計運行情況及存在問題
(1)變換原流量計測量原理：壓差流量計主要由測量元件、差壓變送器構(gòu)成，其工作原理是利用能量守恒定律得出的流量測定結(jié)果。流經(jīng)管內(nèi)節(jié)流件時，由于節(jié)流件的流通截面比管道截面小，流束形成局部收縮，在壓頭作用下，流體加速，動能增加，勢能下降導致靜壓下降，在節(jié)流前后形成壓力差。并通過測量流體壓力差來實現(xiàn)流量的測量。
原變換裝置入口流量計，采用文丘里節(jié)流裝置，取壓根部閥為DN15，在運行過程中，由于取壓口為導壓管取壓，取壓流速降低，由于粗煤氣中含有NH3，H2O和CO2這三種物質(zhì)，當粗煤氣溫度較低的溫度會產(chǎn)生碳氨結(jié)晶，導致取樣管線堵塞，產(chǎn)生壓差偏離現(xiàn)象。
再加上煤焦油以及粉末顆粒狀物體，在生產(chǎn)使用測量中，極易出現(xiàn)儀表導壓管堵塞問題。在冬季高凝固點介質(zhì)環(huán)境中，還會出現(xiàn)凍堵問題，從而影響儀表的正確測量，在極端條件下甚至會導致差壓變送器膜盒損壞現(xiàn)象。導壓管增加了蒸汽伴熱后也得不到根本性解決，導壓管內(nèi)部會積留油污及粉塵，容易導致儀表測量誤差偏大的問題，不利于生產(chǎn)工藝操作和儀表的連續(xù)長周期穩(wěn)定運行。
定期進行排污，變成了常態(tài)化作業(yè)，儀表維護及保養(yǎng)工作量大。排污閥長期開關(guān)又導致內(nèi)漏，不僅損耗有所增加，而且環(huán)境也遭到的污染，存在較大的安全隱患同時也給工藝操作指標和流量核算帶來影響。
這存在的缺點不是偶然的，而與本身固有的使用條件和測量結(jié)構(gòu)、檢測原理有著密切的關(guān)聯(lián)。在實際中這些問題和缺點根本無法通過具體的操作來避免。因此，針對流量計存在的問題進行技術(shù)改造。
(2)低溫甲醇洗原流量計測量原理：在測量管(儀表表體)中心同軸放置一圓形靶板，當流體沖擊靶板時，靶板上受到一個力，它與流速，密度和靶板受力面積之間的關(guān)系成正比。經(jīng)力轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成電信號或氣壓信號輸出，輸出信號與流量的關(guān)系就可求出。它由測量裝置力轉(zhuǎn)換器和信號處理變送顯示幾部分組成。測量裝置包括靶板、傳感器和測量管，力轉(zhuǎn)換器為應變計式傳感器，信號處理為標準4～20mA信號傳回DCS顯示。
目前低溫甲醇洗裝置靶式流量計實際運行情況，由于凈化氣壓力高，流速快，靶桿長時間受力，導致傳感器變形，系統(tǒng)停車無流量后儀表仍然有指示，零點漂移。
更換靶桿靶片后運行一段時間之后，仍然出現(xiàn)傳感器變形、脫落現(xiàn)象，指示誤差大，流量計在線不具備維修條件，只能利用系統(tǒng)停車機會進行檢修，更工藝操作指標和流量核算造成影響。
對此討論，在保證不改變工藝管道的前提下，通過改造流量計的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、改變測量方式，來解決以上問題，達到長周期穩(wěn)定運行，使得流量計測量正確，滿足工藝要求。
5流量計改造方案
(1)綜上所述現(xiàn)象，分析其原因，并且保證不改變工藝管道走向及管口規(guī)格，法蘭標準及等級、法蘭短管長度、法蘭尺寸密封面、儀表測量范圍不改變的前提下，根據(jù)現(xiàn)場原直管段情況，對儀表測量原理進行改造，采用管道插入式渦街流量計進行測量。
(2)采用抗振型管道插入式渦街流量計，流量計法蘭短管與原流量計長度一致，即不改變工藝管道走向、法蘭標準及等級、法蘭尺寸密封面、儀表測量范圍，同時也滿足插入式渦街流量計直管段要求。
