三種新型流量計(jì)在醋酸裝置中的應(yīng)用
來源:金湖力科儀表有限公司
2014年09月17日 15:02
前言
流量測(cè)量是化工裝置中的工藝要求。流量測(cè)量的方法多種多樣,原理各不相同,如:差壓式、浮子式、容積式、渦輪式、旋渦式、超聲波式、科氏力質(zhì)量式、熱式、電磁式、靶式等等。一般要根據(jù)工藝要求如操作溫度、壓力;介質(zhì)的粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、腐蝕強(qiáng)弱;管道允許阻力降大??;測(cè)量精度高低、價(jià)格以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方便性等來選擇流量計(jì)的型式。
低壓甲醇羰基法合成醋酸是以一氧化碳和甲醇為原料,羰基銠為主催化劑,氫碘酸、碘甲烷為助催化劑,在190℃、2.8MPa條件下合成粗醋酸,然后經(jīng)閃蒸、分離提純得到純凈醋酸產(chǎn)品,是目前生產(chǎn)醋酸的工藝。國(guó)內(nèi)運(yùn)用該技術(shù)生產(chǎn)醋酸的裝置不斷建設(shè),正處于快速發(fā)展階段。此工藝特點(diǎn)是高溫、強(qiáng)腐蝕性,腐蝕介質(zhì)除多種濃度和溫度的醋酸外,還有氫碘酸、碘甲烷等*腐蝕介質(zhì),腐蝕環(huán)境復(fù)雜。
隨著流量測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步,針對(duì)醋酸裝置中原有部分孔板、渦街、渦輪、橢圓齒輪等流量測(cè)量?jī)x表易磨損、被介質(zhì)腐蝕泄漏、壽命短、維護(hù)工作量大等不足,在醋酸裝置技改時(shí),根據(jù)工藝要求以及不同介質(zhì)的特點(diǎn),選用多種新型流量計(jì)代替原設(shè)計(jì)的流量計(jì),在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了良好效果,既滿足了工藝要求又大幅度降低了投資和維護(hù)強(qiáng)度。下面簡(jiǎn)要介紹3種流量計(jì)的使用情況。
1一體化T型阿牛巴流量計(jì)
1.1阿牛巴流量計(jì)的特點(diǎn)
阿牛巴流量計(jì)是基于伯努利能量守恒原理和皮托管測(cè)量原理而發(fā)展起來的差壓均速管流量計(jì)。其經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段:第1代圓形阿牛巴,檢測(cè)桿斷面是圓形的;第2代寶石Ⅰ型,檢測(cè)桿斷面是菱形,第2代改進(jìn)寶石Ⅱ型,檢測(cè)桿斷面是改進(jìn)菱形;第3代T型阿牛巴,測(cè)量桿斷面是T型。
T型阿牛巴流量計(jì)具有優(yōu)良的本質(zhì)抗堵性能,精度高穩(wěn)定性好,突出的信噪比和量程比,一體化安裝溫壓補(bǔ)償,安裝便利等特點(diǎn)。
阿牛巴流量計(jì)可以測(cè)量介質(zhì)的體積流量或質(zhì)量流量,T型阿牛巴與多參數(shù)變送器結(jié)合就可以測(cè)量出介質(zhì)的質(zhì)量流量,多參數(shù)變送器內(nèi)置了高精度的差壓變送器、絕壓變送器、溫度變送器、高速CPU和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了各種流體在不同壓力、溫度下在溫度補(bǔ)償公式中所需要使用的物性參數(shù),包括密度、粘度、氣體常數(shù)、壓縮系數(shù)、等容比熱等數(shù)據(jù),根據(jù)流體實(shí)際變化的工作壓力、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)zui*的補(bǔ)償計(jì)算,zui大程度的消除各個(gè)造成流量測(cè)量誤差的因素。對(duì)于蒸汽流量測(cè)量
會(huì)自動(dòng)判斷蒸汽處于飽和、不飽和還*熱的狀態(tài),并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。測(cè)量精度約1%,測(cè)量桿材質(zhì)有不銹鋼、哈氏合金,過程溫度zui高可達(dá)677℃。
阿牛巴流量計(jì)特別適用于氣體和蒸汽的測(cè)量,一體化阿牛巴流量計(jì)相對(duì)孔板流量計(jì)有以下主要優(yōu)勢(shì):?jiǎn)我坏囊惑w化裝配,節(jié)省部件;無需引壓管;提高流量計(jì)的可靠性和測(cè)量精度;降低安裝費(fèi)用和時(shí)間;減少維護(hù)強(qiáng)度和費(fèi)用;減少潛在的泄漏,減少環(huán)境污染;降低*壓力降,節(jié)約能源;更能適應(yīng)裝置負(fù)荷的變化。
1.2阿牛巴流量計(jì)選用注意事項(xiàng)
