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质量流量计在密度测量中的应用


文章日期:2018-07-04|阅读数:


摘要:云南化工有限公司两套80万吨硫酸尾气环保减排脱硫,利用稀氨水吸收硫酸生产外排气中的二氧化硫,洗涤吸收的硫氨液密度 是个重要的工艺指标,实现在线监测及自动控制难度大,本文详细介绍了利用公司生产的质量流量计进行硫氨液密度测量的原理、现场使用及维护方法,可供同行或仪表维护员工学习参考。

1、工艺流程简介:
    云南天安化工有限公司(以下简称公司)两套年产go万吨硫酸生产装置,利用硫磺燃烧制取硫酸,生产过程中的外排尾气中含有二氧化硫,随着新标准GB 26132-2015《硫酸工业污染物排放标准》颁布实施,要求硫酸企业二氧化硫污染物排放浓度限值为200mg/m3。 2012年底,公司进行尾气氨法脱硫改造。利用稀氨水对尾气进行循环洗涤,吸收尾气中的二氧化硫,当吸收后的硫氨液密度达到设定值后,吸收效果变差,这时自动开启硫氨液外送调节阀,排出部分硫氨液到氧化塔,同时补充稀氨水及工艺水到吸收塔中,控制好吸收塔液位,继续完成尾气的吸收。简单的工艺流程图如图1所不。
    脱硫过程中的硫氨液是一种腐蚀性液体,分子式为(NH4) ZS03,经过氧化塔氧化后成为硫酸氨溶液(Nh4)zS04送磷肥系统生产使用。

2、质量流量计测量密度的原理:
图1尾气吸收工艺图

图1尾气吸收工艺图
    质量流量计可以直接测量流体的质量流量,同时直接测量液体的在线密度。
    质量流量计可视为是一种简单的弹性体系统,如图2所示。
图2 弹簧体系统

    流量管本身的质量加上流体的质量构成这个弹性体系的总质量Motai。在质鼠流量计的共振或谐振频率下振动的流量管,则发挥着弹簧的功用;整个简单的弹性体系统中,谐振频率与刚度同质量比值的平方根成正比,如下等式(1)所示。由于等式(1)的总质量是由流体质量和流量管质以所构成,因此等式1可以将流体质量独立出来,如等式(2)所示。等式(2)是质量流量计进行密度测量的理论公式。质量流量计的谐振频率是随着流体质量(密度P)的改变而改变。因此,在线介质的流体密度可以根据谐振频率的变化来测定。

    式中:  M为某一频率下的介质质量;    K为流量计常数;    F为流量计测量的振动频率;    M,为流量计自身质量。    一台质量流量计由传感器和变送器两部分组成。传感器用于直接测量质量流量和密度等参数,变送器用于处理原始信号,并转换为通信信号传输至控制系统。传感器内部由过程连接和流量管组成;流量管和过程连接(如法兰)之间由分流器或连接器过度连接;如果流量管为双管,连接部分称为分流器,其主要作用是均匀分流,合理疏导流体,减少产生气穴,并达到良好抵御管道震动。


    在流量管上分别有3组电磁线圈,其中位于流量管中心部分的一组为驱动线圈,用于给流鼠管的振动能量,确保流量管在谐振频率下工作;另外两组线圈分别为左右检测线圈,用于测景由于科里奥利力产生的流量管两侧“扭曲”后产生的两组正弦信号的相位时间差;其中一组检测线圈所产生的正弦信号对应的谐振频率,可以反映在线介质的实时密度。
    目前,艾默生的质量流量计不仅在液体质量流量测量中实现***高测鼠精度,而且确保在线液体密度全量程范围内也达到行业***高测量精度。
    此外,密度测量的精度还与被测介质的均匀性有关。当由温度和压力变化引起被测液体发生气穴或气化现象,介质中含有气体,此时的混合密度变化性很大。从测量原理角度出发,弯形测量管的谐振频率较低,能获取较强的信号源,在两相流介质的测量性能对比中,表现非常卓越。

3、质量流量计用于密度测量的现场应:
   用3.1选型    2012年底首次用于在线测量硫氨液密度,根据现场工艺条件及介质特性,考虑到在脱硫吸收二氧化硫的硫氨液可能含有少量气体;美国艾默生的质量流量计弯形流量管的谐振频率较低,能获取较强的原始测量信号,在潜在的两相流介质测量中性能稳定而卓越。

    在选型中遇到的一个主要问题是选择流量管的形状。质量流量计的形状大致分为弯管和直管,各有不同的使用场合。经过仔细的对比分析,得出弯管比较适合于对密度精度的要求,原因如下:测量密度的原理是测量流量管的振动周期来计算密度,理论上振动周期和密度为线性的正比关系,所以厂家都会用两点标定法来确定振动周期和密度间的关系。但是在实际使用中,振动周期和密度不完全是线性关系,而且其线性关系取决于流量管形状。如果流量管越弯,则线性关系越好。反之流量管越直,线性关系越差。所以直管流量计除非在现场多点标定,否则根本无法得到满意的密度精度。而现场标定需要很高的条件,几乎无法实现。因此,我们选择的F系列弯管流量计。

