摘要:分析了原阿牛巴流量計氯氣流量測量不準的原因。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)了氯氣流量的準確測量。

青某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。該工序由兩條相同的工藝鏈A、B組成，主要設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，*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)，氯氣流量測量不準造成氯氣和氫氣配比不準，導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。

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0～2500Nm3/h，對應的差壓變送器量程為0～1.263kPa，介質(zhì)設計壓力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)流量呈線性對應關系。

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

在點火過程中氯氣流量穩(wěn)定值為400Nm3/h，而氯氣流量儀表*大量程為2500Nm3/h，這就要求儀表必須在小流量測量穩(wěn)定可靠后才能保證點火工作的順利進行。另外，該阿牛巴流量差壓變送器量程很小，壓差平方根與流量呈線性對應關系，因此壓差測量有較小誤差時便會引起較大的流量變化。對于該阿牛巴流量計，設流量為400Nm3/h時對應的壓差值為x，則圖0=400∶2500x=0.032kPa，表明開始點火階段通過阿牛巴流量計產(chǎn)生的壓差不超過0.032kPa(相當于3.2mmH2O)，該壓力*小，很難準確測量，所以在該工況下，如果使用節(jié)流元件測量氯氣流量則必須增大流量對應的差壓變送器量程。

對阿牛巴流量計進行拆檢時發(fā)現(xiàn)，本應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)設計值計算的，但實際工藝參數(shù)與設計值有所差別:設計介質(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*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出壓差與流量之間的關系進而求得流量：

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)。

*終氯氣流量儀表選用河南開封儀表廠生產(chǎn)的LGBF型不銹鋼標準節(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

氯氣流量作為氯化氫合成工藝中的重要指標，必須保證其測量準確性，稍有誤差便會引起操作人員誤操作，導致點火失敗，嚴重時還會造成氫氣和空氣燃燒不充分，形成混合型爆炸氣體引起爆炸。雖然阿牛巴流量計先進于節(jié)流孔板流量計，但在此工況中阿牛巴流量計的差壓變送器量程過小，加之工藝因素*終導致其流量誤差大，無法正常使用。節(jié)流孔板流量計由于節(jié)流元件的更換，使得流體流經(jīng)孔板前后的壓差增大(*大壓差從1.263kPa增大至6kPa)。此時再次計算400Nm3/h流量下對應的壓差值，即=400∶2500x=0.154kPa(相當于15.4mmH2O)，同樣的流量使用節(jié)流孔板流量計得到的壓差比阿牛巴流量計擴大了4.8倍，更加便于實現(xiàn)壓差的準確測量。

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

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)*選的流量計量裝置。此次技術(shù)改造方案可廣泛應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。