阿牛巴流量計(jì)的機(jī)械尺寸是根據(jù)要安裝的管道尺寸量身定制的,其流量測(cè)量范圍也是根據(jù)用戶提供的流量數(shù)據(jù)計(jì)算、標(biāo)定的。因此提供的流量數(shù)據(jù)和管道數(shù)據(jù)一定要正確無誤,否則會(huì)造成大的測(cè)量誤差。
T型阿牛巴流量計(jì)雖然具有本質(zhì)抗堵的特性,但下面2種情況需要注意:①流體中是否有黏粘性的雜質(zhì),比如說未經(jīng)電除焦、除塵的水煤氣,煤氣中的焦油和粉塵等會(huì)黏附傳感器上,大大影響測(cè)量精度。②流體中雜質(zhì)較多,并且裝置間歇操作,有經(jīng)常停車而且時(shí)間長(zhǎng)的情況。在斷流的時(shí)間里,雜質(zhì)可能會(huì)干燥,并結(jié)垢在傳感器的表面,長(zhǎng)年累月將堵塞取壓口。
1.3阿牛巴流量計(jì)的應(yīng)用
某廠1#醋酸生產(chǎn)裝置中原料氣CO和再沸器加熱蒸汽的測(cè)量都是孔板流量計(jì)。原料氣CO流程長(zhǎng),孔板流量計(jì)有6只,*壓力損失大,隨著裝置負(fù)荷的不斷提升,壓縮機(jī)不得不提供更高的壓力來克服阻力損失,孔板的參數(shù)(如:差壓、量程、介質(zhì)密度等數(shù)據(jù)都是事先設(shè)定的)無法適應(yīng)負(fù)荷的顯劇增加及負(fù)荷的較大波動(dòng),導(dǎo)致原料氣計(jì)量很不準(zhǔn)確。在2#醋酸裝置中改用一體化阿牛巴質(zhì)量流量計(jì)(可以進(jìn)行溫度、壓力的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償),幾乎無*壓力降,計(jì)量準(zhǔn)確,滿足了負(fù)荷不斷提升的要求。
孔板流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量時(shí)需要配套安裝引壓管、平衡罐、保溫箱等,其缺點(diǎn)是靜密封點(diǎn)多,易發(fā)生泄漏,同時(shí)為了防凍,還需要蒸汽伴熱或電伴熱。隨著裝置負(fù)荷的不斷提升,孔板流量計(jì)量程也要隨著更改,甚至要對(duì)孔板擴(kuò)孔等等,計(jì)量不準(zhǔn)確,維護(hù)工作量也大。因此在2#醋酸裝置中所有蒸氣流量測(cè)量選用一體化阿牛巴質(zhì)量流量計(jì),根據(jù)使用情況來看,其計(jì)量準(zhǔn)確、量程范圍大適應(yīng)擴(kuò)產(chǎn)需要、無泄漏、免維護(hù),優(yōu)勢(shì)明顯。
2電磁流量計(jì)
2.1電磁流量計(jì)的特點(diǎn)
①電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律工作的。因此只能測(cè)量導(dǎo)電液體的流量,不能測(cè)量氣體、蒸汽及含有大量氣體的液體的流量。
?、陔姶帕髁坑?jì)無可動(dòng)部分,也無阻流部件,因此基本無壓力損失,可以測(cè)量含固體顆粒的礦漿和污水等液固兩相流。
?、垭姶帕髁坑?jì)僅有管道襯里和電極與被測(cè)液體接觸,因此只要合理選擇電極和襯里材料,即可以達(dá)到耐腐蝕、耐磨損的要求,如礦漿、鹽酸、氫碘酸等。
?、馨惭b方便,只要滿管,上直管≥5D,下直管≥2D,水平、垂直、傾斜安裝均可。
⑤測(cè)量精度高,可以達(dá)到0.5%,可以作為裝桶、裝槽車等的計(jì)量。
⑥量程比大,一般為1:20,在現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)需要,可擴(kuò)大或縮小量程,不需停車處理。
2.2電磁流量計(jì)的選用、安裝
電磁流量的選用和安裝是很重要的環(huán)節(jié),有*的專業(yè)性,下面作詳細(xì)的介紹:
適用介質(zhì):電磁流量計(jì)能否適用首先是根據(jù)介質(zhì)電導(dǎo)率來判斷,被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率應(yīng)大于20μs/cm。更低電導(dǎo)率介質(zhì)的流量可以用陶瓷襯里、鉑電極的電磁流量計(jì)測(cè)量,但陶瓷襯里易碎,使用效果不理想。
