氯化氫合成爐氯氣流量儀表測量不準(zhǔn)原因分析與技術(shù)改造

史清國

(青海鹽湖股份有限公司化工分公司)

氯化氫合成爐氯氣流量儀表測量不準(zhǔn)原因分析與技術(shù)改造

史清國

(青海鹽湖股份有限公司化工分公司)

分析了原阿牛巴流量計氯氣流量測量不準(zhǔn)的原因。經(jīng)過技術(shù)分析，將原阿牛巴流量計改造為節(jié)流孔板流量計。改造后，氯化氫合成爐運行狀況良好，一般只需1h便可點火成功，實現(xiàn)了氯氣流量的準(zhǔn)確測量。

氯氣流量測量 氯化氫合成爐 節(jié)流孔板流量計

青海鹽湖股份有限公司化工一期鉀堿裝置氯化氫合成工序采用的是法國卡朋羅蘭工藝，該裝置承擔(dān)著氯化氫合成、生產(chǎn)合格的氯化氫氣體并外送、不合格氯化氫氣體吸收等任務(wù)。該工序由兩條相同的工藝鏈A、B組成，主要設(shè)備包括氯化氫石墨合成爐、成品冷卻器及降膜吸收器等。工藝流程為：將來自電解工序的干氯氣和干氫氣按照流量比1.0∶1.5送入氯化氫石墨合成爐，充分反應(yīng)后得到的氯化氫氣體經(jīng)成品冷卻器冷卻后進入氯化氫分配臺；開車階段，純度低的氯化氫氣體進入降膜吸收器用水或稀鹽酸吸收成為濃鹽酸，純度達到工藝要求的氯化氫氣體經(jīng)成品冷卻器送往氯乙烯裝置。自2010年10月份試車以來，氯化氫合成爐點火時間長且不穩(wěn)定，最長點火時間高達6h甚至點火失敗，經(jīng)濟損失巨大。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，氯氣流量測量不準(zhǔn)造成氯氣和氫氣配比不準(zhǔn)，導(dǎo)致合成爐點火時間長，且經(jīng)常無法點火，甚至發(fā)生合成爐系統(tǒng)爆炸著火等事故。為保障氯化氫合成爐的正常穩(wěn)定運行，對現(xiàn)有的氯氣流量儀表進行技術(shù)改造勢在必行。

1 原氯氣流量測量方案

1.1 點火工藝控制要求

氯化氫合成爐開始點火時，氫氣和空氣先點小火，通入氯氣后再緩慢降低空氣流量。氫氣和氯氣流量為斜坡自動控制，初始流量設(shè)定值為0，隨著時間增加流量值緩慢遞增，其時序圖如圖1所示。

圖1 氯化氫合成爐點火時序圖

1.2 流量儀表簡介

氯化氫合成工序選用的氯氣流量計是羅斯蒙特485型插入式一體化阿牛巴流量計，該流量計具有安裝簡便、壓損小、強度高、不受磨損影響及無泄漏等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)高爐煤氣、壓縮空氣及蒸汽等液體、氣體的流量測量。其流量測量范圍為0～2 500Nm3/h，對應(yīng)的差壓變送器量程為0～1.263kPa，介質(zhì)設(shè)計壓力183kPa，介質(zhì)溫度42.3℃，管道內(nèi)徑207mm。其工作原理為：通過測量管道軸線多點流速來反映整個管道的流量分布情況，在迎流面測量總壓(正壓)，在背流面或管壁測量靜壓(負壓)，兩者壓差的平方根與介質(zhì)流量呈線性對應(yīng)關(guān)系。

氫氣和空氣流量儀表均為一體化孔板流量計。

1.3 原因分析

對阿牛巴流量計進行拆檢時發(fā)現(xiàn)，本應(yīng)干燥的氯氣管道里存在水分，這使得本身很小的壓差測量更加困難，氯氣流量測量誤差更大。后分析發(fā)現(xiàn)，氯氣帶水由工藝原因造成。

