三种新型流量计在醋酸装置中的应用
时间：2014-09-17 阅读：1532
流量测量是化工装置中的工艺要求。流量测量的方法多种多样，原理各不相同，如：差压式、浮子式、容积式、涡轮式、旋涡式、超声波式、科氏力质量式、热式、电磁式、靶式等等。一般要根据工艺要求如操作温度、压力；介质的粘度、导热系数、腐蚀强弱；管道允许阻力降大小；测量精度高低、价格以及现场维护方便性等来选择流量计的型式。
低压甲醇羰基法合成醋酸是以一氧化碳和甲醇为原料，羰基铑为主催化剂，氢碘酸、碘甲烷为助催化剂，在190℃、2.8MPa条件下合成粗醋酸，然后经闪蒸、分离提纯得到纯净醋酸产品，是目前生产醋酸的工艺。国内运用该技术生产醋酸的装置不断建设，正处于快速发展阶段。此工艺特点是高温、强腐蚀性，腐蚀介质除多种浓度和温度的醋酸外，还有氢碘酸、碘甲烷等*腐蚀介质，腐蚀环境复杂。
随着流量测量技术的不断进步，针对醋酸装置中原有部分孔板、涡街、涡轮、椭圆齿轮等流量测量仪表易磨损、被介质腐蚀泄漏、寿命短、维护工作量大等不足，在醋酸装置技改时，根据工艺要求以及不同介质的特点，选用多种新型流量计代替原设计的流量计，在生产实践中取得了良好效果，既满足了工艺要求又大幅度降低了投资和维护强度。下面简要介绍3种流量计的使用情况。
1一体化T型阿牛巴流量计
1.1阿牛巴流量计的特点
阿牛巴流量计是基于伯努利能量守恒原理和皮托管测量原理而发展起来的差压均速管流量计。其经历了3个发展阶段：第1代圆形阿牛巴，检测杆断面是圆形的；第2代宝石Ⅰ型，检测杆断面是菱形，第2代改进宝石Ⅱ型，检测杆断面是改进菱形；第3代T型阿牛巴，测量杆断面是T型。
T型阿牛巴流量计具有优良的本质抗堵性能，精度高稳定性好，突出的信噪比和量程比，一体化安装温压补偿，安装便利等特点。
阿牛巴流量计可以测量介质的体积流量或质量流量，T型阿牛巴与多参数变送器结合就可以测量出介质的质量流量，多参数变送器内置了高精度的差压变送器、绝压变送器、温度变送器、高速CPU和大容量数据存储器。该存储器存储了各种流体在不同压力、温度下在温度补偿公式中所需要使用的物性参数，包括密度、粘度、气体常数、压缩系数、等容比热等数据，根据流体实际变化的工作压力、温度进行实时、动态zui*的补偿计算，zui大程度的消除各个造成流量测量误差的因素。对于蒸汽流量测量
会自动判断蒸汽处于饱和、不饱和还*热的状态，并自动进行补偿计算。测量精度约1%，测量杆材质有不锈钢、哈氏合金，过程温度zui高可达677℃。
阿牛巴流量计特别适用于气体和蒸汽的测量，一体化阿牛巴流量计相对孔板流量计有以下主要优势：单一的一体化装配，节省部件；无需引压管；提高流量计的可靠性和测量精度；降低安装费用和时间；减少维护强度和费用；减少潜在的泄漏，减少环境污染；降低*压力降，节约能源；更能适应装置负荷的变化。
1.2阿牛巴流量计选用注意事项
阿牛巴流量计的机械尺寸是根据要安装的管道尺寸量身定制的，其流量测量范围也是根据用户提供的流量数据计算、标定的。因此提供的流量数据和管道数据一定要正确无误，否则会造成大的测量误差。
T型阿牛巴流量计虽然具有本质抗堵的特性，但下面2种情况需要注意：①流体中是否有黏粘性的杂质，比如说未经电除焦、除尘的水煤气，煤气中的焦油和粉尘等会黏附传感器上，大大影响测量精度。②流体中杂质较多，并且装置间歇操作，有经常停车而且时间长的情况。在断流的时间里，杂质可能会干燥，并结垢在传感器的表面，长年累月将堵塞取压口。
1.3阿牛巴流量计的应用
