淺議硫磺制酸裝置中冷凍水流量計及其他流量計的選用

摘要: 介紹了硫磺制酸裝置各種介質(zhì)流量計的選型及使用情況，探討了流量計應(yīng)用的考量點、流量計檢定及能源計量的合規(guī)性等多方面問題。實踐證明: 自動化儀表控制是減少裝置安全風(fēng)險的根本性手段。自動化儀表方案一定要簡單有效，配置的檢測設(shè)備要能很好適應(yīng)所測量的環(huán)境，*好能達到 3年免維護穩(wěn)定可靠運行，并且價格不高。
流量、物位、溫度、壓力是過程控制的四大參數(shù)，但流量的測量*為復(fù)雜。如何選用好流量計一直是行業(yè)難點。流量計相關(guān)的理論書籍很多，產(chǎn)品資料也很豐富，一方面很好地指導(dǎo)了流量計的應(yīng)用，另一方面也容易產(chǎn)生選用流量計上的困惑。借鑒各行業(yè)積累的成功應(yīng)用案例，是減小選用風(fēng)險*為有效的途徑。如選用的儀表能一步測量到位、長期穩(wěn)定運行，不僅能提高生產(chǎn)控制的安全可靠性，還能有效控制環(huán)保指標(biāo)，節(jié)能降耗。
硫磺制酸裝置涉及的流量測量有工藝水、循環(huán)水、生活水、脫鹽水、污水、硫酸銨、硫酸鈉、液氨( 氣液混合氨) 、液體硫磺、130 ℃ 以下硫酸、230 ℃ 以下硫酸、低壓蒸汽、中壓蒸汽、壓縮空氣、儀表空氣、主風(fēng)機風(fēng)量、尾氣等。
 1 各介質(zhì)流量計的選用
1. 1 工藝水、循環(huán)水、生活水流量測量工藝水、循環(huán)水、生活水流量測量可選用差壓類、電磁類、渦街類、旋翼螺翼類、渦輪類、超聲波等流量計。
水類介質(zhì)一般不復(fù)雜，旋翼螺翼流量計( 或帶傳訊裝置) 和冷凍水流量計是較好的選擇。旋翼螺翼流量計阻力小，較為節(jié)能，量程比在 100 以上，有的甚至達到 250。在水流量大范圍變化時也能實現(xiàn)準(zhǔn)確測量，其壽命一般超過 10 年，基本免維護。旋翼螺翼流量計價格非常便宜，是冷凍水流量計的 1 /2 以 下。如要冷凍水流量計運行超過 10 年，建議選用進口品*產(chǎn)品。
其他類型流量計量程比都比較小，一般在 30 以下; 有的價格高，有的需要維護，有的有可動部件。旋翼螺翼流量計也有可動部件，但大品*壽命一般在 10 年以上。
對于 DN800 以上大口徑流量測量，如輸送泵帶變頻裝置，仍推薦選用進口冷凍水流量計，可靠又節(jié)能; 如選國產(chǎn)產(chǎn)品，建議做好表頭備件。如對管路阻力不敏感，可考慮選用孔板流量計，其測量系統(tǒng)非常便宜。選超聲波流量計要慎重，因為管道的結(jié)垢、銹蝕和腐蝕*可能造成超聲波失信或信號品質(zhì)差，從而導(dǎo)致測量失靈。
1. 2 污水流量測量
污水流量測量可選冷凍水流量計、差壓類流量計、超聲波流量計。硫酸的污水流量變化較大，推薦選用冷凍水流量計，其電*材質(zhì)可考慮選用哈氏合金、鉭。
1. 3 脫鹽水流量測量
脫鹽水流量測量可選用差壓類流量計、旋渦類流量計。差壓類流量計如孔板或噴嘴流量計價格便宜，如量程比要求不高，可以選用。旋渦流量計推薦選用橫河 DY 型，筆者使用過十幾臺該類型的流量計，歷經(jīng) 10 多年沒有一臺出現(xiàn)問題，該流量計還可以耐受很高程度的振動。對電導(dǎo)率較高的脫鹽水，也有建議選用電容式冷凍水流量計，但該流量計比較貴，并且在低電導(dǎo)率下運行不太穩(wěn)定。
1. 4 硫酸銨、硫酸鈉流量測量
硫酸銨、硫酸鈉流量測量可選用冷凍水流量計、質(zhì)量流量計。質(zhì)量流量計可增選密度輸出，對硫酸銨、硫酸鈉的操作指標(biāo)控制有幫助。不過結(jié)垢對質(zhì)量流量計密度測量影響比較明顯，需定期清理，比如配管增加熱水或蒸汽的沖洗接口。
