摘要:針對(duì)尿素裝置高溫、高壓及介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，簡(jiǎn)述了尿素裝置流量計(jì)的測(cè)量方法和原理;分析了差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)等5種流量計(jì)的適用范圍;提出了尿素裝置流量計(jì)的選型要點(diǎn)和安裝要求。
尿素裝置生產(chǎn)工藝目前主要采用CO2汽提法工藝、氨汽提法工藝和水溶液全循環(huán)法工藝。CO,汽提法和氨汽提法工藝優(yōu)，氨汽提法工藝設(shè)備尚未完全國(guó)產(chǎn)化，且投資較高、建設(shè)周期長(zhǎng)、需購(gòu)買專利和工藝包;水溶液全循環(huán)法的工藝技術(shù)比較落后，且能耗較高;CO2汽提法工藝已完全國(guó)產(chǎn)化,國(guó)內(nèi).單位可自行設(shè)計(jì)和建設(shè)。
改進(jìn)型CO2汽提法尿素工藝技術(shù)的組成為:高壓圈(包括尿素合成塔、汽提塔、高壓甲銨冷凝器、高壓洗滌器和高壓噴射器)、低壓分解吸收系統(tǒng)、真空蒸發(fā)系統(tǒng)、水解解吸系統(tǒng)和造粒系統(tǒng)。
尿素生產(chǎn)的主要原料為氨和二氧化碳,其他中間介質(zhì)主要有尿素溶液、碳酸銨溶液、氨基甲酸銨溶液、尿素甲銨液蒸汽冷凝液等,其中腐蝕性最強(qiáng)的介質(zhì)是高溫高壓下的甲銨液和尿素甲銨液”。
在尿素生產(chǎn)中,流量測(cè)量具有重要地位,由于流量計(jì)的品種繁多，并且各種流量計(jì)具有特定的適用性,因此選型的目的就是在眾多品種中揚(yáng)長(zhǎng)避短,選擇經(jīng)濟(jì)合理的儀表。以下結(jié)合二氧化碳汽提法尿素工藝，針對(duì)尿素裝置的工藝及介質(zhì)特點(diǎn),根據(jù)各種流量?jī)x表的不同測(cè)量原理，簡(jiǎn)要介紹尿素裝置流量計(jì)的選型及安裝。
1差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)是測(cè)量流體流經(jīng)動(dòng)壓測(cè)定裝置或節(jié)留裝置所產(chǎn)生的靜壓差來(lái)顯示流量大小的一種流量計(jì),通常由檢測(cè)元件和二次差壓流量變送顯示儀表組成。HG/T20507-2000《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定》中指出“一般流體的流量測(cè)量,應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置田”
差壓式流量計(jì)按照檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)形式不同可分為標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘里管、圓缺孔板、均速管等。
節(jié)流裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長(zhǎng)、造價(jià)低等特點(diǎn),并且標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘里管為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(IS05167或GB/T2624-2006中所包括的節(jié)流裝置),在設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用方面都遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定則無(wú)需個(gè)別校準(zhǔn)而使用。因此,此類流量計(jì)的應(yīng)用范圍特別廣泛，在封閉管道的流量測(cè)量中各種對(duì)象都有應(yīng)用。根據(jù)差壓式流量計(jì)的測(cè)量公式,由于差壓信號(hào)與流量為平方關(guān)系，節(jié)流裝置的量程范圍寬度較窄,一般為3:1~4:1。
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量的流體必須是單向的，在物理學(xué)和熱力學(xué)上應(yīng)是均勻的，密度和黏度已知。流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)不發(fā)生相變,流速穩(wěn)定,只允許流量緩慢變化,因此不宜測(cè)量脈動(dòng)流的流體,不宜測(cè)量易沉淀或有腐蝕性的流體。對(duì)于尿素裝置生產(chǎn)過(guò)程中的潔凈介質(zhì)，如工廠:空氣、冷卻水、蒸汽冷凝液、蒸汽、二氧化碳?xì)怏w等流量測(cè)量--般選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。然后,通過(guò)計(jì)算,按照GB/T2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量》規(guī)定,結(jié)合節(jié)流裝置的使用范圍和工藝要求的允許壓損，選擇合適的節(jié)流元件,節(jié)流裝置的使用范圍見(jiàn)表1。
