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尿素裝置中流量計的選型及安裝
發布時間:2021-12-7 08:20:29

摘要:針對尿素裝置高溫、高壓及介質腐蝕性強的特點,簡述了尿素裝置流量計的測量方法和原理;分析了差壓式流量計轉子流量計渦街流量計電磁流量計質量流量計等5種流量計的適用范圍;提出了尿素裝置流量計的選型要點和安裝要求。
  尿素裝置生產工藝目前主要采用CO2汽提法工藝、氨汽提法工藝和水溶液全循環法工藝。CO,汽提法和氨汽提法工藝比較先進,氨汽提法工藝設備尚未完全國產化,且投資較高、建設周期長、需購買專利和工藝包;水溶液全循環法的工藝技術比較落后,且能耗較高;CO2汽提法工藝已完全國產化,國內.單位可自行設計和建設。
  改進型CO2汽提法尿素工藝技術的組成為: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、真空蒸發系統、水解解吸系統和造粒系統。
  尿素生產的主要原料為氨和二氧化碳,其他中間介質主要有尿素溶液、碳酸銨溶液、氨基甲酸銨溶液、尿素甲銨液蒸汽冷凝液等,其中腐蝕性最強的介質是高溫高壓下的甲銨液和尿素甲銨液”。
  在尿素生產中,流量測量具有重要地位,由于流量計的品種繁多,并且各種流量計具有特定的適用性,因此選型的目的就是在眾多品種中揚長避短,選擇經濟合理的儀表。筆者以下結合二氧化碳汽提法尿素工藝,針對尿素裝置的工藝及介質特點,根據各種流量儀表的不同測量原理,簡要介紹尿素裝置流量計的選型及安裝。
1差壓式流量計
  差壓式流量計是測量流體流經動壓測定裝置或節留裝置所產生的靜壓差來顯示流量大小的一種流量計,通常由檢測元件和二次差壓流量變送顯示儀表組成。HG/T20507-2000《自動化儀表選型設計規定》中指出“一般流體的流量測量,應選用標準節流裝置田”
  差壓式流量計按照檢測元件的結構形式不同可分為標準孔板、標準噴嘴、文丘里管、圓缺孔板、均速管等。
  節流裝置具有結構簡單、加工方便、性能穩定可靠、使用期限長、造價低等特點,并且標準孔板、標準噴嘴、文丘里管為標準節流裝置(IS05167或GB/T2624-2006中所包括的節流裝置),在設計、制造、安裝及使用方面都遵循標準規定則無需個別校準而使用。因此,此類流量計的應用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用。根據差壓式流量計的測量公式,由于差壓信號與流量為平方關系,節流裝置的量程范圍寬度較窄,一般為3:1~4:1。
  標準節流裝置測量的流體必須是單向的,在物理學和熱力學上應是均勻的,密度和黏度已知。流體流經節流件時不發生相變,流速穩定,只允許流量緩慢變化,因此不宜測量脈動流的流體,不宜測量易沉淀或有腐蝕性的流體。對于尿素裝置生產過程中的潔凈介質,如工廠:空氣、冷卻水、蒸汽冷凝液、蒸汽、二氧化碳氣體等流量測量--般選用標準節流裝置。然后,通過計算,按照GB/T2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》規定,結合節流裝置的使用范圍和工藝要求的允許壓損,選擇合適的節流元件,節流裝置的使用范圍見表1。
 