1. 5 氨流量測量
氨屬于價值較高的介質(zhì)，且易氣化，建議氨流量測量直接選用質(zhì)量流量計。該流量計不僅準(zhǔn)確，且量程比高。選用前需對氨的壓力和溫度作細(xì)致考證。如確定氨存在氣液混相，建議選橫河質(zhì)量流量計，流量大時還需多個流量計并聯(lián)使用。筆者有連續(xù) 4 年使用該流量計的經(jīng)歷，該流量計可測量程比超過 600，物料核算合理且長期穩(wěn)定。
1. 6 液體硫磺流量測量
液體硫磺流量測量可選用質(zhì)量流量計、轉(zhuǎn)子流量計、超聲波流量計、楔式流量計、渦街流量計等。如該流量計長期測量穩(wěn)定準(zhǔn)確，可為有效預(yù)防升華硫提供條件，也便于核算消耗。經(jīng)驗表明，羅斯蒙特 CMF 質(zhì)量流量計可實現(xiàn)該目標(biāo)。筆者曾用過一款 E+H 質(zhì)量流量計，有時零漂特別大。橫河質(zhì)量流量計據(jù)說也有成功運行的業(yè)績。有條件的單位盡量選用進口質(zhì)量流量計。有資料或廠家對質(zhì)量流量計有如下使用要求: 需要加支撐，手不能摸，風(fēng)吹大了有影響，不能有安裝應(yīng)力。實際這些要求都可忽略，現(xiàn)實應(yīng)用中幾乎沒有這么理想的條件。轉(zhuǎn)子流量計容易出現(xiàn)卡澀。筆者認(rèn)為，設(shè)備供應(yīng)商可以對導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進行改進，以解決轉(zhuǎn)子流量計卡澀的問題。
超聲波流量計國外有應(yīng)用業(yè)績，施工安裝稍顯麻煩，且價格較高。
楔式流量計因采用差壓原理，會有零漂，量程比偏低，準(zhǔn)確性也不太高。
渦街流量計*好選用國產(chǎn)機械濾波產(chǎn)品，響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，準(zhǔn)確性尚可。如是卡片式，可不需要夾套。渦街流量計是以上流量計中價格*便宜的，可測量量程比在 10 以上; 如表頭質(zhì)量好，可實現(xiàn) 3 年免維護運行。限于雷諾數(shù)考慮，表壓損稍大。筆者用過橫河 DY 產(chǎn)品，該流量計不穩(wěn)定，甚至不能測量，可能其柱塞結(jié)構(gòu)并不適合該測量環(huán)境。其他如 E+H 電容式流量計有撓舌結(jié)構(gòu)，間隙小，有硅油; 羅斯蒙特流量計采用波紋管結(jié)構(gòu)，下限死區(qū)大，探頭可在線更換。這些進口的渦街流量計結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不一定適用液體硫磺流量測量。
1. 7 130 ℃以下硫酸、230 ℃以下硫酸流量測量
130 ℃以下硫酸流量測量可采用冷凍水流量計，準(zhǔn)確穩(wěn)定。貿(mào)易計量時建議采用 2 個進口冷凍水流量計串聯(lián)對比使用，其精度可媲美質(zhì)量流量計。也可采用質(zhì)量流量計，但價格較高。筆者曾見過 2個進口質(zhì)量流量計在常溫硫酸介質(zhì)使用不到 3 年，振蕩管均在同一位置出現(xiàn)了裂紋。 230 ℃以下硫酸流量測量可采用弗萊克森超聲波流量計、多孔孔板流量計。如管道內(nèi)壁腐蝕比較嚴(yán)重，超聲波流量計有可能會出現(xiàn)測量失靈。采用蒸發(fā)器酸側(cè)本身的壓差，也可以模擬出流量的測量，完全可滿足操作控制、聯(lián)鎖的需要。
1. 8 低壓蒸汽、中壓蒸汽流量測量