進(jìn)入尿素裝置主廠房及CO2壓縮主廠房的冷.卻上水總管往往口徑特別大，對(duì)于此類大管徑、潔凈介質(zhì)的流量測(cè)量一般選用均速管類流量計(jì)，如阿牛巴、畢托管、德塔巴等,這些流量計(jì)的測(cè)量精度對(duì)安裝方向有特定要求，在設(shè)計(jì)選型安裝時(shí)-一定要考慮周全。
在采用差壓式流量計(jì)測(cè)量時(shí)，檢測(cè)元件與差壓變送器之間的引壓管線(導(dǎo)壓管)為薄弱環(huán)節(jié)，可能產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)等故障。因此在設(shè)計(jì)安裝時(shí)應(yīng)盡量減少引壓管線的長(zhǎng)度、并考慮一定的伴熱，防止介質(zhì)結(jié)冰。
在取壓口方位設(shè)計(jì)時(shí)，若為氣體介質(zhì),差壓變送器應(yīng)高于取壓點(diǎn);若為液體、蒸汽介質(zhì),差壓變送器則應(yīng)低于取壓點(diǎn)，這樣導(dǎo)壓管中的冷凝液或氣體可以回到管道介質(zhì)中。當(dāng)冷凝液或氣體難以自流返回工藝管線(或設(shè)備)時(shí)，需相應(yīng)設(shè)置排氣、排液裝置。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中含有沉淀物或污濁物時(shí),在測(cè)量管線的最低點(diǎn)應(yīng)設(shè)排污裝置。在設(shè)計(jì)排放口時(shí)，不得將有毒、有腐蝕性和嚴(yán)重污染環(huán)境的介質(zhì)任意排放,必須排放到指定地點(diǎn)或裝置內(nèi)的密閉排放系統(tǒng)。對(duì)于蒸汽介質(zhì)還需要特別注意冷凝容器應(yīng)安裝在同一標(biāo)高上，使冷凝容器中液位相對(duì)于差壓變送器的一段液柱高度所產(chǎn)生的壓力相抵消。
2轉(zhuǎn)子流量計(jì)
轉(zhuǎn)子流量計(jì)是通過(guò)量測(cè)設(shè)在直流管道內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的位置來(lái)推算流量的儀表甲,主要用于中、小管徑的流量測(cè)量,使用范圍廣泛。相比其他類型的流量計(jì),轉(zhuǎn)子流量計(jì)可適用于高溫高壓場(chǎng)所,并且具有一定的耐腐蝕能力。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)按照用途可分為測(cè)量型及吹掃型。轉(zhuǎn)子流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、壓力損失小、維修方便等特點(diǎn)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)適用于測(cè)量通過(guò)管道公稱通徑D≤150mm的小流量,也可以測(cè)量腐蝕性介質(zhì)的流量。
測(cè)量型轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要用于尿素裝置中管道公稱通徑D≤150mm,介質(zhì)為工藝?yán)淠�、蒸汽冷凝液、脫鹽水、沖洗水等介質(zhì)的小流量測(cè)量，大部分的測(cè)量型轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要用于尿液等易結(jié)晶腐蝕.管線沖洗時(shí)的測(cè)量。
測(cè)量型轉(zhuǎn)子使用時(shí)流量計(jì)必須安裝在垂直走向的管段.上，以使流體介質(zhì)自下而上地通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
吹掃型轉(zhuǎn)子流量計(jì)一方面應(yīng)用于尿素裝置中用于設(shè)備氮封,另一方面應(yīng)用于儀表測(cè)量管線的吹掃。例如一段蒸發(fā)冷凝器、二段蒸發(fā)冷凝器的壓力測(cè)量，如果采用插入式膜片的結(jié)構(gòu)，尿素蒸汽很容易在膜片.上產(chǎn)生結(jié)晶,影響測(cè)量結(jié)果,這時(shí)就需要采用吹掃轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行壓力的測(cè)量。
吹掃型轉(zhuǎn)子流量計(jì)在安裝時(shí)應(yīng)選擇合適的位置安裝,以確保流量計(jì)吹掃裝置的調(diào)整、清洗、拆卸方便，并確保介質(zhì)的流體方向與流量吹掃裝置要求的方向相同。安裝時(shí)，針型閥應(yīng)全部關(guān)閉，在實(shí)際測(cè)量時(shí)為防止浮子的突然加速，上沖撞擊限位器，損壞測(cè)量部件，應(yīng)緩慢地打開(kāi)針型閥，將壓力調(diào)整到工作壓力。
3渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表，通過(guò)流體經(jīng)過(guò)非流線形物體時(shí)，產(chǎn)生漩渦的頻率計(jì)算出流量。
渦街流量計(jì)主要用于尿素裝置中的潔凈介質(zhì)的流量測(cè)量.流體介質(zhì)如冷凝液、氨水、燕汽等。渦街流量計(jì)的特點(diǎn)是壓力損失小.量程范圍大.精度高.在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力溫度、黏度等參數(shù)的影響。.
