1引言
稀硝酸生產(chǎn)是一種連續(xù)的化工生產(chǎn)過(guò)程，各種物料在高溫、高壓條件下，不斷進(jìn)行著化學(xué)反應(yīng)和物理變化。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外均主要采用雙加壓法生產(chǎn)稀硝酸，首先液氨經(jīng)過(guò)液氨過(guò)濾器，再通過(guò)氨蒸發(fā)器變?yōu)闅獍保M(jìn)入氨空混合器與空氣充分混合后送入氧化爐進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，生成氧化氮?dú)怏w，氧化氮?dú)怏w通過(guò)吸收塔經(jīng)水吸收后變?yōu)楹趸餁怏w的稀硝酸，再經(jīng)過(guò)漂白塔后通過(guò)空氣將溶解氣體吹出，即可生產(chǎn)出需要的成品——稀硝酸。在稀硝酸生產(chǎn)過(guò)程中，為了良好的控制生產(chǎn)，必須及時(shí)了解生產(chǎn)過(guò)程中氨、空氣、稀硝酸、蒸汽的流量，保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
流量測(cè)量?jī)x表種類(lèi)繁多，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)儀表性能、介質(zhì)特性、環(huán)境條件、安裝條件和經(jīng)濟(jì)因素方面綜合考慮。本文結(jié)合稀硝酸裝置的工藝特點(diǎn)，介紹了稀硝酸裝置中幾種常用流量計(jì)的應(yīng)用。
2稀硝酸裝置中的流量測(cè)量
2.1差壓式流量計(jì)
2.1.1孔板流量計(jì)
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置與差壓變送器組合，可用于測(cè)量液體、氣體、蒸汽的流量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、性能穩(wěn)定可靠、價(jià)格低，其標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量元件——孔板符合全世界的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在稀硝酸裝置中，測(cè)量低壓蒸汽、蒸汽冷凝液等介質(zhì)時(shí)，在精度和壓力損失允許的情況下，常采用孔板流量計(jì)測(cè)量其流量。但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該流量計(jì)存在以下缺點(diǎn)：
(1)孔板安裝的精度以及孔板與差壓變送器之間所裝引壓管導(dǎo)致的信號(hào)失真，使得孔板流量計(jì)測(cè)量正確性不高，因此當(dāng)測(cè)量精度要求較高時(shí)，該流量計(jì)難以滿(mǎn)足工藝要求。
(2)孔板流量計(jì)量程較小，量程比一般為3：1，當(dāng)介質(zhì)流量變化較大時(shí)，將影響其準(zhǔn)確性。
(3)引壓管容易產(chǎn)生泄露、堵塞、凍結(jié)等故障，且較臟的介質(zhì)易引起取壓孔堵塞，維護(hù)工作量較大。
(4)孔板入口的邊緣易磨損會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度降低，性能不穩(wěn)定，需定期進(jìn)行更換。
2.1.2威力巴流量計(jì)
在上世紀(jì)90年代，美國(guó)VERIS公司推出全新勻速流量探頭——威力巴，它通過(guò)多組取壓孔來(lái)檢測(cè)流體產(chǎn)生的差壓，取平均差壓后將信號(hào)送至變送器來(lái)檢測(cè)流量。該流量計(jì)也是一種差壓式流量計(jì)，它提高了一次源的測(cè)量精度，但壓力損失與傳統(tǒng)孔板流量計(jì)相比，僅為孔板流量計(jì)的十分之一。
下面以年產(chǎn)10萬(wàn)噸稀硝酸裝置中，進(jìn)汽輪機(jī)的過(guò)熱蒸汽為例，比較選用威力巴與選用孔板流量計(jì)二者的在能量損耗方面的差別。進(jìn)汽輪機(jī)蒸汽管徑為159×8mm、壓力為3.9Mpa（表壓）、溫度為450℃，正常流量是15T/h，在正常工況流量下，威力巴流量計(jì)產(chǎn)生的壓力損失為0.126KPa，孔板流量計(jì)產(chǎn)生壓力損失為26.898Kpa。通過(guò)計(jì)算，將差壓損失折合成蒸汽，孔板流量計(jì)比威力巴流量計(jì)每小時(shí)多損失40Kg過(guò)熱蒸汽。