口徑選擇:流量計(jì)口徑不一定與管徑相同,應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不高的液體,管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5-3m/s,電磁流量用在這樣的管道上,傳感器口徑與管徑相同即可;用于易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體選用流速應(yīng)不低于2m/s,提高到3-4m/s,起到自清掃、防止粘附沉積等作用;用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體,常用流速應(yīng)低于2-3m/s,以降低對(duì)襯里和電極的磨損;在測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體時(shí),盡可能選定較低流速(0.5-1m/s),因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加,而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。
過流部件材質(zhì)選擇:與液體接觸的傳感器的零部件有襯里、電極、接地環(huán)和密封墊片。
常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷,其材料的耐磨耗性、耐腐蝕性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)液體適應(yīng)性。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性,但耐磨性差,不能用于測(cè)量礦漿液,使用溫度小于180℃;氯丁橡膠用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿,價(jià)格zui為低廉;聚氨酯橡膠有*的耐磨性,但耐酸堿的腐蝕性較差適用于煤漿、礦漿等,介質(zhì)溫度要低于40℃-60℃/70℃;氧化鋁陶瓷有*的耐磨性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐腐蝕性,適用于有腐蝕性的礦漿,但性脆,安裝夾緊時(shí)易碎,可用于較高溫度(120℃-140℃/180℃)。
電極對(duì)測(cè)量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素,其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪音。電磁流量計(jì)電極的耐腐蝕性要求很高,不允許腐蝕或嚴(yán)格地說只允許極低的腐蝕速率,否則會(huì)破壞電極與襯里間的密封性,常用金屬材料有含鉬耐酸鋼、哈氏合金、鈦、鉭、鉑銥合金,幾乎可覆蓋全部化學(xué)液,此外還有適用于漿液等的低噪聲電極,他們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包裹這些材料的金屬電極。
接地環(huán)是安裝在連接塑料管道或絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端,他們的耐腐蝕要求比電極低,允許有一定腐蝕,可定期更換,通常選用耐酸鋼或哈氏合金。金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。
配管、安裝:電磁流量的配管安裝不符合要求會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)輸出晃動(dòng)、零點(diǎn)不穩(wěn)定、使用壽命短、甚至損壞。主要應(yīng)遵循以下原則:
?、賯鞲衅鞯纳狭鱾?cè)不要緊靠閥門、彎頭等影響流體流動(dòng)的裝置;下流側(cè)不能安裝泵,以防止形成負(fù)壓;調(diào)節(jié)閥等節(jié)流儀表宜安裝在流量計(jì)下游,特別是裝桶、裝置槽車等排空管道。
?、谂涔茉O(shè)計(jì)時(shí)要確保測(cè)量管滿管,上、下游要保持5D和2D的直管段。
?、郯惭b方向則要注意:在測(cè)量液固兩相介質(zhì)的流量時(shí),傳感器垂直安裝比較妥當(dāng),一則可以防止液固兩相介質(zhì)在較低流速時(shí)產(chǎn)生兩相分布的不均勻或相分離,以減少由此引起的附加誤差。二則可以使傳感器四周的襯里磨損比較均勻,在垂直安裝時(shí),流動(dòng)方向應(yīng)該自下而上,這樣才能保證傳感器始終充滿介質(zhì)。在水平安裝時(shí),傳感器兩電極的連線應(yīng)該是水平的,這樣如果介質(zhì)中含有氣泡,或者產(chǎn)生沉淀時(shí)不至于造成轉(zhuǎn)換器輸入端開路等現(xiàn)象。
?、苡行┕r需在管道內(nèi)注入化學(xué)藥品,注入后會(huì)導(dǎo)致液體導(dǎo)電率不均勻?qū)﹄姶帕髁坑?jì)輸出信號(hào)產(chǎn)生干擾。對(duì)此,可在流量計(jì)下游注入,如需在上游注入則注入點(diǎn)應(yīng)與流量計(jì)保持一定距離,使液體混合均勻。
?、莅惭b在塑料管道或內(nèi)襯管道上必須使用接地環(huán)。
