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  時(shí)間:2023-2-1 08:20:59

煤化工粗煤氣流量計(jì)的應(yīng)用

摘要:流量儀表是現(xiàn)代生產(chǎn)過程中計(jì)量重要的手段,同時(shí)它也是保證產(chǎn)品質(zhì)量,安全生產(chǎn)和平穩(wěn)運(yùn)行的重要途徑,隨著智能化的產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展,各個(gè)企業(yè)對其計(jì)量要求也是越來越高,沒有一套完整的體系難以生存。當(dāng)下對高壓插入式渦街流量計(jì)的使用在逐步擴(kuò)大。文章以煤化工企業(yè)為研究,對其計(jì)量儀表更新問題作了如下的闡述,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況,敘述了能源化工企業(yè)變換裝置入口粗煤氣流量計(jì)應(yīng)用過程中所存在問題及改進(jìn)辦法,成功解決了影響裝置流量計(jì)量的問題。
0引言
  近些年,隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展,對于煤化工而言,流量儀表是煤化工生產(chǎn)過程的重要指標(biāo)之一。流量計(jì)量貫穿于全過程中,任何一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開流量計(jì)量。在現(xiàn)實(shí)中,操作工靠著這些關(guān)鍵參數(shù)對生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)測和控制,并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制的自動(dòng)化。這對提高化工產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,保障生產(chǎn)安全,改進(jìn)工藝操作,改善工藝生產(chǎn)條件等方面都有著非常重要的意義。同時(shí),流量計(jì)量也是企業(yè)經(jīng)濟(jì)核算的重要依據(jù),流量計(jì)量正確可靠是保證企業(yè)生產(chǎn)率進(jìn)行,保證經(jīng)濟(jì)效益的重要手段之一。只有確保流量測量數(shù)據(jù)的科學(xué)與正確,才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理工作的高效和實(shí)效,加強(qiáng)裝置進(jìn)出口流量計(jì)儀表的改造,不僅有利于促進(jìn)企業(yè)的節(jié)能降耗,而且有利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,從而有效提高生產(chǎn)效率。
1裝置簡介.
1.1氣化變換裝置
  變換裝置特點(diǎn)是高溫、高壓、易燃、易爆、易腐蝕、有毒有害;工藝特點(diǎn)是高CO.低水氣比、含塵含油的工藝氣。變換裝置處理來自氣化裝置3.9MPa、175℃、176400Nm3/h粗煤氣,粗煤氣進(jìn)入洗滌分離塔洗滌分離掉粗煤氣中的液滴、焦油、煤塵等雜質(zhì)后,進(jìn)入到氣氣換熱器管程,與殼程來自第二變換爐的變換氣換熱。換熱后的粗煤氣經(jīng)煤氣過濾器進(jìn)一步脫除煤氣中的焦油、灰塵后,進(jìn)入到第一變換爐進(jìn)行變換反應(yīng),該反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)。第一變換爐出口變換氣經(jīng)第一淬冷增濕器進(jìn)行增濕、降溫后進(jìn)入到第二變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)。反應(yīng)后的變換氣通過氣氣換熱器的殼程換熱.后,依次進(jìn)入第二淬冷增濕器、第三變換爐、第三淬冷增濕器、第四變換爐;出第四變換爐的變換氣,逐級進(jìn)入淬冷水預(yù)熱器、洗滌水預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器、脫鹽水預(yù)熱器、最終冷卻器的管程,變換氣洗滌降溫至40C。經(jīng)冷卻裝置余熱回收,生成274000Nm3/h,生成變換氣送至低溫甲醇洗工段。