威力巴流量計(jì)與孔板流量計(jì)相比，測(cè)量精度高、量程比大、管道壓損小、高效節(jié)能，同時(shí)安裝簡(jiǎn)單，僅需要幾厘米的焊接孔，安裝費(fèi)用小很多。
稀硝酸裝置中，進(jìn)氨空混合器前氣氨及空氣的流量測(cè)量也采用威力巴流量計(jì)，可以最大程度地減少氨和空氣的壓力損失，同時(shí)測(cè)量精度較高，有利于氨空比的調(diào)整，提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。汽輪機(jī)的過(guò)熱蒸汽和汽包出口至減溫器的飽和蒸汽，及外供蒸汽的流量測(cè)量均可選用威力巴流量計(jì)，可節(jié)省蒸汽，降低能耗，工廠實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明其長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益明顯。
2.2電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成，它是一種用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電流體的體積流量的儀表，具有以下特點(diǎn)：
(1)由于傳感器結(jié)構(gòu)牢固可靠，內(nèi)部沒(méi)有活動(dòng)或突出部件，測(cè)量壓力損失極小。
(2)一般情況，只要是導(dǎo)電率大于5×10-6S/cm的液體均可測(cè)量。可以用來(lái)檢測(cè)酸、堿等腐蝕性液體，也可檢測(cè)含有固體顆粒或懸浮物的流體、泥漿。
(3)流量計(jì)輸出信號(hào)不受液體溫度、壓力、密度等影響，且輸出電流與體積流量成線性關(guān)系。
(4)檢測(cè)量程比較高，可達(dá)100：1；測(cè)量范圍大，儀表口徑1mm～2m以上均可選擇；測(cè)量精度一般優(yōu)于0.5%。
(5)安裝維護(hù)方便，可水平、垂直或傾斜任意角度安裝，使用壽命較長(zhǎng)。
由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)及較高的性?xún)r(jià)比，目前已廣泛應(yīng)用于稀硝酸裝置。在測(cè)量稀酸泵出口酸流量，低壓反應(yīng)水冷凝器入口循環(huán)酸等流量時(shí)，均可選用不同壓力等級(jí)的電磁流量計(jì)。根據(jù)稀硝酸的腐蝕性、磨耗性，其電極材料可選用鉭，襯里材料可選用特氟隆PFA。同時(shí)可根據(jù)環(huán)境和溫度及管徑大小，安裝方式可選擇管道式或插入式，型式可選擇一體型或分體型。
2.3渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)是在流體中設(shè)置漩渦發(fā)生體，從漩渦發(fā)生體兩側(cè)交替產(chǎn)生有規(guī)則的漩渦即卡曼渦街，旋渦頻率轉(zhuǎn)變成與被測(cè)介質(zhì)流速大小成正比的脈沖信號(hào)，從而計(jì)算出其瞬時(shí)流量。渦街流量計(jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，安裝方便，無(wú)需導(dǎo)壓管和伴熱，維護(hù)費(fèi)較低，可適用液體、氣體和蒸汽，精度較高，范圍度寬，壓損小，無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高。在稀硝酸裝置中，測(cè)量氨、空氣、脫鹽水及低壓蒸汽流量時(shí)均可采用渦街流量計(jì)。
渦街流量計(jì)是對(duì)流暢畸變、旋轉(zhuǎn)流等較敏感的流量計(jì)，它不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量，安裝時(shí)上下游側(cè)必須保證足夠長(zhǎng)的直管段，同時(shí)管道振動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)影響較大，應(yīng)盡量安裝在院里振動(dòng)源和電磁干擾較強(qiáng)的地方，因此實(shí)際應(yīng)用中須綜合考慮，以保證其測(cè)量精度。
2.4科里奧利質(zhì)量流量計(jì)