2.3電磁流量計(jì)的應(yīng)用
某廠1#甲醇低壓羰基法裝置中工藝介質(zhì)的流量測(cè)量均采用孔板流量計(jì),在下列3種工藝介質(zhì)條件下的孔板流量計(jì)使用不理想,因此在2#裝置中改用電磁流量計(jì),取得了良好效果。①含有氫碘酸的工藝介質(zhì)腐蝕性*,孔板、取壓法蘭、根部閥、導(dǎo)壓管等材質(zhì)均為鋯合金或哈氏合金,1寸到8寸的孔板流量計(jì),其價(jià)格為10-50萬元/套。因此在2#裝置中全部選用電磁流量計(jì),襯里材料為PTFE,電極材料為鉭,價(jià)格在3-10萬元/套之間,節(jié)省了大量的費(fèi)用。②醋酸水溶液介質(zhì)腐蝕性強(qiáng),316L不銹鋼材質(zhì)的導(dǎo)壓管、根部閥、卡套、五閥組等存在均勻腐蝕,半年左右就產(chǎn)生泄漏,需更換這些部件,維護(hù)工作量大且費(fèi)用高。在2#裝置中選用電磁流量計(jì),到目前為止運(yùn)行良好。③介質(zhì)為醋酸水溶液、碘甲烷不相混溶的兩相流,孔板流量計(jì)常常因?qū)汗苤幸追e累碘甲烷相(重相)導(dǎo)致測(cè)量誤差很大,影響工藝操作,需要頻繁的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排液,維護(hù)工作量大且排出物毒性大,危害操作人員身體健康。在2#裝置中選用電磁流量計(jì),計(jì)量準(zhǔn)確,克服了孔板流量計(jì)測(cè)量2相流時(shí)存在的弊端。
由于經(jīng)驗(yàn)不足,電磁流量計(jì)在2#裝置中也有應(yīng)用不成功的地方:①純度較高的醋酸電導(dǎo)率<5μs/cm,我們是選用陶瓷襯里,陶瓷襯里易碎,在使用過程中由于施工或管道振動(dòng)的原因,無一例外的都出現(xiàn)破裂、泄漏而損壞。②使用溫度不要高于160℃,否則易出現(xiàn)PTFE襯里損壞。③在成品塔塔頂產(chǎn)品出料測(cè)量時(shí),成品醋酸電導(dǎo)率低,電磁的測(cè)量精度達(dá)不到要求,計(jì)量不準(zhǔn)確,后改用質(zhì)量流量計(jì),才解決問題。④電磁流量計(jì)的流速不宜過高:有一臺(tái)流量計(jì)口徑為1英寸,前后管道為3英寸,投運(yùn)后,由于流
量管內(nèi)液體流速達(dá)到7m/s,產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲,管道劇烈的振動(dòng),后更換為2英寸管徑的,問題得到解決。因此設(shè)計(jì)選型時(shí)即使為了節(jié)省投資流量計(jì)口徑也不宜選得過小,流速選擇在2.2中已有論述。
3超聲波流量計(jì)
3.1超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)
超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理主要有時(shí)差式和多普勒式。多普勒式超聲波流量計(jì)只能用于測(cè)量介質(zhì)中含有適量能反射超聲波信號(hào)的顆?;驓馀莸牧黧w,它對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求比較苛刻,既不能是潔凈水,同時(shí)雜質(zhì)含量要相對(duì)穩(wěn)定,才能穩(wěn)定測(cè)量。目前生產(chǎn)zui多、應(yīng)用范圍zui廣泛的是時(shí)差式超聲波流量計(jì),它主要用來測(cè)量潔凈的流體流量。
時(shí)差式超聲波流量計(jì)按換能器安裝方式可以分為外貼式、管段式、插入式3類:
外貼式:有便攜式和固定式兩種,安裝換能器無需管道斷流,即貼即用。便攜式超聲波流量計(jì)具有很大的機(jī)動(dòng)性,主要用于對(duì)不同管道的流體流量作臨時(shí)測(cè)量,使用內(nèi)置充電電池供電;固定式超聲波流量計(jì)在某一固定位置,對(duì)某一特定管道內(nèi)的流體的流量進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷的計(jì)量,使用220V交流電源,有4-20mA信號(hào)輸出等功能。
管道式:將換能器與測(cè)量管道組成一體,測(cè)量精度也較其他超聲波流量計(jì)高,但安裝時(shí)必須斷流切開管道才能進(jìn)行,但傳感器可以不停產(chǎn)維修。其測(cè)量管材質(zhì)有碳鋼、316L不銹鋼、哈氏合金C等,一體型測(cè)量溫度可達(dá)140℃,對(duì)于高溫介質(zhì)可用分體型,zui高溫度可達(dá)180℃??梢詼y(cè)量固體顆粒含量<5%(按體積計(jì))或氣體含量<2%(按體積計(jì))的均勻流體,測(cè)量精度可達(dá)0.5%。
