三種新型流量計在醋酸裝置中的應用

　　前言
　　
　　流量測量是化工裝置中的工藝要求。流量測量的方法多種多樣，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、科氏力質量式、熱式、電磁式、靶式等等。一般要根據工藝要求如操作溫度、壓力；介質的粘度、導熱系數、腐蝕強弱；管道允許阻力降大小；測量精度高低、價格以及現場維護方便性等來選擇流量計的型式。
　　
　　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，然后經閃蒸、分離提純得到純凈醋酸產品，是目前生產醋酸的工藝。國內運用該技術生產醋酸的裝置不斷建設，正處于快速發展階段。此工藝特點是高溫、強腐蝕性，腐蝕介質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，腐蝕環境復雜。
　　
　　隨著流量測量技術的不斷進步，針對醋酸裝置中原有部分孔板、渦街、渦輪、橢圓齒輪等流量測量儀表易磨損、被介質腐蝕泄漏、壽命短、維護工作量大等不足，在醋酸裝置技改時，根據工藝要求以及不同介質的特點，選用多種新型流量計代替原設計的流量計，在生產實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強度。下面簡要介紹3種流量計的使用情況。
　　
　　1一體化T型阿牛巴流量計
　　
　　1.1阿牛巴流量計的特點
　　
　　阿牛巴流量計是基于伯努利能量守恒原理和皮托管測量原理而發展起來的差壓均速管流量計。其經歷了3個發展階段：第1代圓形阿牛巴，檢測桿斷面是圓形的；第2代寶石Ⅰ型，檢測桿斷面是菱形，第2代改進寶石Ⅱ型，檢測桿斷面是改進菱形；第3代T型阿牛巴，測量桿斷面是T型。
　　
　　T型阿牛巴流量計具有優良的本質抗堵性能，精度高穩定性好，突出的信噪比和量程比，一體化安裝溫壓補償，安裝便利等特點。
　　
　　阿牛巴流量計可以測量介質的體積流量或質量流量，T型阿牛巴與多參數變送器結合就可以測量出介質的質量流量，多參數變送器內置了高精度的差壓變送器、絕壓變送器、溫度變送器、高速CPU和大容量數據存儲器。該存儲器存儲了各種流體在不同壓力、溫度下在溫度補償公式中所需要使用的物性參數，包括密度、粘度、氣體常數、壓縮系數、等容比熱等數據，根據流體實際變化的工作壓力、溫度進行實時、動態zui*的補償計算，zui大程度的消除各個造成流量測量誤差的因素。對于蒸汽流量測量
　　
　　會自動判斷蒸汽處于飽和、不飽和還*熱的狀態，并自動進行補償計算。測量精度約1%，測量桿材質有不銹鋼、哈氏合金，過程溫度zui高可達677℃。
　　
　　阿牛巴流量計特別適用于氣體和蒸汽的測量，一體化阿牛巴流量計相對孔板流量計有以下主要優勢：單一的一體化裝配，節省部件；無需引壓管；提高流量計的可靠性和測量精度；降低安裝費用和時間；減少維護強度和費用；減少潛在的泄漏，減少環境污染；降低*壓力降，節約能源；更能適應裝置負荷的變化。
　　
　　1.2阿牛巴流量計選用注意事項
　　
　　阿牛巴流量計的機械尺寸是根據要安裝的管道尺寸量身定制的，其流量測量范圍也是根據用戶提供的流量數據計算、標定的。因此提供的流量數據和管道數據一定要正確無誤，否則會造成大的測量誤差。
　　
　　T型阿牛巴流量計雖然具有本質抗堵的特性，但下面2種情況需要注意：①流體中是否有黏粘性的雜質，比如說未經電除焦、除塵的水煤氣，煤氣中的焦油和粉塵等會黏附傳感器上，大大影響測量精度。②流體中雜質較多，并且裝置間歇操作，有經常停車而且時間長的情況。在斷流的時間里，雜質可能會干燥，并結垢在傳感器的表面，長年累月將堵塞取壓口。
　　
　　1.3阿牛巴流量計的應用
　　