某厂1#醋酸生产装置中原料气CO和再沸器加热蒸汽的测量都是孔板流量计。原料气CO流程长，孔板流量计有6只，*压力损失大，随着装置负荷的不断提升，压缩机不得不提供更高的压力来克服阻力损失，孔板的参数（如：差压、量程、介质密度等数据都是事先设定的）无法适应负荷的显剧增加及负荷的较大波动，导致原料气计量很不准确。在2#醋酸装置中改用一体化阿牛巴质量流量计（可以进行温度、压力的实时动态补偿），几乎无*压力降，计量准确，满足了负荷不断提升的要求。
孔板流量计测量蒸汽流量时需要配套安装引压管、平衡罐、保温箱等，其缺点是静密封点多，易发生泄漏，同时为了防冻，还需要蒸汽伴热或电伴热。随着装置负荷的不断提升，孔板流量计量程也要随着更改，甚至要对孔板扩孔等等，计量不准确，维护工作量也大。因此在2#醋酸装置中所有蒸气流量测量选用一体化阿牛巴质量流量计，根据使用情况来看，其计量准确、量程范围大适应扩产需要、无泄漏、免维护，优势明显。
2电磁流量计
2.1电磁流量计的特点
①电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律工作的。因此只能测量导电液体的流量，不能测量气体、蒸汽及含有大量气体的液体的流量。
②电磁流量计无可动部分，也无阻流部件，因此基本无压力损失，可以测量含固体颗粒的矿浆和污水等液固两相流。
③电磁流量计仅有管道衬里和电极与被测液体接触，因此只要合理选择电极和衬里材料，即可以达到耐腐蚀、耐磨损的要求，如矿浆、盐酸、氢碘酸等。
④安装方便，只要满管，上直管≥5D，下直管≥2D，水平、垂直、倾斜安装均可。
⑤测量精度高，可以达到0.5%，可以作为装桶、装槽车等的计量。
⑥量程比大，一般为1：20，在现场可以根据需要，可扩大或缩小量程，不需停车处理。
2.2电磁流量计的选用、安装
电磁流量的选用和安装是很重要的环节，有*的专业性，下面作详细的介绍：
适用介质：电磁流量计能否适用首先是根据介质电导率来判断，被测介质的电导率应大于20μs/cm。更低电导率介质的流量可以用陶瓷衬里、铂电极的电磁流量计测量，但陶瓷衬里易碎，使用效果不理想。
口径选择：流量计口径不一定与管径相同，应视流量而定。流程工业输送水等粘度不高的液体，管道流速一般是经济流速1.5-3m/s，电磁流量用在这样的管道上，传感器口径与管径相同即可；用于易粘附、沉积、结垢等物质的流体选用流速应不低于2m/s，提高到3-4m/s，起到自清扫、防止粘附沉积等作用；用于矿浆等磨耗性强的流体，常用流速应低于2-3m/s，以降低对衬里和电极的磨损；在测量接近阈值的低电导液体时，尽可能选定较低流速（0.5-1m/s），因流速提高流动噪声会增加，而出现输出晃动现象。
过流部件材质选择：与液体接触的传感器的零部件有衬里、电极、接地环和密封垫片。
常用衬里材料有氟塑料、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶和陶瓷，其材料的耐磨耗性、耐腐蚀性和使用温度上限等影响仪表对液体适应性。氟塑料具有优良的耐化学腐蚀性，但耐磨性差，不能用于测量矿浆液，使用温度小于180℃；氯丁橡胶用于非腐蚀性或弱腐蚀性液体，如工业用水、废污水及弱酸碱，价格zui为低廉；聚氨酯橡胶有*的耐磨性，但耐酸碱的腐蚀性较差适用于煤浆、矿浆等，介质温度要低于40℃-60℃/70℃；氧化铝陶瓷有*的耐磨性和对强酸碱的耐腐蚀性，适用于有腐蚀性的矿浆，但性脆，安装夹紧时易碎，可用于较高温度（120℃-140℃/180℃）。
电极对测量介质的耐腐是选择材料首先考虑的因素，其次考虑是否会产生钝化等表面效应和所形成的噪音。电磁流量计电极的耐腐蚀性要求很高，不允许腐蚀或严格地说只允许极低的腐蚀速率，否则会破坏电极与衬里间的密封性，常用金属材料有含钼耐酸钢、哈氏合金、钛、钽、铂铱合金，几乎可覆盖全部化学液，此外还有适用于浆液等的低噪声电极，他们是导电橡胶电极、导电氟塑料电极和多孔性陶瓷电极，或包裹这些材料的金属电极。