  來自氣化裝置的粗煤氣組分主要成分是CO、H2、CH4、CO2、水蒸汽、粗焦油、油類和輕烴類氣體。
1.2低溫甲醇洗裝置
  低溫甲醇洗裝置是中某化工公司年產(chǎn)100萬噸合成氨項(xiàng)目主流程裝置。來自變換裝置的含飽和態(tài)水蒸氣的變換氣溫度40℃、壓力3.4MPa(G)、流量274048Nm3/h進(jìn)入甲醇洗裝置變換氣(單系列),裝置按兩系列并列配置分別為低溫甲醇洗一系列及二系列。低溫甲醇洗的主要任務(wù)是脫除變換氣中CO2.H2S、COS及石腦油(粗苯)等雜質(zhì),為液氮洗裝置提供合格的凈化氣;同時(shí)回收石腦油(粗苯)和部分CO2,為硫回收裝置提供富含H2S的酸性氣,為尿素裝置提供高純度的CO2產(chǎn)品氣,為VOCs裝置提供含有微量烴類的尾氣。本裝置包含如下幾個(gè)系統(tǒng):變換氣冷卻系統(tǒng)、預(yù)洗和H2S/CO2吸收系統(tǒng)、甲醇閃蒸系統(tǒng)、熱再生系統(tǒng)、預(yù)洗甲醇再生系統(tǒng)、尾氣水洗及貯槽系統(tǒng)。
2組分參數(shù)介紹
2.1變換粗煤氣主要成分
  粗煤氣組分含量N2(2.72%).H(26%)、CO2(4.78%)、CH4(8.41%)、H2S(0.22%)、C0(57.41%)、CnHm(0.5%)、BTX(0.1%).焦油(0.04%)、油(0.13%)、酚(0.02%);壓力:3.9MPa,溫度:175℃,操作密度:22.1kg/m3,流量:176400Nm3/h。
2.2低溫甲醇洗變換氣組分參數(shù)
  變換氣組分含量(MOL%)N2(1.55%)、H2(52.21%)、H2S(0.24%)、CO(1.5%)、CO2(38.62%)、CH4(5.28%)、CnHm(0.57%)、C2H4(0.06%)、C2H6(0.27)壓力3.4MPa,溫度40℃,流量:274048Nm3/h。
3變換裝置入口和低溫甲醇洗入口流量計(jì)在裝置運(yùn)行中的重要性
  變換裝置入口和低溫甲醇洗入口流量計(jì)在裝置運(yùn)行中充當(dāng)著重要的角色,兩套變換及低溫甲醇洗裝置,每套系列入口各設(shè)有一臺流量計(jì),變換入口流量計(jì)量程0~320000Nm3/h,低溫甲醇洗入口流量計(jì)量程0~350000Nm3/h,主要是對變換入口粗煤氣和低溫甲醇洗入口的凈化氣流量進(jìn)行連續(xù)測量,操作工靠著這些參數(shù)對生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)督和控制,并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化,改進(jìn)操作工藝;改善生產(chǎn)條件;利用流量計(jì)來體現(xiàn)裝置的負(fù)荷,根據(jù)負(fù)荷調(diào)整工藝指標(biāo),確保裝置出口工藝指標(biāo)合格,對工藝操作進(jìn)行及時(shí)的指導(dǎo)和流量核算。同時(shí)對氣化爐的產(chǎn)氣量和變換、低溫甲醇洗入口氣量是否平衡,其流量計(jì)測量指示的正確與否,將直接影響下游工藝負(fù)荷的調(diào)整。
  流量計(jì)量是氣化與變換、低溫甲醇洗裝置經(jīng)濟(jì)核算的重要依據(jù),計(jì)量流量計(jì)的正確可靠是保證一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段之一。
4原流量計(jì)運(yùn)行情況及存在問題
(1)變換原流量計(jì)測量原理:壓差流量計(jì)主要由測量元件、差壓變送器構(gòu)成,其工作原理是利用能量守恒定律得出的流量測定結(jié)果。流經(jīng)管內(nèi)節(jié)流件時(shí),由于節(jié)流件的流通截面比管道截面小,流束形成局部收縮,在壓頭作用下,流體加速,動(dòng)能增加,勢能下降導(dǎo)致靜壓下降,在節(jié)流前后形成壓力差。并通過測量流體壓力差來實(shí)現(xiàn)流量的測量。
  原變換裝置入口流量計(jì),采用文丘里節(jié)流裝置,取壓根部閥為DN15,在運(yùn)行過程中,由于取壓口為導(dǎo)壓管取壓,取壓流速降低,由于粗煤氣中含有NH3,H2O和CO2這三種物質(zhì),當(dāng)粗煤氣溫度較低的溫度會(huì)產(chǎn)生碳氨結(jié)晶,導(dǎo)致取樣管線堵塞,產(chǎn)生壓差偏離現(xiàn)象。