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)利用科里奧利效應(yīng)測(cè)量流體的質(zhì)量數(shù)量，它由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器組成，流體通過(guò)流量傳感器時(shí)產(chǎn)生一定頻率的振動(dòng)，檢測(cè)的頻率信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換器處理后變成與質(zhì)量流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量精度、重復(fù)性高，幾乎無(wú)直管段要求，可測(cè)流體廣泛，介質(zhì)黏度、密度變化對(duì)測(cè)量幾乎沒(méi)有影響，是所有流量計(jì)中綜合性能優(yōu)的，但價(jià)格高，一般用于貿(mào)易計(jì)量或精確測(cè)量時(shí)，才選用質(zhì)量流量計(jì)。在硝酸裝置中，對(duì)進(jìn)硝酸裝置的原料——液氨的流量測(cè)量和漂白塔出口的成品酸的流量測(cè)量常采用質(zhì)量流量計(jì)。
質(zhì)量流量計(jì)安裝需注意：為了消除測(cè)量管安裝時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，測(cè)量管上不允許加裝支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在管道上，并保證流量計(jì)兩邊管線的法蘭口平行同心。
2.5轉(zhuǎn)子流量計(jì)
轉(zhuǎn)子流量計(jì)又稱(chēng)浮子流量計(jì)，其檢測(cè)件是一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管和一只可隨流體流量變化沿錐管上下移動(dòng)的浮子構(gòu)成，浮子在椎管中的不同位置代表著不同的流量大小。轉(zhuǎn)子流量計(jì)分玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)和金屬管浮子流量計(jì)兩種，檢測(cè)量程一般為10：1，直管段長(zhǎng)度要求較低，一般上游側(cè)5D即可。
在稀硝酸裝置中，吸收塔不同塔板層上稀硝酸的流量測(cè)量常選用金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)，即可現(xiàn)場(chǎng)明顯指示流量值的大小，又可滿(mǎn)足測(cè)量精度要求并實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)傳指示。
3流量計(jì)的選型
流量計(jì)的選型是儀表應(yīng)用中非常重要的工作，在實(shí)際工況應(yīng)用中有2/3的儀表故障是儀表的錯(cuò)誤選型和錯(cuò)誤安裝造成。在稀硝酸裝置中選擇流量計(jì)時(shí)，應(yīng)按照以下步驟進(jìn)行：
(1)首先考慮流體特性，包括溫度、壓力、密度、粘度、電導(dǎo)率等，根據(jù)流體特初選合適的流量計(jì)類(lèi)型。
(2)其次考慮安裝條件，包括直管段要求、振動(dòng)、電氣干擾等對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響。
(3)在生產(chǎn)管道上長(zhǎng)期運(yùn)行的接觸式儀表，還應(yīng)考慮流量測(cè)量元件所造成的能量損失。一般情況下，在同一生產(chǎn)管道中不應(yīng)選用多個(gè)壓損較大的測(cè)量元件。
(4)在投資允許的情況下，保證精確測(cè)量的同時(shí)，應(yīng)本著節(jié)能的原則，確定流量計(jì)的類(lèi)型并選擇質(zhì)量可靠的生產(chǎn)廠家。
4結(jié)束語(yǔ)
總之，沒(méi)有一種測(cè)量方式或流量計(jì)對(duì)各種流體及流動(dòng)情況都能適應(yīng)的，不同的流量?jī)x表都有各自特有的優(yōu)缺點(diǎn)。因此，稀硝酸裝置中選擇流量計(jì)時(shí)，應(yīng)在對(duì)各種儀表特性作全面比較的基礎(chǔ)上結(jié)合工廠實(shí)際情況，選擇適于生產(chǎn)要求的，既安全可靠又經(jīng)濟(jì)耐用。
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