低壓蒸汽、中壓蒸汽流量測量可采用的流量計有差壓類( 孔板、多孔孔板、噴嘴、德爾塔巴、阿牛巴、V 錐) 流量計、渦街流量計。如需要測量范圍大、測量精度高，450 ℃ 以下蒸汽流量測量優(yōu)先選用橫河 DY 渦街流量計，427 ℃以下也可選用其他進口品*產(chǎn)品。如測量元件需要檢定，則選標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴類流量計?，F(xiàn)在使用文丘里流量計的用戶已經(jīng)很少了。如溫度太高，口徑太大，特別是飽和蒸汽并需要檢定，噴嘴流量計幾乎是**的選擇。
如是生產(chǎn)操作控制需要，則以上流量計均可作為選用對象。但不推薦 DN150 以下選用差壓類流量計。該類流量計價格較高、測量范圍窄、精度較低。筆者曾遇到這種情況: 蒸汽管道 DN150 選用了多參量阿牛巴流量計，該流量計量程差壓不足 1 kPa，使用時出現(xiàn)測量波動范圍大( 0. 5 ～ 6. 0 t /h) ，物流核算偏大或不穩(wěn)定; 換成進口渦街流量計后，流量基本穩(wěn)定在 2. 2 t /h，完全符合工藝狀態(tài)，物流核算也準(zhǔn)確，該流量計價格還便宜。但如下情況可以直接選高壓差標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計: 流量波動范圍不大、對壓損不敏感、精度要求不高、要求投資成本低。
1. 9 主風(fēng)機風(fēng)量、尾氣流量測量主風(fēng)機風(fēng)量、尾氣流量測量建議直接選巴類流量計，有條件的廠家可選進口產(chǎn)品。進口巴類流量計一般壓差大、測量穩(wěn)定性好、適應(yīng)流態(tài)好、數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確。巴類流量計壓損低，在大流量測量中，*低的阻力降具備很大運行效益。不建議選多孔板、V 錐、孔板等高壓差類型產(chǎn)品。尾氣在線分析廠家往往使用皮托管測量流量，測量值多只有實際值的 65%。能不能用該類流量計測量值得分析探討。筆者建議選巴類流量計。其有均壓結(jié)構(gòu)，容易實現(xiàn)準(zhǔn)確測量。
1. 10 壓縮空氣、儀表空氣流量測量壓縮空氣、儀表空氣流量測量可選用橫河 DY等進口品*渦街流量計，*好減小一級選型。該類流量計價格不高，量程比*大。
2 有關(guān)流量計應(yīng)用的探討
2. 1 流量計是否可用的基本考量點
實際流量發(fā)生變化時流量計測量的值也要相應(yīng)變化; 實際流量為 0 時，流量計測量結(jié)果也要為零( 可有限切除) 。無論什么產(chǎn)品，如不能連續(xù) 1 年以上實現(xiàn)這兩點要求，產(chǎn)品質(zhì)量都值得懷疑。如產(chǎn)品經(jīng)過認(rèn)真分析整改仍然實現(xiàn)不了，就應(yīng)考慮改型或改換產(chǎn)品。
流量測量是否正常，有時受安裝因素影響。比如曾有一臺 V 錐流量計測量蒸汽，原來經(jīng)常出現(xiàn)蒸汽實際流量為 0 時流量計測量值卻為滿值，且不隨實際蒸汽流量的變化而變化的問題。但該流量計取壓整改后恢復(fù)正常。
筆者曾試驗過 2 個國產(chǎn)品*渦街流量計測量壓縮空氣流量，均出現(xiàn)實際流量變大時渦街流量計測得的流量反而變小，而串聯(lián)的橫河 DY 渦街流量計反應(yīng)正常。說明實現(xiàn)上述兩個考量點并不容易。
2. 2 流量計檢定