(3)通過改造流量計的測量結(jié)構(gòu)、材質(zhì)，改變測量原理的形式，來解決以上問題，使流量計運行穩(wěn)定，測量正確，滿足工藝要求。改造后解決應儀表測量不正確給工藝操作造成的影響，能及時反映工藝的消耗指標。滿足生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運行。
流量計結(jié)構(gòu)圖，渦街發(fā)生體構(gòu)造圖，如圖1所示。
6雙渦街發(fā)生體插入式渦街流量計測量原理及特點
- 插入式渦街流量計即將一個小口徑管道式渦街至于整個大管道的中心位置(大致)，測得大管道中心流速，再通過算法(按國際標準化組織IS07145《在環(huán)形截面封閉管道中的流體流量測定—在截面一點的速度測量法》)得出整條管道平均流速。
- 插入式渦街流量計重量輕、壓損小、易于安裝與維修等特點，在大口徑流量的測量中具有突出的優(yōu)勢。
- 線路抗振采用的是頻譜抑制動態(tài)跟蹤降噪，可實現(xiàn)10～20倍的干擾衰減。
(4)采用抗振型渦街流量計，雙渦街發(fā)生體的構(gòu)造。使得渦街流量計具備強大的整流效果，可以有效消除直管段不足，流場畸變帶來的影響。內(nèi)置的菱形“前發(fā)聲體”產(chǎn)生渦街特需的左右對稱流場分布，并消除上游旋渦的影響。
(5)抗黏附性能好，涂了特氟龍的抗污型渦街，適用于焦爐煤氣、高爐煤氣。
(6)耐臟污能力強，傳感器無任何用于或影響流量檢測的傳導孔、縫結(jié)構(gòu)。徹底解決了碳氨結(jié)晶，煤焦油、塵堵塞問題。
(7)抗電磁干擾能力強，阻力系數(shù)小。雙發(fā)生體結(jié)構(gòu)，大幅度降低壓力損失，從而降低流體傳輸?shù)哪芰肯�，具有�?jié)能效益。
(8)傳感器無泄漏，獨特的無腔封裝工藝及恒定預應力結(jié)構(gòu)，無懼溫度劇暑，解決傳感器的靈敏度穩(wěn)定性及壽命難題，將傳感器徹底焊死在探頭中，從根源杜絕密封問題，渦街傳感器采用“無膠封裝”與“恒定預應力”技術(shù)，從源頭上解決渦街的一大問題。
(9)獨特的雙傳感器結(jié)構(gòu)基于干擾信號頻譜特征識別及抑制的向好處理系統(tǒng)，免疫強度高達2g的全向機械振動干擾。
7投運效果
將改造的流量計投用后，效果改善明顯，環(huán)保、安全，免維護，解決應儀表測量不正確給工藝操作造成的影響，幫助工藝人員更有效地分析流量核算。此外，能及時反映工藝的消耗指標，大大減少了儀表操作人員的日常維護量，提高了儀表的在線率，滿足生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運行。
8結(jié)語
加強企業(yè)節(jié)能降耗是一項非常系統(tǒng)的工程，要想將該項工程做好，就必須做好能源計量儀表的改造工作。要對能源計量儀表改造在促進企業(yè)節(jié)能降耗方面的地位和作用有一個清晰的認識，還要對加強能源計量儀表改造的路徑有一個科學的把握。在化工企業(yè)實際的生產(chǎn)過程中，在線計量流量計在裝置運行中充當著重要的角色，流量儀表選擇是否合理對整個生產(chǎn)過程的生產(chǎn)質(zhì)量和效率影響極大。因此，作業(yè)專業(yè)的儀表技術(shù)人員，需要掌握各種已有或新型流量計的特性，進而才能根據(jù)選擇實用的流量計，將其使用的價值充分發(fā)揮出來，來促進我國煤化工企業(yè)持續(xù)、健康、快速、穩(wěn)定發(fā)展。
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