  再加上煤焦油以及粉末顆粒狀物體,在生產(chǎn)使用測量中,極易出現(xiàn)儀表導(dǎo)壓管堵塞問題。在冬季高凝固點(diǎn)介質(zhì)環(huán)境中,還會(huì)出現(xiàn)凍堵問題,從而影響儀表的正確測量,在極端條件下甚至?xí)䦟?dǎo)致差壓變送器膜盒損壞現(xiàn)象。導(dǎo)壓管增加了蒸汽伴熱后也得不到根本性解決,導(dǎo)壓管內(nèi)部會(huì)積留油污及粉塵,容易導(dǎo)致儀表測量誤差偏大的問題,不利于生產(chǎn)工藝操作和儀表的連續(xù)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。
  定期進(jìn)行排污,變成了常態(tài)化作業(yè),儀表維護(hù)及保養(yǎng)工作量大。排污閥長期開關(guān)又導(dǎo)致內(nèi)漏,不僅損耗有所增加,而且環(huán)境也遭到的污染,存在較大的安全隱患同時(shí)也給工藝操作指標(biāo)和流量核算帶來影響。
  這存在的缺點(diǎn)不是偶然的,而與本身固有的使用條件和測量結(jié)構(gòu)、檢測原理有著密切的關(guān)聯(lián)。在實(shí)際中這些問題和缺點(diǎn)根本無法通過具體的操作來避免。因此,針對流量計(jì)存在的問題進(jìn)行技術(shù)改造。
(2)低溫甲醇洗原流量計(jì)測量原理:在測量管(儀表表體)中心同軸放置一圓形靶板,當(dāng)流體沖擊靶板時(shí),靶板上受到一個(gè)力,它與流速,密度和靶板受力面積之間的關(guān)系成正比。經(jīng)力轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成電信號或氣壓信號輸出,輸出信號與流量的關(guān)系就可求出。它由測量裝置力轉(zhuǎn)換器和信號處理變送顯示幾部分組成。測量裝置包括靶板、傳感器和測量管,力轉(zhuǎn)換器為應(yīng)變計(jì)式傳感器,信號處理為標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號傳回DCS顯示。
  目前低溫甲醇洗裝置靶式流量計(jì)實(shí)際運(yùn)行情況,由于凈化氣壓力高,流速快,靶桿長時(shí)間受力,導(dǎo)致傳感器變形,系統(tǒng)停車無流量后儀表仍然有指示,零點(diǎn)漂移。
  更換靶桿靶片后運(yùn)行一段時(shí)間之后,仍然出現(xiàn)傳感器變形、脫落現(xiàn)象,指示誤差大,流量計(jì)在線不具備維修條件,只能利用系統(tǒng)停車機(jī)會(huì)進(jìn)行檢修,更工藝操作指標(biāo)和流量核算造成影響。
  對此討論,在保證不改變工藝管道的前提下,通過改造流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、改變測量方式,來解決以上問題,達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行,使得流量計(jì)測量正確,滿足工藝要求。
5流量計(jì)改造方案
(1)綜上所述現(xiàn)象,分析其原因,并且保證不改變工藝管道走向及管口規(guī)格,法蘭標(biāo)準(zhǔn)及等級、法蘭短管長度、法蘭尺寸密封面、儀表測量范圍不改變的前提下,根據(jù)現(xiàn)場原直管段情況,對儀表測量原理進(jìn)行改造,采用管道插入式渦街流量計(jì)進(jìn)行測量。
(2)采用抗振型管道插入式渦街流量計(jì),流量計(jì)法蘭短管與原流量計(jì)長度一致,即不改變工藝管道走向、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及等級、法蘭尺寸密封面、儀表測量范圍,同時(shí)也滿足插入式渦街流量計(jì)直管段要求。
(3)通過改造流量計(jì)的測量結(jié)構(gòu)、材質(zhì),改變測量原理的形式,來解決以上問題,使流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定,測量正確,滿足工藝要求。改造后解決應(yīng)儀表測量不正確給工藝操作造成的影響,能及時(shí)反映工藝的消耗指標(biāo)。滿足生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。