有些流量計實際上是無法得到法定檢定結(jié)果的，比如測量蒸汽的 V 錐、德爾塔巴等流量計，但實際應(yīng)用中仍會大量使用。一些產(chǎn)品樣本所宣稱的精度或檢定也**于水的標(biāo)定結(jié)果，實際精度大多沒有實際標(biāo)準(zhǔn)去驗證，也得不到蒸汽條件下的檢定**。迄今為止，筆者沒有了解到哪個用戶能全面地、真正地按規(guī)范要求對強檢流量計實施檢定，檢定往往是選擇性的、局部的。這當(dāng)然也不能完全怪用戶的不作為，操作上實在有難度，財力物力消耗巨大; 某些介質(zhì)能有一個流量儀表反映流量變化趨勢就不錯了。這些難題值得行業(yè)人員不斷地研究和探討。
2. 3 關(guān)于直管段
大多數(shù)流量計都需要直管段，但如果實際條件實在不能滿足，技術(shù)人員可通過分析管路的流態(tài)、合理選 型、調(diào)整施工安裝方式，實現(xiàn)較好的測量效果。
比如測量鼓風(fēng)機 DN1 800 空氣管壓縮氣體流量，風(fēng)機出口直管段只有 5 m 左右，進口直管段 4 m左右，進、出口管兩端都是 90°彎。初始流量計安裝在出口管，流量測量值直接超過量程，后改為安裝到風(fēng)機進口。改造后，無論采用進口或國產(chǎn)的均速管、V 錐流量計，均實現(xiàn)了很好的測量效果。再如其他管段式儀表，工藝管和流量計兩者的內(nèi)徑差或安裝錯位大多會導(dǎo)致測量值超標(biāo)。 2. 4 關(guān)于差壓式流量計以筆者看來，差壓式流量計遠沒有理論所講的那么簡單。
示例 1: 2 種類型流量計串聯(lián)測量 0. 5 MPa、微過熱、20 t /h 的蒸汽流量。兩表相距 6 m 左右，采用同一溫度和壓力、使用相同溫壓補償模塊進行補償。測量結(jié)果曲線見圖 1。

根據(jù)物料平衡反復(fù)研究，渦街流量計測量的質(zhì)量流量動態(tài)曲線比較客觀反映了蒸汽流量的變化; 而 V 錐流量計測量的質(zhì)量流量偏大 5%。說明該差壓流量計元件沒能產(chǎn)生和實際流量變化對應(yīng)的差壓。
示例 2: 德爾塔巴和 V 錐流量計串聯(lián)測量某蒸汽流量。蒸汽流量在 40 t /h 左右時，德爾塔巴流量計測量值比 V 錐流量計少 6 t /h。根據(jù)物料平衡分析結(jié)果來看德爾塔巴流量計更準(zhǔn)確。在運行 4 年 后，德爾塔巴測量值出現(xiàn)下降，2 個流量計測量差增加到 10 t /h。經(jīng)各方面檢查無明顯異常。這說明有的差壓類流量計產(chǎn)生的差壓值穩(wěn)定性不好。
示例 3: 某測量水流量的 V 錐流量計開始時測量正常，運行 3 年后無法正常測量。技術(shù)人員多次檢查和調(diào)試都沒有效果，換冷凍水流量計后測量非常靈敏穩(wěn)定。這進一步說明了差壓類流量計的復(fù)雜性。介質(zhì)流態(tài)對差壓類流量計測量結(jié)果也有巨大影響。
有廠家推出槽管差壓式流量計。這種創(chuàng)新精神及解決用戶的可測量問題值得稱贊。但其宣稱槽管差壓式流量計有 500 ∶ 1的量程比值得商榷。先不說測量元件線性度、可重復(fù)性、普適性是否都處于數(shù)學(xué)可明確表達的范圍，至少不能把差壓變送器可測量出的差壓值，比如將幾十帕或幾百帕以下，也直接理解為能反映流量值。正如幾乎所有差壓變送器測量流量時都有零漂一樣，正負(fù)漂移都不能當(dāng)做流量的測量值，多大的漂移不能算其實有時候很難界定。其對常用流量范圍的測量值有多大影響也不易評估。
2. 5 渦街流量計
渦街流量計原理上與介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)，沒有可動部件，沒有差壓式流量計類似的零漂，量程比大，且國外品*產(chǎn)品測量模型成熟，產(chǎn)品不容易損壞。這也是筆者推崇進口渦街流量計的原因。