  進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,對于此類大管徑、潔凈介質的流量測量一般選用均速管類流量計,如阿牛巴、畢托管、德塔巴等,這些流量計的測量精度對安裝方向有特定要求,在設計選型安裝時-一定要考慮周全。
  在采用差壓式流量計測量時,檢測元件與差壓變送器之間的引壓管線(導壓管)為薄弱環節,可能產生泄漏、堵塞、凍結等故障。因此在設計安裝時應盡量減少引壓管線的長度、并考慮一定的伴熱,防止介質結冰。
  在取壓口方位設計時,若為氣體介質,差壓變送器應高于取壓點;若為液體、蒸汽介質,差壓變送器則應低于取壓點,這樣導壓管中的冷凝液或氣體可以回到管道介質中。當冷凝液或氣體難以自流返回工藝管線(或設備)時,需相應設置排氣、排液裝置。當被測介質中含有沉淀物或污濁物時,在測量管線的最低點應設排污裝置。在設計排放口時,不得將有毒、有腐蝕性和嚴重污染環境的介質任意排放,必須排放到指定地點或裝置內的密閉排放系統。對于蒸汽介質還需要特別注意冷凝容器應安裝在同一標高上,使冷凝容器中液位相對于差壓變送器的一段液柱高度所產生的壓力相抵消。
2轉子流量計
  轉子流量計是通過量測設在直流管道內的轉動部件的位置來推算流量的儀表甲,主要用于中、小管徑的流量測量,使用范圍廣泛。相比其他類型的流量計,轉子流量計可適用于高溫高壓場所,并且具有一定的耐腐蝕能力。
  轉子流量計按照用途可分為測量型及吹掃型。轉子流量計具有結構簡單、直觀、壓力損失小、維修方便等特點。轉子流量計適用于測量通過管道公稱通徑D≤150mm的小流量,也可以測量腐蝕性介質的流量。
  測量型轉子流量計主要用于尿素裝置中管道公稱通徑D≤150mm,介質為工藝冷凝液、蒸汽冷凝液、脫鹽水、沖洗水等介質的小流量測量,大部分的測量型轉子流量計主要用于尿液等易結晶腐蝕.管線沖洗時的測量。
測量型轉子使用時流量計必須安裝在垂直走向的管段.上,以使流體介質自下而上地通過轉子流量計。
  吹掃型轉子流量計一方面應用于尿素裝置中用于設備氮封,另一方面應用于儀表測量管線的吹掃。例如一段蒸發冷凝器、二段蒸發冷凝器的壓力測量,如果采用插入式膜片的結構,尿素蒸汽很容易在膜片.上產生結晶,影響測量結果,這時就需要采用吹掃轉子流量計進行壓力的測量。
  吹掃型轉子流量計在安裝時應選擇合適的位置安裝,以確保流量計吹掃裝置的調整、清洗、拆卸方便,并確保介質的流體方向與流量吹掃裝置要求的方向相同。安裝時,針型閥應全部關閉,在實際測量時為防止浮子的突然加速,上沖撞擊限位器,損壞測量部件,應緩慢地打開針型閥,將壓力調整到工作壓力。
3渦街流量計
  渦街流量計是一種速度式流量儀表,通過流體經過非流線形物體時,產生漩渦的頻率計算出流量。
  渦街流量計主要用于尿素裝置中的潔凈介質的流量測量.流體介質如冷凝液、氨水、燕汽等。渦街流量計的特點是壓力損失小.量程范圍大.精度高.在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力溫度、黏度等參數的影響。.
  需要注意的是對于液氮介質的測量.如果采用.差壓式流量計.在節流元件前后會產生低壓區.可能導致液氮介質由于減壓造成的氣化.而發生兩相流狀態,這便使得差壓式流量計測量信號出現波動.甚至超出正常測量范圍。如果不考慮經濟成本和高測量精度.質量流量計是最佳選擇。采用渦街流量計也可以.因其量程范圍寬.如果選型及設置得當,不會產生氣穴現象。
  渦街流量計安裝時應注意避開高壓線、旋轉機.械設備、有毒有害環境、強烈機械振動環境。為了不影響儀表的測量精度.上下游直管段應預留足夠的長度.否則會影響介質在管道中的流場。
4電磁流量計
  電磁流量計是一種基于法拉第電磁感應定律的流量計用。因其接觸介質的只有襯里和電機.只要合理的選用襯里和電極材料。就可用于強腐蝕性的導電介質的測量。
電磁流量計主要用于尿素裝置中的甲銨液、熔融尿液的流量測量。在設計時需注意熔融尿液的溫度一般較高.對于襯里的選擇應滿足溫度要求。
  由于電磁流量計的電極所測出的幾毫伏交流電勢.是以變送器內液體電位為基礎的.為保證穩定地測量.在電磁流量計安裝時應特別注意變送器外殼與金屬管兩端應有良好的接地。
5質量流量計
  質量流量計分為科里奧利質量流量計和熱質量流量計。CO2汽提法尿素工藝需要對原料液氨進行計量.這時科里奧利質量流量計是唯一選擇。
  科里奧利質量流量計是利用流體介質在直線運動的同時處于一-旋轉系中產生與質量流量成正比的科里奧利力的現象.直接或間接測量科氏力.從而測得質量流量的儀表。
  由于科里奧利質量流量計測量結果不受溫度、壓力、黏度和密度等因素的影響。因此儀表測量精度比較高.可以達到+0.2%.并且該流量計對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.儀表前后也不需要設置直管段。
  受測量原理的限制.安裝科里奧利質量流量計時應注意避免在振動場合使用.并且安裝位置必須使測量管內充滿液體。
6結語
  在尿素裝置的儀表系統中,流量是一個重要的參數.其測量的結果對尿素裝置高效、穩定運行起著至關重要的作用。流量計的品種較多。在網一工況下的選型也并非唯一。在選型和安裝時必須根據以往尿素裝置的工程經驗.選擇經濟適用的流量計.充分考慮各種安裝要求.保障儀表的測量精度。

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