阿牛巴流量計的壓差值是根據(jù)儀表數(shù)據(jù)表中的工藝參數(shù)設(shè)計值計算的，但實際工藝參數(shù)與設(shè)計值有所差別：設(shè)計介質(zhì)壓力為183kPa，溫度為42.3℃；實際壓力為145kPa左右，溫度為15.0℃左右。這在一定程度上也影響了阿牛巴流量計壓差值的準(zhǔn)確計算。

2 新流量計選型依據(jù)與技術(shù)分析

基于上述分析，需重新選用適用于該特殊工況的流量儀表來測量氯氣流量。綜合比較多種流量儀表的工作原理、應(yīng)用范圍、測量精度和維護要求，并考慮到氫氣和空氣流量儀表(一體化孔板流量計)采用同樣的流量儀表計量可降低最終的氯氣氫氣流量比誤差。經(jīng)過技術(shù)分析、數(shù)據(jù)計算確定采用孔板流量計，在重新選擇孔板時要對工藝參數(shù)進行修改。原流量儀表前后直管段足夠長，介質(zhì)為較純凈、充滿管道的氣體，滿足孔板流量計的安裝要求。孔板流量計的工作原理為：充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流孔板時，在孔板附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差。在已知有關(guān)參數(shù)的前提下，根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出壓差與流量之間的關(guān)系進而求得流量：

式中C——流出系數(shù)；

D——工作條件下，上游管道的內(nèi)徑；

d——工作條件下，節(jié)流件的節(jié)流孔或喉部直徑；

qm——質(zhì)量流量，kg/s；

qv——體積流量，m3/s；

Δp——節(jié)流裝置輸出壓差，Pa；

β4——直徑比；

ρ——被測介質(zhì)的密度，kg/m3；

ε——可膨脹系數(shù)。

最終氯氣流量儀表選用河南開封儀表廠生產(chǎn)的LGBF型不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔板流量計。為節(jié)約改造成本，配套的差壓變送器采用羅斯蒙特3051差壓變送器。依據(jù)節(jié)流孔板計算書更換節(jié)流孔板后的壓力損失為2kPa，占管道壓力145kPa的1.4%，壓損在工藝允許范圍內(nèi)。根據(jù)計算書，將差壓變送器的量程修改為0～6kPa，并將其輸出模式設(shè)為開平方根輸出。差壓變送器將所測壓差值轉(zhuǎn)換成4～20mA電流后送至DCS系統(tǒng)。

3 技術(shù)改造的優(yōu)勢

節(jié)流孔板流量計是應(yīng)用最為廣泛的節(jié)流式流量計，其性價比高，具有完善的標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程和大量的試驗數(shù)據(jù)，無需實流標(biāo)定。

本次改造所選用的節(jié)流孔板和差壓變送器均屬于技術(shù)成熟產(chǎn)品，應(yīng)用廣泛，實際使用效果良好，無不安全因素。

節(jié)流孔板流量計測量范圍寬、讀數(shù)準(zhǔn)確合理，適用于蒸汽、壓縮空氣、混合非易燃易爆氣體和各類液體的工業(yè)流量計量，其結(jié)構(gòu)簡單、牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長，維護要求低，是目前國內(nèi)首選的流量計量裝置。此次技術(shù)改造方案可廣泛應(yīng)用于對壓損要求不是十分嚴格的流量計量場合。

4 結(jié)束語

節(jié)流孔板流量計自改造投用以來，氯氣流量測量準(zhǔn)確，氯化氫合成爐運行穩(wěn)定可靠。改造后氯化氫合成工序開車過程趨于穩(wěn)定，改造前氯化氫合成點火需要5～6h才能順利點火，改造后一般只需1h便可點火成功。此次改造購買了兩臺節(jié)流孔板，解決了生產(chǎn)中的重要問題，經(jīng)濟效益顯著。

TH814

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1000-3932(2017)04-0419-03

2016-08-29，

2017-02-20)

史清國(1966-)，工程師，從事設(shè)備技術(shù)管理工作，shqg19660622@163.com。