流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖,渦街發(fā)生體構(gòu)造圖,如圖1所示。
 
6雙渦街發(fā)生體插入式渦街流量計(jì)測量原理及特點(diǎn)

  1. 插入式渦街流量計(jì)即將一個(gè)小口徑管道式渦街至于整個(gè)大管道的中心位置(大致),測得大管道中心流速,再通過算法(按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IS07145《在環(huán)形截面封閉管道中的流體流量測定—在截面一點(diǎn)的速度測量法》)得出整條管道平均流速。
  2. 插入式渦街流量計(jì)重量輕、壓損小、易于安裝與維修等特點(diǎn),在大口徑流量的測量中具有突出的優(yōu)勢。
  3. 線路抗振采用的是頻譜抑制動(dòng)態(tài)跟蹤降噪,可實(shí)現(xiàn)10~20倍的干擾衰減。

(4)采用抗振型渦街流量計(jì),雙渦街發(fā)生體的構(gòu)造。使得渦街流量計(jì)具備強(qiáng)大的整流效果,可以有效消除直管段不足,流場畸變帶來的影響。內(nèi)置的菱形“前發(fā)聲體”產(chǎn)生渦街特需的左右對稱流場分布,并消除上游旋渦的影響。
(5)抗黏附性能好,涂了特氟龍的抗污型渦街,適用于焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣。
(6)耐臟污能力強(qiáng),傳感器無任何用于或影響流量檢測的傳導(dǎo)孔、縫結(jié)構(gòu)。徹底解決了碳氨結(jié)晶,煤焦油、塵堵塞問題。
(7)抗電磁干擾能力強(qiáng),阻力系數(shù)小。雙發(fā)生體結(jié)構(gòu),大幅度降低壓力損失,從而降低流體傳輸?shù)哪芰肯模哂泄?jié)能效益。
(8)傳感器無泄漏,獨(dú)特的無腔封裝工藝及恒定預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),無懼溫度劇暑,解決傳感器的靈敏度穩(wěn)定性及壽命難題,將傳感器徹底焊死在探頭中,從根源杜絕密封問題,渦街傳感器采用“無膠封裝”與“恒定預(yù)應(yīng)力”技術(shù),從源頭上解決渦街的一大問題。
(9)獨(dú)特的雙傳感器結(jié)構(gòu)基于干擾信號頻譜特征識別及抑制的向好處理系統(tǒng),免疫強(qiáng)度高達(dá)2g的全向機(jī)械振動(dòng)干擾。
7投運(yùn)效果
  將改造的流量計(jì)投用后,效果改善明顯,環(huán)保、安全,免維護(hù),解決應(yīng)儀表測量不正確給工藝操作造成的影響,幫助工藝人員更有效地分析流量核算。此外,能及時(shí)反映工藝的消耗指標(biāo),大大減少了儀表操作人員的日常維護(hù)量,提高了儀表的在線率,滿足生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。
8結(jié)語
  加強(qiáng)企業(yè)節(jié)能降耗是一項(xiàng)非常系統(tǒng)的工程,要想將該項(xiàng)工程做好,就必須做好能源計(jì)量儀表的改造工作。要對能源計(jì)量儀表改造在促進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗方面的地位和作用有一個(gè)清晰的認(rèn)識,還要對加強(qiáng)能源計(jì)量儀表改造的路徑有一個(gè)科學(xué)的把握。在化工企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)過程中,在線計(jì)量流量計(jì)在裝置運(yùn)行中充當(dāng)著重要的角色,流量儀表選擇是否合理對整個(gè)生產(chǎn)過程的生產(chǎn)質(zhì)量和效率影響極大。因此,作業(yè)專業(yè)的儀表技術(shù)人員,需要掌握各種已有或新型流量計(jì)的特性,進(jìn)而才能根據(jù)選擇實(shí)用的流量計(jì),將其使用的價(jià)值充分發(fā)揮出來,來促進(jìn)我國煤化工企業(yè)持續(xù)、健康、快速、穩(wěn)定發(fā)展。

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