　　某廠1#醋酸生產裝置中原料氣CO和再沸器加熱蒸汽的測量都是孔板流量計。原料氣CO流程長，孔板流量計有6只，*壓力損失大，隨著裝置負荷的不斷提升，壓縮機不得不提供更高的壓力來克服阻力損失，孔板的參數（如：差壓、量程、介質密度等數據都是事先設定的）無法適應負荷的顯劇增加及負荷的較大波動，導致原料氣計量很不準確。在2#醋酸裝置中改用一體化阿牛巴質量流量計（可以進行溫度、壓力的實時動態補償），幾乎無*壓力降，計量準確，滿足了負荷不斷提升的要求。
　　
　　孔板流量計測量蒸汽流量時需要配套安裝引壓管、平衡罐、保溫箱等，其缺點是靜密封點多，易發生泄漏，同時為了防凍，還需要蒸汽伴熱或電伴熱。隨著裝置負荷的不斷提升，孔板流量計量程也要隨著更改，甚至要對孔板擴孔等等，計量不準確，維護工作量也大。因此在2#醋酸裝置中所有蒸氣流量測量選用一體化阿牛巴質量流量計，根據使用情況來看，其計量準確、量程范圍大適應擴產需要、無泄漏、免維護，優勢明顯。
　　
　　2電磁流量計
　　
　　2.1電磁流量計的特點
　　
　?、匐姶帕髁坑嬍歉鶕ɡ陔姶鸥袘晒ぷ鞯?。因此只能測量導電液體的流量，不能測量氣體、蒸汽及含有大量氣體的液體的流量。
　　
　　②電磁流量計無可動部分，也無阻流部件，因此基本無壓力損失，可以測量含固體顆粒的礦漿和污水等液固兩相流。
　　
　?、垭姶帕髁坑媰H有管道襯里和電極與被測液體接觸，因此只要合理選擇電極和襯里材料，即可以達到耐腐蝕、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。
　　
　?、轀y量精度高，可以達到0.5%，可以作為裝桶、裝槽車等的計量。
　　
　?、蘖砍瘫却?，一般為1：20，在現場可以根據需要，可擴大或縮小量程，不需停車處理。
　　
　　2.2電磁流量計的選用、安裝
　　
　　電磁流量的選用和安裝是很重要的環節，有*的專業性，下面作詳細的介紹：
　　
　　適用介質：電磁流量計能否適用首先是根據介質電導率來判斷，被測介質的電導率應大于20μs/cm。更低電導率介質的流量可以用陶瓷襯里、鉑電極的電磁流量計測量，但陶瓷襯里易碎，使用效果不理想。
　　
　　口徑選擇：流量計口徑不一定與管徑相同，應視流量而定。流程工業輸送水等粘度不高的液體，管道流速一般是經濟流速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、結垢等物質的流體選用流速應不低于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的流體，常用流速應低于2-3m/s，以降低對襯里和電極的磨損；在測量接近閾值的低電導液體時，盡可能選定較低流速（0.5-1m/s），因流速提高流動噪聲會增加，而出現輸出晃動現象。
　　
　　過流部件材質選擇：與液體接觸的傳感器的零部件有襯里、電極、接地環和密封墊片。
　　
　　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液體適應性。氟塑料具有優良的耐化學腐蝕性，但耐磨性差，不能用于測量礦漿液，使用溫度小于180℃；氯丁橡膠用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，如工業用水、廢污水及弱酸堿，價格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，介質溫度要低于40℃-60℃/70℃；氧化鋁陶瓷有*的耐磨性和對強酸堿的耐腐蝕性，適用于有腐蝕性的礦漿，但性脆，安裝夾緊時易碎，可用于較高溫度（120℃-140℃/180℃）。
　　
　　電極對測量介質的耐腐是選擇材料首先考慮的因素，其次考慮是否會產生鈍化等表面效應和所形成的噪音。電磁流量計電極的耐腐蝕性要求很高，不允許腐蝕或嚴格地說只允許極低的腐蝕速率，否則會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液，此外還有適用于漿液等的低噪聲電極，他們是導電橡膠電極、導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。
