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涡街流量计在尿素装置中流量计的选型及安装

时间:2018/04/21来源:未知

针对尿素装置高温、高压及介质腐蚀性强的特点, 简述了尿素装置流量计的测量方法和原理;分析了差压式流量计、转子流量计、涡街流量计、电磁流量计、质量流量计等5种流量计的适用范围;提出了尿素装置流量计的选型要点和安装要求。

尿素装置生产工艺目前主要采用CO2汽提法工艺、氨汽提法工艺和水溶液全循环法工艺。CO2汽提法和氨汽提法工艺比较先进, 氨汽提法工艺设备尚未完全国产化, 且投资较高、建设周期长、需购买专利和工艺包;水溶液全循环法的工艺技术比较落后且能耗较高;CO2汽提法工艺已完全国产化, 国内单位可自行设计和建设。

改进型CO2汽提法尿素工艺技术的组成为:高压圈 (包括尿素合成塔、汽提塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器和高压喷射器) 、低压分解吸收系统、真空蒸发系统、水解解吸系统和造粒系统。

尿素生产的主要原料为氨和二氧化碳, 其他中间介质主要有尿素溶液、碳酸铵溶液、氨基甲酸铵溶液、尿素甲铵液蒸汽冷凝液等, 其中腐蚀性最强的介质是高温高压下的甲铵液和尿素甲铵液[1]。

在尿素生产中, 流量测量具有重要地位, 由于流量计的品种繁多, 并且各种流量计具有特定的适用性, 因此选型的目的就是在众多品种中扬长避短, 选择经济合理的仪表。笔者以下结合二氧化碳汽提法尿素工艺, 针对尿素装置的工艺及介质特点, 根据各种流量仪表的不同测量原理, 简要介绍尿素装置流量计的选型及安装。

1 差压式流量计

差压式流量计是测量流体流经动压测定装置或节留装置所产生的静压差来显示流量大小的一种流量计, 通常由检测元件和二次差压流量变送显示仪表组成。HG/T 20507-2000《自动化仪表选型设计规定》中指出“一般流体的流量测量, 应选用标准节流装置[2]”。

差压式流量计按照检测元件的结构形式不同可分为标准孔板、标准喷嘴、文丘里管、圆缺孔板、均速管等。

节流装置具有结构简单、加工方便、性能稳定可靠、使用期限长、造价低等特点, 并且标准孔板、标准喷嘴、文丘里管为标准节流装置 (ISO5167或GB/T 2624-2006中所包括的节流装置) , 在设计、制造、安装及使用方面都遵循标准规定则无需个别校准而使用。因此, 此类流量计的应用范围特别广泛, 在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用。

根据差压式流量计的测量公式, 由于差压信号与流量为平方关系, 节流装置的量程范围宽度较窄, 一般为3∶1~4∶1。

标准节流装置测量的流体必须是单向的, 在物理学和热力学上应是均匀的, 密度和黏度已知。流体流经节流件时不发生相变, 流速稳定, 只允许流量缓慢变化, 因此不宜测量脉动流的流体, 不宜测量易沉淀或有腐蚀性的流体。对于尿素装置生产过程中的洁净介质, 如工厂空气、冷却水、蒸汽冷凝液、蒸汽、二氧化碳气体等流量测量一般选用标准节流装置。然后, 通过计算, 按照GB/T 2624-2006《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量》规定, 结合节流装置的使用范围和工艺要求的允许压损, 选择合适的节流元件, 节流装置的使用范围见表1。

表1 节流装置的使用范围    下载原表

表1 节流装置的使用范围

进入尿素装置主厂房及CO2压缩主厂房的冷却上水总管往往口径特别大, 对于此类大管径、洁净介质的流量测量一般选用均速管类流量计, 如阿牛巴、毕托管、德塔巴等, 这些流量计的测量精度对安装方向有特定要求, 在设计选型安装时一定要考虑周全。

在采用差压式流量计测量时, 检测元件与差压变送器之间的引压管线 (导压管) 为薄弱环节, 可能产生泄漏、堵塞、冻结等故障。因此在设计安装时应尽量减少引压管线的长度、并考虑一定的伴热, 防止介质结冰。

在取压口方位设计时, 若为气体介质, 差压变送器应高于取压点;若为液体、蒸汽介质, 差压变送器则应低于取压点, 这样导压管中的冷凝液或气体可以回到管道介质中。当冷凝液或气体难以自流返回工艺管线 (或设备) 时, 需相应设置排气、排液装置。当被测介质中含有沉淀物或污浊物时, 在测量管线的最低点应设排污装置。在设计排放口时, 不得将有毒、有腐蚀性和严重污染环境的介质任意排放, 必须排放到指定地点或装置内的密闭排放系统。对于蒸汽介质还需要特别注意冷凝容器应安装在同一标高上, 使冷凝容器中液位相对于差压变送器的一段液柱高度所产生的压力相抵消。

