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电磁流量计在尿素装置中的选型应用及设计注意问题

电磁流量计在尿素装置中的选型应用及设计注意问题,根据尿素装置中流体的不同物理化学特性、不同的度等级要求等,提出了几种流量计的选型方案。详细介绍了标准孔板、德尔塔巴、电磁流量计、质量流量计等流量仪表,针对这几种仪表在尿素装置中的具体应用情况,阐述了各仪表部件材料选择、减少永就压力损失、安装要求等方面的设计方案。
    化工生产过程中,为了有效指导生产操作、监视和控制生产,必须经常地检测生产过程中各种介质(液体、气体、蒸汽和固体)等的流量,以便为管理和控制生产提供依据。所以流量检测是化工生产过程中最重要的环节之一。
    流量测量仪表种类繁多,测量方法也多种多样,按流量原理分类:力学原理、动量守恒原理、电学原理和声学原理等;按流量计分类:差压式、浮子式、容积式、涡街式、电磁式、超声波式和科里奥利式等;按安装方式分类:封闭管道、插入式等[1-2]。
    流量检测仪表的选用应兼顾实用和经济两个方面,该文结合尿素装置的工艺特点,详细介绍尿素装置中几种流量仪表的选型应用、各自的安装要求以及设计中需要注意的一些问题。
    1 尿素装置中的流量测量
    1.1 差压式流量计
    1.1.1 标准孔板
    标准节流装置在各类流量检测仪表中有着明显的前期投资价格优势,且应用历史悠久,标准化程度高,一般流体、液体、蒸汽流量的测量,优先选用标准节流装置———标准孔板。
    GB/T 2624-2006[2]明确指出:“GB/T 2624.2—2006仅适用于在整个测量段内保持亚音速流动且可被认为是单相的流体,不适用于脉动流的测量,不涉及孔板用于管道公称通径小于50 mm或大于1 000 mm,或管道雷诺数低于5 000的场合[3]。
    因此,尿素工艺中的洁净介质,如低压蒸汽、蒸汽冷凝液在满足公称通径: 50 mm≤D<400 mm以及量程比(即蕞大流量与蕞小流量的比值)小于3∶1的情况下,均选用标准孔板测量其流量。
    标准孔板在安装设计时应保证流体流过的管线必须是圆形截面的、流体应充满测量段内的管道,对孔板前后的直管段也有严格的要求,根据不同的管道布置情况和不同的β值(孔板开孔直径和管道内径的比值)有不同的最短前后直管段要求,具体的长度要求可参见GB/T 2624.2—2006《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第2部分:孔板》表3。值得注意的是,前后直管段的内径需要和孔板安装处测量管道的内径相一致,以保证被测流体在管道中的稳流要求。
    1.1.2 德尔塔巴
    德尔塔巴也是一种基于差压式工作原理的流量测量仪表,它是一种插入式安装的流量传感器。在流体通过的管道中,插入一根金属管,管子前后各钻有一排孔,分别为高压孔和低压孔,安装时,高压孔始终面对流体流动的方向。高低压差的平方值即反映了测量截面上平均流速的大小,而平均流速与流量成正比。
    德尔塔巴具有结构简单,压损小的特点,在尿素工艺中,大管径、大流量的蒸汽冷凝液、低压蒸汽的流量测量不在少数,为了使得流量仪表造成的永就压力损失尽量小,降低能耗从而减小工厂的运行成本,笔者针对公称通径在400 mm以上的蒸汽冷凝液、低压蒸汽、冷却水选用德尔塔巴测量其流量。同时,考虑到安装方便简单,小管径(D<50 mm)的干净介质的流量测量,也采用了法兰连接的管道式德尔塔巴。
    对于不同的介质,德尔塔巴的插入方式是不一样的,比如水平管道上的流量测量,如果介质是气体,探杆需要从顶部插入;如果是液体,探杆需要从底部插入;如果是蒸汽,探杆则需要水平插入管道。在做设计方案的时候要仔细研究厂家样本,针对不同的应用场合,不仅选对合适的仪表,还需要设计正确的安装方案[4-7]。
    1.2 电磁流量计
    尿素装置的一个显著特点就是易结晶、强腐蚀,其生产过程中的主要工作介质甲铵液和尿液对不锈钢材料具有很强的晶间腐蚀能力。在尿素生产工艺中,像甲铵液这类腐蚀性工艺介质的流量测量,电磁流量计是一个非常不错的选择。
    1.2.1 优 点
    a)接触被测介质的只有衬里和电极,只要合理选用衬里和电极材料,就可达到良好的耐腐蚀性和耐磨性。