接地环是安装在连接塑料管道或绝缘衬里金属管道的流量传感器两端，他们的耐腐蚀要求比电极低，允许有一定腐蚀，可定期更换，通常选用耐酸钢或哈氏合金。金属工艺管道直接与流体接触就不需要接地环。
配管、安装：电磁流量的配管安装不符合要求会导致流量计输出晃动、零点不稳定、使用寿命短、甚至损坏。主要应遵循以下原则：
①传感器的上流侧不要紧靠阀门、弯头等影响流体流动的装置；下流侧不能安装泵，以防止形成负压；调节阀等节流仪表宜安装在流量计下游，特别是装桶、装置槽车等排空管道。
②配管设计时要确保测量管满管，上、下游要保持5D和2D的直管段。
③安装方向则要注意：在测量液固两相介质的流量时，传感器垂直安装比较妥当，一则可以防止液固两相介质在较低流速时产生两相分布的不均匀或相分离，以减少由此引起的附加误差。二则可以使传感器四周的衬里磨损比较均匀，在垂直安装时，流动方向应该自下而上，这样才能保证传感器始终充满介质。在水平安装时，传感器两电极的连线应该是水平的，这样如果介质中含有气泡，或者产生沉淀时不至于造成转换器输入端开路等现象。
④有些工况需在管道内注入化学药品，注入后会导致液体导电率不均匀对电磁流量计输出信号产生干扰。对此，可在流量计下游注入，如需在上游注入则注入点应与流量计保持一定距离，使液体混合均匀。
⑤安装在塑料管道或内衬管道上必须使用接地环。
2.3电磁流量计的应用
某厂1#甲醇低压羰基法装置中工艺介质的流量测量均采用孔板流量计，在下列3种工艺介质条件下的孔板流量计使用不理想，因此在2#装置中改用电磁流量计，取得了良好效果。①含有氢碘酸的工艺介质腐蚀性*，孔板、取压法兰、根部阀、导压管等材质均为锆合金或哈氏合金，1寸到8寸的孔板流量计，其价格为10-50万元/套。因此在2#装置中全部选用电磁流量计，衬里材料为PTFE，电极材料为钽，价格在3-10万元/套之间，节省了大量的费用。②醋酸水溶液介质腐蚀性强，316L不锈钢材质的导压管、根部阀、卡套、五阀组等存在均匀腐蚀，半年左右就产生泄漏，需更换这些部件，维护工作量大且费用高。在2#装置中选用电磁流量计，到目前为止运行良好。③介质为醋酸水溶液、碘甲烷不相混溶的两相流，孔板流量计常常因导压管中易积累碘甲烷相（重相）导致测量误差很大，影响工艺操作，需要频繁的进行现场排液，维护工作量大且排出物毒性大，危害操作人员身体健康。在2#装置中选用电磁流量计，计量准确，克服了孔板流量计测量2相流时存在的弊端。
由于经验不足，电磁流量计在2#装置中也有应用不成功的地方：①纯度较高的醋酸电导率<5μs/cm，我们是选用陶瓷衬里，陶瓷衬里易碎，在使用过程中由于施工或管道振动的原因，无一例外的都出现破裂、泄漏而损坏。②使用温度不要高于160℃，否则易出现PTFE衬里损坏。③在成品塔塔顶产品出料测量时，成品醋酸电导率低，电磁的测量精度达不到要求，计量不准确，后改用质量流量计，才解决问题。④电磁流量计的流速不宜过高：有一台流量计口径为1英寸，前后管道为3英寸，投运后，由于流
量管内液体流速达到7m/s，产生强烈的噪声，管道剧烈的振动，后更换为2英寸管径的，问题得到解决。因此设计选型时即使为了节省投资流量计口径也不宜选得过小，流速选择在2.2中已有论述。
3超声波流量计
3.1超声波流量计的特点
超声波流量计的测量原理主要有时差式和多普勒式。多普勒式超声波流量计只能用于测量介质中含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，它对被测介质要求比较苛刻，既不能是洁净水，同时杂质含量要相对稳定，才能稳定测量。目前生产zui多、应用范围zui广泛的是时差式超声波流量计，它主要用来测量洁净的流体流量。
