摘要:分析了原阿牛巴流量計氯氣流量測量不準(zhǔn)的原因。經(jīng)過技術(shù)分析，將原阿牛巴流量計改造為節(jié)流孔板流量計。改造后，氯化氫合成爐運行狀況良好，一般只需1h便可點火成功，實現(xiàn)了氯氣流量的準(zhǔn)確測量。

青某化工一期鉀堿裝置氯化氫合成工序采用的是法國卡朋羅蘭工藝，該裝置承擔(dān)著氯化氫合成、生產(chǎn)合格的氯化氫氣體并外送、不合格氯化氫氣體吸收等任務(wù)。該工序由兩條相同的工藝鏈A、B組成，主要設(shè)備包括氯化氫石墨合成爐、成品冷卻器及降膜吸收器等。工藝流程為:將來自電解工序的干氯氣和干氫氣按照流量比1.0∶1.5送入氯化氫石墨合成爐，充分反應(yīng)后得到的氯化氫氣體經(jīng)成品冷卻器冷卻后進(jìn)入氯化氫分配臺;開車階段，純度低的氯化氫氣體進(jìn)入降膜吸收器用水或稀鹽酸吸收成為濃鹽酸，純度達(dá)到工藝要求的氯化氫氣體經(jīng)成品冷卻器送往氯乙烯裝置。自2010年10月份試車以來，氯化氫合成爐點火時間長且不穩(wěn)定，*長點火時間高達(dá)6h甚至點火失敗，經(jīng)濟(jì)損失巨大。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，氯氣流量測量不準(zhǔn)造成氯氣和氫氣配比不準(zhǔn)，導(dǎo)致合成爐點火時間長，且經(jīng)常無法點火，甚至發(fā)生合成爐系統(tǒng)爆炸著火等事故。為保障氯化氫合成爐的正常穩(wěn)定運行，對現(xiàn)有的氯氣流量儀表進(jìn)行技術(shù)改造勢在必行。

1原氯氣流量測量方案

1.1點火工藝控制要求

氯化氫合成爐開始點火時，氫氣和空氣先點小火，通入氯氣后再緩慢降低空氣流量。氫氣和氯氣流量為斜坡自動控制，初始流量設(shè)定值為0，隨著時間增加流量值緩慢遞增，其時序圖如圖1所示。

1.2流量儀表簡介

氯化氫合成工序選用的氯氣流量計是羅斯蒙特485型插入式一體化阿牛巴流量計，該流量計具有安裝簡便、壓損小、強(qiáng)度高、不受磨損影響及無泄漏等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)高爐煤氣、壓縮空氣及蒸汽等液體、氣體的流量測量。其流量測量范圍為0～2500Nm3/h，對應(yīng)的差壓變送器量程為0～1.263kPa，介質(zhì)設(shè)計壓力183kPa，介質(zhì)溫度42.3℃，管道內(nèi)徑207mm。其工作原理為:通過測量管道軸線多點流速來反映整個管道的流量分布情況，在迎流面測量總壓(正壓)，在背流面或管壁測量靜壓(負(fù)壓)，兩者壓差的平方根與介質(zhì)流量呈線性對應(yīng)關(guān)系。

氫氣和空氣流量儀表均為一體化孔板流量計。

1.3原因分析

在點火過程中氯氣流量穩(wěn)定值為400Nm3/h，而氯氣流量儀表*大量程為2500Nm3/h，這就要求儀表必須在小流量測量穩(wěn)定可靠后才能保證點火工作的順利進(jìn)行。另外，該阿牛巴流量差壓變送器量程很小，壓差平方根與流量呈線性對應(yīng)關(guān)系，因此壓差測量有較小誤差時便會引起較大的流量變化。對于該阿牛巴流量計，設(shè)流量為400Nm3/h時對應(yīng)的壓差值為x，則圖0=400∶2500x=0.032kPa，表明開始點火階段通過阿牛巴流量計產(chǎn)生的壓差不超過0.032kPa(相當(dāng)于3.2mmH2O)，該壓力*小，很難準(zhǔn)確測量，所以在該工況下，如果使用節(jié)流元件測量氯氣流量則必須增大流量對應(yīng)的差壓變送器量程。

對阿牛巴流量計進(jìn)行拆檢時發(fā)現(xiàn)，本應(yīng)干燥的氯氣管道里存在水分，這使得本身很小的壓差測量更加困難，氯氣流量測量誤差更大。后分析發(fā)現(xiàn)，氯氣帶水由工藝原因造成。

阿牛巴流量計的壓差值是根據(jù)儀表數(shù)據(jù)表中的工藝參數(shù)設(shè)計值計算的，但實際工藝參數(shù)與設(shè)計值有所差別:設(shè)計介質(zhì)壓力為183kPa，溫度為42.3℃;實際壓力為145kPa左右，溫度為15.0℃左右。這在一定程度上也影響了阿牛巴流量計壓差值的準(zhǔn)確計算。