    b)测量通道是一段光滑直管,不会发生阻塞,因此,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等。
    c)不会产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好。
    d)由于信号在整个充满磁场的空间中形成,它是管道截面上的平均值,因此,在同样的精度下,从电极平面至传感器上游段平面间所需直管段相对较短。
    e)测量结果与液体的压力、温度、密度、黏度、电导率(不小于最低电导率)等物理参数无关,所以测量精度高、工作可靠[8-11]。
   1.2.2 缺 点
    a)受电导率的限制。不能测量电导率很低的液体,要求液体的电导率一般应大于5μs/cm(自来水、原水的电导率约100~500μs/cm)。尿素装置选型过程中,很多介质被笼统地定义为工艺冷凝液,如果需要用电磁流量计测量其流量,需要工艺专业给出“工艺冷凝液”具体组分,提供其电导率数值作为选型依据,或者至少要明确介质电导率的范围,一旦所测流体的电导率低于5μs/cm,原则上就不能应用电磁流量计测量该介质的流量。
    b)受温度的限制。介质温度不能超过内衬材料的允许使用温度,介质温度还受到电气绝缘材料、漆包线等耐热性能的限制。随着科技的进步,新的内衬材料不断地推出和应用,电磁流量计的工作温度范围也在不断地扩大,从原来的5~60℃,扩大到现在的-25~180℃,可以根据介质的具体工作温度来选择合适的内衬材料,满足测量的同时,降低仪表的损耗。
    c)内衬材料及电极材料的选择。必须根据介质的物理化学性质来正确选择,否则仪表由于衬里和电极的腐蚀会很快损坏,并且,很多腐蚀性很强的介质,如稀硫酸等,一旦泄漏容易引起事故。因此必须根据生产过程中具体测量介质的防腐蚀经验,慎重而正确地选用电磁流量计的衬里和电极材料。表1简单介绍了几种常用电极材料的耐腐蚀性能,表2列出了常用衬里材料的性能和适用范围[12]。根据尿素装置中甲铵液和尿液的具体工况,结合投资经济性的要求,最后选择哈氏合金C作为电极材料,聚四氟乙烯(PTFE)为衬里。
    d)液体流速应在流量计规定的范围内。一般电磁流量计所测流体平均流速应在1~10 m/s,如果管内介质满量程使用流速在这个范围内,选择传感器的口径与连接的工艺管道口径相同即可。但是也有传感器的口径与连接的工艺管道口径不相同的情况,出现这种情况主要是因为管道内的流速偏低,工艺流量又较稳定,为满足仪表对流速范围的要求,在仪表部分局部提高流速,选择传感器口径小于工艺管道口径,在传感器的前后加接异径管。选用口径较小的传感器,一定程度上降低了仪表的投资费用,但是,另一方面,缩径造成了一定量的压损,为了尽可能减小加装异径管造成的压损和影响流速分布,要求异径管中心锥角不超过15°,越小越好。
    1.3 质量流量计
    科氏力质量流量计可以不受流体温度、压力、密度或黏度变化的影响而提供可靠的测量数据,但是质量流量计价格昂贵。一般贸易用计量或者测量时,才选用质量流量计,尿素工艺中的主要中间原料液氨的流量,选用了1台质量流量计。
    质量流量计可在任何方向安装,只要求液体介质充满仪表测量管,几乎不需要直管段,一般质量流量计的口径都选择比工艺管道口径小一档或者两档,原因在于大口径的质量流量计价格会高很多。但是,口径小,仪表造成的永就压损会增大,增加了工厂的运行能耗,因此,质量流量计是否选择缩径,缩多少,需要权衡其自身价格和所造成的压损两者,才能作出最佳的方案。
    目前为止,还没有一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表,任何流量仪表都有它特定的实用性及局限性。同理,不论是哪一种工艺,哪一种场合,流量仪表的选型方案也不是惟一的,用户的不同使用习惯、投资费用的限制,都可能导致选型方案的不同。因此,尿素装置中的流量仪表选型,只能参考已有的尿素装置或者工程应用经验,而不能盲目套用。流量仪表的选型及方案设计是一项系统工程,需要设计人员根据具体工况条件,综合考虑用户的使用习惯及工厂的前期投资预算,选择最合理的流量测量方案,满足测量的同时,降低生产中的能源消耗,提高企业的经济效益。
点击次数:  更新时间:2017-04-06 21:15:22  【打印此页】  【关闭