插入式:在安裝時(shí)可以利用專門工具在有流體的管道上打孔,把換能器插入管道內(nèi),其信號(hào)的發(fā)射、接收不經(jīng)過管壁和管襯,所以它的測(cè)量不受管道和管襯材質(zhì)的影響。插入式傳感器可以避免耦合劑的問題,能夠在管路內(nèi)壁嚴(yán)重結(jié)垢或流體含氣的情況下,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的測(cè)量。
3.2傳感器類型的選擇對(duì)比
?、俦銛y式外貼超聲波流量計(jì),使用方便,zui適用于評(píng)估管網(wǎng)流動(dòng)狀況或用作檢查管道上其它流量?jī)x表的運(yùn)行情況。
②外貼式傳感器不存在直接腐蝕的問題,但管道內(nèi)表面腐蝕結(jié)晶,也會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)。
③外貼式傳感器由于偶合劑在使用一段時(shí)間后易出現(xiàn)發(fā)干的現(xiàn)象,影響檢測(cè)效果,在較大的直徑的管道上不宜使用。
④外貼式傳感器短時(shí)測(cè)量時(shí)用黃油,也可用凡士林等酯類,長(zhǎng)期測(cè)量可用硅酯或硅膠。
?、萃赓N式傳感器不適用于測(cè)量氣體。
3.3超聲波流量計(jì)的安裝
超聲波流量計(jì)換能器不合理安裝是使其不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個(gè)問題。確定位置時(shí)除保證足夠的上下游直管段外(*D,后5D),尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速器、電焊機(jī)等污染點(diǎn)源的地方。在安裝方式上,主要有V方式和Z方式,通常情況下,管徑小于300mm時(shí),采用V方式安裝,管徑大于300mm時(shí),采用Z方式安裝。
3.4超聲波流量計(jì)的應(yīng)用
在醋酸裝置中對(duì)于低電導(dǎo)率強(qiáng)腐蝕的純醋酸介質(zhì)選用316L材質(zhì)管道式超聲波流量計(jì)取代原有孔板和陶瓷內(nèi)襯電磁流量計(jì)取得了良好效果,克服了孔板流量計(jì)易腐蝕泄漏、維護(hù)費(fèi)用高和陶瓷內(nèi)襯電磁流量計(jì)易夾碎、不抗溫度劇烈變化而損壞的缺點(diǎn)。原有循環(huán)水總管(DN700)的流量測(cè)量為渦輪流量計(jì),其投運(yùn)1年后,由于渦輪流量計(jì)軸承磨損,計(jì)量誤差很大,后用外夾固定式超聲波流量計(jì)取代,運(yùn)行穩(wěn)定,克服了渦輪流量計(jì)軸承較易磨損,壽命較短的缺點(diǎn)。
在化工企業(yè),單個(gè)換熱設(shè)備的冷卻水一般都不安裝流量計(jì)計(jì)量。但有時(shí)候需要標(biāo)定每個(gè)設(shè)備的能力,為擴(kuò)建改造和新建裝置提供設(shè)計(jì)依據(jù)。目前我們正在進(jìn)行第3套60萬噸/年醋酸裝置的設(shè)計(jì),在不停車狀況下,用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量換熱器的循環(huán)水流量,獲得了大量的數(shù)據(jù),就可以準(zhǔn)確的分析和標(biāo)定眾多換熱器的能力,為更好的設(shè)計(jì)第3套裝置提供料可靠的依據(jù),同時(shí)也節(jié)省了安裝眾多流量計(jì)的費(fèi)用,又避免裝置停車造成不必要的損失。
結(jié)束語
在醋酸裝置技改過程中,用阿牛巴流量計(jì)取代原料煤氣、蒸汽、甲醇管道上的孔板、渦輪、橢圓齒輪等流量計(jì);用電磁流量計(jì)取代強(qiáng)腐蝕性的氫碘酸和醋酸且電導(dǎo)率>20μs/cm的介質(zhì)管道上的孔板流量計(jì);用管道式超聲波流量計(jì)取代低電導(dǎo)率且腐蝕性強(qiáng)的純醋酸管道上的孔板、渦輪、陶瓷內(nèi)襯電磁流量計(jì);用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量各個(gè)循環(huán)水用戶的流量等等都達(dá)到了預(yù)期目的。這些新型的流量測(cè)量?jī)x表,有其*的特點(diǎn),在很多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用,每一種儀表都不是的,因此,在工程應(yīng)用中,根據(jù)工藝要求及介質(zhì)的特點(diǎn)正確選型、配管設(shè)計(jì)、安裝是發(fā)揮這些儀表優(yōu)勢(shì)的重要環(huán)節(jié),必須引起我們的高度重視。