2新流量計選型依據(jù)與技術(shù)分析

基于上述分析，需重新選用適用于該特殊工況的流量儀表來測量氯氣流量。綜合比較多種流量儀表的工作原理、應(yīng)用范圍、測量精度和維護(hù)要求，并考慮到氫氣和空氣流量儀表(一體化孔板流量計)采用同樣的流量儀表計量可降低*終的氯氣氫氣流量比誤差。經(jīng)過技術(shù)分析、數(shù)據(jù)計算確定采用孔板流量計，在重新選擇孔板時要對工藝參數(shù)進(jìn)行修改。原流量儀表前后直管段足夠長，介質(zhì)為較純凈、充滿管道的氣體，滿足孔板流量計的安裝要求?？装辶髁坑嫷墓ぷ髟頌?充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流孔板時，在孔板附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差。在已知有關(guān)參數(shù)的前提下，根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出壓差與流量之間的關(guān)系進(jìn)而求得流量：

式中：C———流出系數(shù);

D———工作條件下，上游管道的內(nèi)徑;

d———工作條件下，節(jié)流件的節(jié)流孔或喉部直徑;

qm———質(zhì)量流量，kg/s;

qv———體積流量，m3/s;

Δp———節(jié)流裝置輸出壓差，Pa;

β4———直徑比;

ρ———被測介質(zhì)的密度，kg/m3;

ε———可膨脹系數(shù)。

*終氯氣流量儀表選用河南開封儀表廠生產(chǎn)的LGBF型不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板流量計。為節(jié)約改造成本，配套的差壓變送器采用羅斯蒙特3051差壓變送器。依據(jù)節(jié)流孔板計算書更換節(jié)流孔板后的壓力損失為2kPa，占管道壓力145kPa的1.4%，壓損在工藝允許范圍內(nèi)。根據(jù)計算書，將差壓變送器的量程修改為0～6kPa，并將其輸出模式設(shè)為開平方根輸出。差壓變送器將所測壓差值轉(zhuǎn)換成4～20mA電流后送至DCS系統(tǒng)。

3技術(shù)改造的優(yōu)勢

氯氣流量作為氯化氫合成工藝中的重要指標(biāo)，必須保證其測量準(zhǔn)確性，稍有誤差便會引起操作人員誤操作，導(dǎo)致點火失敗，嚴(yán)重時還會造成氫氣和空氣燃燒不充分，形成混合型爆炸氣體引起爆炸。雖然阿牛巴流量計先進(jìn)于節(jié)流孔板流量計，但在此工況中阿牛巴流量計的差壓變送器量程過小，加之工藝因素*終導(dǎo)致其流量誤差大，無法正常使用。節(jié)流孔板流量計由于節(jié)流元件的更換，使得流體流經(jīng)孔板前后的壓差增大(*大壓差從1.263kPa增大至6kPa)。此時再次計算400Nm3/h流量下對應(yīng)的壓差值，即=400∶2500x=0.154kPa(相當(dāng)于15.4mmH2O)，同樣的流量使用節(jié)流孔板流量計得到的壓差比阿牛巴流量計擴(kuò)大了4.8倍，更加便于實現(xiàn)壓差的準(zhǔn)確測量。

節(jié)流孔板流量計是應(yīng)用*為廣泛的節(jié)流式流量計，其性價比高，具有完善的標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程和大量的試驗數(shù)據(jù)，無需實流標(biāo)定。

本次改造所選用的節(jié)流孔板和差壓變送器均屬于技術(shù)成熟產(chǎn)品，應(yīng)用廣泛，實際使用效果良好，無不安全因素。

節(jié)流孔板流量計測量范圍寬、讀數(shù)準(zhǔn)確合理，適用于蒸汽、壓縮空氣、混合非易燃易爆氣體和各類液體的工業(yè)流量計量，其結(jié)構(gòu)簡單、牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長，維護(hù)要求低，是目前國內(nèi)*選的流量計量裝置。此次技術(shù)改造方案可廣泛應(yīng)用于對壓損要求不是十分嚴(yán)格的流量計量場合。

4結(jié)束語

節(jié)流孔板流量計自改造投用以來，氯氣流量測量準(zhǔn)確，氯化氫合成爐運行穩(wěn)定可靠。改造后氯化氫合成工序開車過程趨于穩(wěn)定，改造前氯化氫合成點火需要5～6h才能順利點火，改造后一般只需1h便可點火成功。此次改造購買了兩臺節(jié)流孔板，解決了生產(chǎn)中的重要問題，經(jīng)濟(jì)效益顯著。