    传感器选用型号:F025S172CQBZMZIZZ,DN25,传感器材质:SS,***大工作压力:4000KPao变送器选用型号:2700型分体式。

3.2、安装:
    根据质量流量计的测量原理可知,质量流量计所测到的质量流量与流体的温度、压力、勃度、电导率和流动状态无关,但是流体介质充满测量管才是质量流量计正常运行的保证,如果气化或气穴现象在流量传感器内产生,流量计的操作和性能将受到影响。    实际安装中还要考虑避免管道振动,避开电磁辐射干扰。要注意工艺管道应对中,两侧法兰应平行;传感器的安装方向要保证被测介质能够完全充满传感器,对于本文所测量的介质为液体故安装时传感器测量管应向下部安装。现场安装传感器位置如图3所示。
图3质量流量计现场安装图
3.3、组态:
    在完成传感器、变送器的安装、接线及设备上电后,接下来需要完成必要的组态。高准质量流量计2700型变送器组态可以用变送器上带的两个光敏按键组态,也可用1台375手操器组态,用手操作器组态比较快捷、方便。
      (1)基本组态项目 
  ①组态测量单位:根据需要选择测量变时的过程单位,这里选用密度测量,单位为克/立方厘米  ( g/cm' ): 
  ②组态毫安输出或脉冲输出的过程变量:这里过程变量输出为密度; 
  ③组态毫安输出和脉冲输出对应的量程:这里组态4}20mA输出对应的密度测量范围为1~1.5。
 ④回路测试(如果需要数据远传):确认现场通讯器给定的输出信号到DCS系统显示一致。
 (2)其他组态项目
    ①组态小流量切除值:根据实际显示确认切除量的大小; 
    ②态过程变量的阻尼和附加阻尼:根据实际变量显示波动情况确定阻尼系数。
    ③组态流向:根据据确认流量为正流量输出。
    ④组态团状流和故障输出:根据实际组态成故障时输出***小值。
    ⑤组态仪表系数:根据传感器铭牌上所标注的仪表系统,组态到变送器中,保证测tit:精度。

4、投运后的问题及效果测试:
    2012年底项目完成,试车生产。硫氨液密度测量值可靠,与工艺手动分析值比较,数据接近,整个尾气洗涤系统性能指标较好,尾气经洗涤后的外排二氧化硫含量达到规定。
    2016年大修前仪表测量值与工艺手动分析值之间存在+0.35g/cm,左右偏差,大修时拆开传感器法兰检查,内管壁上有少量黄色垢层,用稀硫酸做简单冲洗后仍有少量垢层,影响测量精度。安装投运后,与工艺手动分析值比较,仍有+0.20g/cm'左右误差,之后,根据实际情况对仪表进行了校正。在此给出简单的校正方法:    在确认按工艺分析值做为真实值时,对流I-i (_计进行校正,用375通信器挂接变送器,进入主菜单第5项详细设置(Detailed setup)—第I项特性化传感器(Charize Sensor)—第6项仪表因素(MeterFactors)—第3项密度因素(Dens factor),之后改这个数据,仪表值偏大把数值改小,仪表值偏小把数值改大。直到仪表示值与真实值之间误差不超过O.OSg/cm3o    2016年1月,根据仪表维护要求,做了一次仪表实测值与工艺分析值之间的对比,如表1所示。
表1 硫氮液手动分析与仪表在线分析值对比

表1 硫氮液手动分析与仪表在线分析值对比
    从表中可以看出,质量流量计测量出的值与工艺认可的值之间较吻合。同时,脱硫装置对外排尾气中二氧化硫吸收效果较好。
    图4为2017年1月8日工艺DCS实时截图,从图中可以看出,经洗涤吸收后的外排气中二氧化硫含量只有126.38mg/m',远远低于要求的上限指示。密度测量仪表DIC-20001与调节阀DV-20001实现自动调节。
图4 尾气脱硫实时数据采集图

5、小结:
    使用公司生产的质量流量计测量硫氨液的密度,仪表从选型及实际运用,效果较好,运行中维护较小,确保证首次安装符合规范,测11.值是可信的。
    对分析仪表运行中出现的问题,要根据流徽测以的原理及故障处理方法进行,不能盲目修改仪表参数。
    硫氨液密度测以的准确度直接影响洗涤吸收效果,同时也影响洗涤氨水I`i%的多少,对脱硫成本及装置环保要求起到关键作用,使用的成功性将为公司其他几套硫酸装置密度测量提供较好的借鉴。


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