时差式超声波流量计按换能器安装方式可以分为外贴式、管段式、插入式3类：
外贴式：有便携式和固定式两种，安装换能器无需管道断流，即贴即用。便携式超声波流量计具有很大的机动性，主要用于对不同管道的流体流量作临时测量，使用内置充电电池供电；固定式超声波流量计在某一固定位置，对某一特定管道内的流体的流量进行长期不间断的计量，使用220V交流电源，有4-20mA信号输出等功能。
管道式：将换能器与测量管道组成一体，测量精度也较其他超声波流量计高，但安装时必须断流切开管道才能进行，但传感器可以不停产维修。其测量管材质有碳钢、316L不锈钢、哈氏合金C等，一体型测量温度可达140℃，对于高温介质可用分体型，zui高温度可达180℃。可以测量固体颗粒含量<5%（按体积计）或气体含量<2%（按体积计）的均匀流体，测量精度可达0.5%。
插入式：在安装时可以利用专门工具在有流体的管道上打孔，把换能器插入管道内，其信号的发射、接收不经过管壁和管衬，所以它的测量不受管道和管衬材质的影响。插入式传感器可以避免耦合剂的问题，能够在管路内壁严重结垢或流体含气的情况下，实现稳定可靠的测量。
3.2传感器类型的选择对比
①便携式外贴超声波流量计，使用方便，zui适用于评估管网流动状况或用作检查管道上其它流量仪表的运行情况。
②外贴式传感器不存在直接腐蚀的问题，但管道内表面腐蚀结晶，也会造成测量不准。
③外贴式传感器由于偶合剂在使用一段时间后易出现发干的现象，影响检测效果，在较大的直径的管道上不宜使用。
④外贴式传感器短时测量时用黄油，也可用凡士林等酯类，长期测量可用硅酯或硅胶。
⑤外贴式传感器不适用于测量气体。
3.3超声波流量计的安装
超声波流量计换能器不合理安装是使其不能正常工作的主要原因。安装换能器需要考虑位置的确定和方式的选择两个问题。确定位置时除保证足够的上下游直管段外（*D，后5D），尤其要注意换能器尽量避开有变频调速器、电焊机等污染点源的地方。在安装方式上，主要有V方式和Z方式，通常情况下，管径小于300mm时，采用V方式安装，管径大于300mm时，采用Z方式安装。
3.4超声波流量计的应用
在醋酸装置中对于低电导率强腐蚀的纯醋酸介质选用316L材质管道式超声波流量计取代原有孔板和陶瓷内衬电磁流量计取得了良好效果，克服了孔板流量计易腐蚀泄漏、维护费用高和陶瓷内衬电磁流量计易夹碎、不抗温度剧烈变化而损坏的缺点。原有循环水总管（DN700）的流量测量为涡轮流量计，其投运1年后，由于涡轮流量计轴承磨损，计量误差很大，后用外夹固定式超声波流量计取代，运行稳定，克服了涡轮流量计轴承较易磨损，寿命较短的缺点。
在化工企业，单个换热设备的冷却水一般都不安装流量计计量。但有时候需要标定每个设备的能力，为扩建改造和新建装置提供设计依据。目前我们正在进行第3套60万吨/年醋酸装置的设计，在不停车状况下，用便携式超声波流量计测量换热器的循环水流量，获得了大量的数据，就可以准确的分析和标定众多换热器的能力，为更好的设计第3套装置提供料可靠的依据，同时也节省了安装众多流量计的费用，又避免装置停车造成不必要的损失。
结束语
在醋酸装置技改过程中，用阿牛巴流量计取代原料煤气、蒸汽、甲醇管道上的孔板、涡轮、椭圆齿轮等流量计；用电磁流量计取代强腐蚀性的氢碘酸和醋酸且电导率>20μs/cm的介质管道上的孔板流量计；用管道式超声波流量计取代低电导率且腐蚀性强的纯醋酸管道上的孔板、涡轮、陶瓷内衬电磁流量计；用便携式超声波流量计测量各个循环水用户的流量等等都达到了预期目的。这些新型的流量测量仪表，有其*的特点，在很多领域得到了越来越广泛的应用，每一种仪表都不是的，因此，在工程应用中，根据工艺要求及介质的特点正确选型、配管设计、安装是发挥这些仪表优势的重要环节，必须引起我们的高度重视。