2 转子流量计

转子流量计是通过量测设在直流管道内的转动部件的位置来推算流量的仪表[3], 主要用于中、小管径的流量测量, 使用范围广泛。相比其他类型的流量计, 转子流量计可适用于高温高压场所, 并且具有一定的耐腐蚀能力。

转子流量计按照用途可分为测量型及吹扫型。转子流量计具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道公称通径D≤150 mm的小流量, 也可以测量腐蚀性介质的流量。

测量型转子流量计主要用于尿素装置中管道公称通径D≤150 mm, 介质为工艺冷凝液、蒸汽冷凝液、脱盐水、冲洗水等介质的小流量测量, 大部分的测量型转子流量计主要用于尿液等易结晶腐蚀管线冲洗时的测量。

测量型转子使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上, 以使流体介质自下而上地通过转子流量计。

吹扫型转子流量计一方面应用于尿素装置中用于设备氮封, 另一方面应用于仪表测量管线的吹扫。例如一段蒸发冷凝器、二段蒸发冷凝器的压力测量, 如果采用插入式膜片的结构, 尿素蒸汽很容易在膜片上产生结晶, 影响测量结果, 这时就需要采用吹扫转子流量计进行压力的测量。

吹扫型转子流量计在安装时应选择合适的位置安装, 以确保流量计吹扫装置的调整、清洗、拆卸方便, 并确保介质的流体方向与流量吹扫装置要求的方向相同。安装时, 针型阀应全部关闭, 在实际测量时为防止浮子的突然加速, 上冲撞击限位器, 损坏测量部件, 应缓慢地打开针型阀, 将压力调整到工作压力。

3 涡街流量计

涡街流量计是一种速度式流量仪表, 通过流体经过非流线形物体时, 产生漩涡的频率计算出流量。

涡街流量计主要用于尿素装置中的洁净介质的流量测量, 流体介质如冷凝液、氨水、蒸汽等。涡街流量计的特点是压力损失小, 量程范围大, 精度高, 在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、黏度等参数的影响。

需要注意的是对于液氮介质的测量, 如果采用差压式流量计, 在节流元件前后会产生低压区, 可能导致液氮介质由于减压造成的气化, 而发生两相流状态, 这便使得差压式流量计测量信号出现波动甚至超出正常测量范围。如果不考虑经济成本和高测量精度, 质量流量计是最佳选择, 采用涡街流量计也可以, 因其量程范围宽, 如果选型及设置得当, 不会产生气穴现象。

涡街流量计安装时应注意避开高压线、旋转机械设备、有毒有害环境、强烈机械振动环境。为了不影响仪表的测量精度, 上下游直管段应预留足够的长度, 否则会影响介质在管道中的流场。

4 电磁流量计

电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应定律的流量计[4]。因其接触介质的只有衬里和电机, 只要合理的选用衬里和电极材料, 就可用于强腐蚀性的导电介质的测量。

电磁流量计主要用于尿素装置中的甲铵液、熔融尿液的流量测量。在设计时需注意熔融尿液的温度一般较高, 对于衬里的选择应满足温度要求。

由于电磁流量计的电极所测出的几毫伏交流电势, 是以变送器内液体电位为基础的, 为保证稳定地测量, 在电磁流量计安装时应特别注意变送器外壳与金属管两端应有良好的接地。

5 质量流量计

质量流量计分为科里奥利质量流量计和热质量流量计。CO2汽提法尿素工艺需要对原料液氨进行计量, 这时科里奥利质量流量计是唯一选择。

科里奥利质量流量计是利用流体介质在直线运动的同时处于一旋转系中产生与质量流量成正比的科里奥利力的现象, 直接或间接测量科氏力, 从而测得质量流量的仪表。

由于科里奥利质量流量计测量结果不受温度、压力、黏度和密度等因素的影响, 因此仪表测量精度比较高, 可以达到±0.2%, 并且该流量计对流体的流速分布不敏感, 不受层流和紊流工况的影响, 安装时, 仪表前后也不需要设置直管段。

受测量原理的限制, 安装科里奥利质量流量计时应注意避免在振动场合使用, 并且安装位置必须使测量管内充满液体。

6 结语

在尿素装置的仪表系统中, 流量是一个重要的参数, 其测量的结果对尿素装置高效、稳定运行起着至关重要的作用。流量计的品种较多, 在同一工况下的选型也并非唯一。在选型和安装时必须根据以往尿素装置的工程经验, 选择经济适用的流量计, 充分考虑各种安装要求, 保障仪表的测量精度。


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