需要注意的是對(duì)于液氮介質(zhì)的測(cè)量.如果采用.差壓式流量計(jì).在節(jié)流元件前后會(huì)產(chǎn)生低壓區(qū).可能導(dǎo)致液氮介質(zhì)由于減壓造成的氣化.而發(fā)生兩相流狀態(tài),這便使得差壓式流量計(jì)測(cè)量信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng).甚至超出正常測(cè)量范圍。如果不考慮經(jīng)濟(jì)成本和高測(cè)量精度.可選擇質(zhì)量流量計(jì)。采用渦街流量計(jì)也可以.因其量程范圍寬.如果選型及設(shè)置得當(dāng),不會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。
渦街流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)注意避開(kāi)高壓線、旋轉(zhuǎn)機(jī).械設(shè)備、有毒有害環(huán)境、強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)環(huán)境。為了不影響儀表的測(cè)量精度.上下游直管段應(yīng)預(yù)留足夠的長(zhǎng)度.否則會(huì)影響介質(zhì)在管道中的流場(chǎng)。
4電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是一種基于法拉第電磁感應(yīng)定律的流量計(jì)用。因其接觸介質(zhì)的只有襯里和電機(jī).只要合理的選用襯里和電極材料。就可用于強(qiáng)腐蝕性的導(dǎo)電介質(zhì)的測(cè)量。
電磁流量計(jì)主要用于尿素裝置中的甲銨液、熔融尿液的流量測(cè)量。在設(shè)計(jì)時(shí)需注意熔融尿液的溫度一般較高.對(duì)于襯里的選擇應(yīng)滿足溫度要求。
由于電磁流量計(jì)的電極所測(cè)出的幾毫伏交流電勢(shì).是以變送器內(nèi)液體電位為基礎(chǔ)的.為保證穩(wěn)定地測(cè)量.在電磁流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)特別注意變送器外殼與金屬管兩端應(yīng)有良好的接地。
5質(zhì)量流量計(jì)
質(zhì)量流量計(jì)分為科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和熱質(zhì)量流量計(jì)。CO2汽提法尿素工藝需要對(duì)原料液氨進(jìn)行計(jì)量.這時(shí)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是唯一選擇。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流體介質(zhì)在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)處于一-旋轉(zhuǎn)系中產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的現(xiàn)象.直接或間接測(cè)量科氏力.從而測(cè)得質(zhì)量流量的儀表。
由于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量結(jié)果不受溫度、壓力、黏度和密度等因素的影響。因此儀表測(cè)量精度比較高.可以達(dá)到+0.2%.并且該流量計(jì)對(duì)流體的流速分布不敏感.不受層流和紊流工況的影響。安裝時(shí).儀表前后也不需要設(shè)置直管段。
受測(cè)量原理的限制.安裝科里奧利質(zhì)量流量計(jì)時(shí)應(yīng)注意避免在振動(dòng)場(chǎng)合使用.并且安裝位置必須使測(cè)量管內(nèi)充滿液體。
6結(jié)語(yǔ)
在尿素裝置的儀表系統(tǒng)中,流量是一個(gè)重要的參數(shù).其測(cè)量的結(jié)果對(duì)尿素裝置高效、穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。流量計(jì)的品種較多。在網(wǎng)一工況下的選型也并非唯一。在選型和安裝時(shí)必須根據(jù)以往尿素裝置的工程經(jīng)驗(yàn).選擇經(jīng)濟(jì)適用的流量計(jì).充分考慮各種安裝要求.保障儀表的測(cè)量精度。
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