　　
　　配管、安裝：電磁流量的配管安裝不符合要求會導致流量計輸出晃動、零點不穩定、使用壽命短、甚至損壞。主要應遵循以下原則：
　　
　　①傳感器的上流側不要緊靠閥門、彎頭等影響流體流動的裝置；下流側不能安裝泵，以防止形成負壓；調節閥等節流儀表宜安裝在流量計下游，特別是裝桶、裝置槽車等排空管道。
　　
　　②配管設計時要確保測量管滿管，上、下游要保持5D和2D的直管段。
　　
　?、郯惭b方向則要注意：在測量液固兩相介質的流量時，傳感器垂直安裝比較妥當，一則可以防止液固兩相介質在較低流速時產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，流動方向應該自下而上，這樣才能保證傳感器始終充滿介質。在水平安裝時，傳感器兩電極的連線應該是水平的，這樣如果介質中含有氣泡，或者產生沉淀時不至于造成轉換器輸入端開路等現象。
　　
　?、苡行┕r需在管道內注入化學藥品，注入后會導致液體導電率不均勻對電磁流量計輸出信號產生干擾。對此，可在流量計下游注入，如需在上游注入則注入點應與流量計保持一定距離，使液體混合均勻。
　　
　　⑤安裝在塑料管道或內襯管道上必須使用接地環。
　　
　　2.3電磁流量計的應用
　　
　　某廠1#甲醇低壓羰基法裝置中工藝介質的流量測量均采用孔板流量計，在下列3種工藝介質條件下的孔板流量計使用不理想，因此在2#裝置中改用電磁流量計，取得了良好效果。①含有氫碘酸的工藝介質腐蝕性*，孔板、取壓法蘭、根部閥、導壓管等材質均為鋯合金或哈氏合金，1寸到8寸的孔板流量計，其價格為10-50萬元/套。因此在2#裝置中全部選用電磁流量計，襯里材料為PTFE，電極材料為鉭，價格在3-10萬元/套之間，節省了大量的費用。②醋酸水溶液介質腐蝕性強，316L不銹鋼材質的導壓管、根部閥、卡套、五閥組等存在均勻腐蝕，半年左右就產生泄漏，需更換這些部件，維護工作量大且費用高。在2#裝置中選用電磁流量計，到目前為止運行良好。③介質為醋酸水溶液、碘甲烷不相混溶的兩相流，孔板流量計常常因導壓管中易積累碘甲烷相（重相）導致測量誤差很大，影響工藝操作，需要頻繁的進行現場排液，維護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，計量準確，克服了孔板流量計測量2相流時存在的弊端。
　　
　　由于經驗不足，電磁流量計在2#裝置中也有應用不成功的地方：①純度較高的醋酸電導率<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的原因，無一例外的都出現破裂、泄漏而損壞。②使用溫度不要高于160℃，否則易出現PTFE襯里損壞。③在成品塔塔頂產品出料測量時，成品醋酸電導率低，電磁的測量精度達不到要求，計量不準確，后改用質量流量計，才解決問題。④電磁流量計的流速不宜過高：有一臺流量計口徑為1英寸，前后管道為3英寸，投運后，由于流
　　
　　量管內液體流速達到7m/s，產生強烈的噪聲，管道劇烈的振動，后更換為2英寸管徑的，問題得到解決。因此設計選型時即使為了節省投資流量計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
　　
　　3.1超聲波流量計的特點
　　
　　超聲波流量計的測量原理主要有時差式和多普勒式。多普勒式超聲波流量計只能用于測量介質中含有適量能反射超聲波信號的顆?；驓馀莸牧黧w，它對被測介質要求比較苛刻，既不能是潔凈水，同時雜質含量要相對穩定，才能穩定測量。目前生產zui多、應用范圍zui廣泛的是時差式超聲波流量計，它主要用來測量潔凈的流體流量。
　　