某國產(chǎn)產(chǎn)品宣稱其渦街流量計量程比超過80 ∶ 1，從理論上和實踐應(yīng)用上都難以置信。筆者曾就液體硫磺流量測量向其咨詢，反饋的結(jié)果是和常規(guī)渦街流量計的可測量范圍差不多，壓損還更大，價格很高，已接近質(zhì)量流量計價格了。旋進旋渦流量計應(yīng)用時*好加過濾器，以防止堵塞。
2. 6 不輕易使用插入式流量計
類似插入式冷凍水流量計、插入式渦街流量計、靶式流量計等，以點帶面測量流量本身有難度，介質(zhì)往往因為流量計的插入導(dǎo)致介質(zhì)流態(tài)更加惡化，更難準(zhǔn)確測量。靶式流量計還存在非流量應(yīng)力產(chǎn)生的嚴(yán)重干擾問題。
2. 7 能源計量的合規(guī)性
GB 17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》對各能源介質(zhì)測量準(zhǔn)確性要求很高。其實有些介質(zhì)流量的測量，不要說準(zhǔn)確度要求，有時連是否能穩(wěn)定可靠的測量都很困難。產(chǎn)品價格昂貴、流量計的周期檢定也是生產(chǎn)廠家難以逾越的坎。
2. 8 安全儀表系統(tǒng)
2014 年，**安監(jiān)總局發(fā)布〔2014〕116 號文《**安全監(jiān)管總局關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》，相關(guān)內(nèi)容有: 1) 從 2018 年 1 月 1 日起，所有新建涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學(xué)品儲存設(shè)施要設(shè)計符合要求的安全儀表系統(tǒng)。其他新建化工裝置、危險化學(xué)品儲存設(shè)施安全儀表系統(tǒng)，從 2020 年 1 月 1 日起 ，應(yīng)執(zhí)行功能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計符合要求的安全儀表系統(tǒng); 在役裝置 2019 年底前完成安全儀表系統(tǒng)評估和完善工作。 2) 老舊裝置及新建項目如未配套安全儀表系統(tǒng)和未進行 SIL 定級則將不核發(fā)新的《安全生產(chǎn)許可證》。
筆者無法預(yù)測該規(guī)定是否會得到認(rèn)真有效地執(zhí)行，但面對日益嚴(yán)格的安全管控趨勢，硫酸行業(yè)這么多生產(chǎn)廠該何去何從。
安監(jiān)總科技〔2016〕100 號文《關(guān)于推動安全生產(chǎn)科技創(chuàng)新若干意見》指出，應(yīng)系統(tǒng)部署機械化換人、自動化減人這一科技創(chuàng)新在安全生產(chǎn)中對遏制重特大事故的作用。顯然，實施好的流量儀表檢測方案，能促進這些工作，也是基礎(chǔ)性工作。
筆者認(rèn)為，自動化儀表控制才是減少裝置安全風(fēng)險根本性的主要手段。其中需要注意以下兩點:
1) 儀表選型要很好適應(yīng)所測量的環(huán)境，*好能達到 3 年免維護穩(wěn)定可靠運行，冗余的儀表也要滿足。筆者過去十幾年使用國產(chǎn)帶有電子線路的儀表中，3 年內(nèi)大部分都會出現(xiàn)故障，甚至報廢。而進口的( 含合資) 大多數(shù)產(chǎn)品十幾年自身不會出現(xiàn)故障，偶爾會有測量問題。
2) 涉及聯(lián)鎖、控制、報警等諸多相關(guān)內(nèi)容，都需要將工作做扎實。自動化儀表方案一定要優(yōu)化有效，配置的檢測設(shè)備*好一步到位成功運營，且價格不高。只有這樣，類似的安全儀表系統(tǒng)、自動化減人才能得到公司的大力支持，**的政策才能真正落地，企業(yè)的安全才能得到真正的、*大程度的保障。