　　時差式超聲波流量計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具有很大的機動性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時測量，使用內置充電電池供電；固定式超聲波流量計在某一固定位置，對某一特定管道內的流體的流量進行長期不間斷的計量，使用220V交流電源，有4-20mA信號輸出等功能。
　　
　　管道式：將換能器與測量管道組成一體，測量精度也較其他超聲波流量計高，但安裝時必須斷流切開管道才能進行，但傳感器可以不停產維修。其測量管材質有碳鋼、316L不銹鋼、哈氏合金C等，一體型測量溫度可達140℃，對于高溫介質可用分體型，zui高溫度可達180℃。可以測量固體顆粒含量<5%（按體積計）或氣體含量<2%（按體積計）的均勻流體，測量精度可達0.5%。
　　
　　插入式：在安裝時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，其信號的發射、接收不經過管壁和管襯，所以它的測量不受管道和管襯材質的影響。插入式傳感器可以避免耦合劑的問題，能夠在管路內壁嚴重結垢或流體含氣的情況下，實現穩定可靠的測量。
　　
　　3.2傳感器類型的選擇對比
　　
　?、俦銛y式外貼超聲波流量計，使用方便，zui適用于評估管網流動狀況或用作檢查管道上其它流量儀表的運行情況。
　　
　?、谕赓N式傳感器不存在直接腐蝕的問題，但管道內表面腐蝕結晶，也會造成測量不準。
　　
　?、弁赓N式傳感器由于偶合劑在使用一段時間后易出現發干的現象，影響檢測效果，在較大的直徑的管道上不宜使用。
　　
　?、芡赓N式傳感器短時測量時用黃油，也可用凡士林等酯類，長期測量可用硅酯或硅膠。
　　
　?、萃赓N式傳感器不適用于測量氣體。
　　
　　3.3超聲波流量計的安裝
　　
　　超聲波流量計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問題。確定位置時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速器、電焊機等污染點源的地方。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，采用V方式安裝，管徑大于300mm時，采用Z方式安裝。
　　
　　3.4超聲波流量計的應用
　　
　　在醋酸裝置中對于低電導率強腐蝕的純醋酸介質選用316L材質管道式超聲波流量計取代原有孔板和陶瓷內襯電磁流量計取得了良好效果，克服了孔板流量計易腐蝕泄漏、維護費用高和陶瓷內襯電磁流量計易夾碎、不抗溫度劇烈變化而損壞的缺點。原有循環水總管（DN700）的流量測量為渦輪流量計，其投運1年后，由于渦輪流量計軸承磨損，計量誤差很大，后用外夾固定式超聲波流量計取代，運行穩定，克服了渦輪流量計軸承較易磨損，壽命較短的缺點。
　　
　　在化工企業，單個換熱設備的冷卻水一般都不安裝流量計計量。但有時候需要標定每個設備的能力，為擴建改造和新建裝置提供設計依據。目前我們正在進行第3套60萬噸/年醋酸裝置的設計，在不停車狀況下，用便攜式超聲波流量計測量換熱器的循環水流量，獲得了大量的數據，就可以準確的分析和標定眾多換熱器的能力，為更好的設計第3套裝置提供料可靠的依據，同時也節省了安裝眾多流量計的費用，又避免裝置停車造成不必要的損失。
　　
　　結束語
　　
　　在醋酸裝置技改過程中，用阿牛巴流量計取代原料煤氣、蒸汽、甲醇管道上的孔板、渦輪、橢圓齒輪等流量計；用電磁流量計取代強腐蝕性的氫碘酸和醋酸且電導率>20μs/cm的介質管道上的孔板流量計；用管道式超聲波流量計取代低電導率且腐蝕性強的純醋酸管道上的孔板、渦輪、陶瓷內襯電磁流量計；用便攜式超聲波流量計測量各個循環水用戶的流量等等都達到了預期目的。這些新型的流量測量儀表，有其*的特點，在很多領域得到了越來越廣泛的應用，每一種儀表都不是的，因此，在工程應用中，根據工藝要求及介質的特點正確選型、配管設計、安裝是發揮這些儀表優勢的重要環節，必須引起我們的高度重視。