摘要:在硫磺回(hui)收的工藝裝置(zhi)中,由于測量特(te)殊酸🧑🏽🤝🧑🏻性氣體的(de)質量流量較困(kun)難,提出了具有(you)可測量相對分(fèn)子質量,能夠應(yīng)對多㊙️組分氣體(tǐ)并通過壓力補(bǔ)償,以及溫度補(bu)償計算的氣體(tǐ)超聲波流量計(jì)
測量方案。介紹(shao)了硫磺回收工(gong)藝裝置中氣體(ti)流量的特點、氣(qi)⛱️體⭐超聲波流量(liang)計原理以及安(ān)裝設計、出現的(de)問題及技術改(gai)造,爲同類型裝(zhuāng)置提供參考和(he)選擇。
随着中國(guó)煉化一體化項(xiàng)目的快速發展(zhǎn)，硫磺回收裝置(zhì)規🙇♀️模快速增大(dà)及套數不斷增(zēng)多，同時國家對(duì)化工裝置清潔(jie)生産、環保排放(fàng)的要求更加嚴(yán)苛,作🐉爲煉化一(yi)體化項目配套(tao)環保🚩裝置,硫磺(huang)回收裝置的重(zhong)要性不言而喻(yu)。作爲硫磺回收(shōu)裝置主進料,酸(suan)性氣體積流量(liang)的測量要🏃求穩(wen)定且精度高,關(guān)系到酸性氣與(yǔ)燃燒空氣、燃料(liao)氣的配比控制(zhi),對裝置安♈全穩(wen)定長周期運行(háng)至關重要。
1硫磺(huang)回收裝置簡介(jie)
16Mt/a煉化一體化配(pei)套建設總規模(mo)爲4X0.15Mt/a硫磺回收裝(zhuāng)置,硫磺🔞回收裝(zhuāng)置配套尾氣處(chù)理設施以保證(zheng)硫回收率達到(dào)☂️99.99%以上🥵,SO2排放🔱質量(liang)濃度ρ(SO2)<35mg/m3的要求。
硫(liú)磺回收裝置三(san)級克勞斯工藝(yi)流程如圖1所示(shi)。硫🌐磺回收❓裝置(zhì)采用三級常規(gui)克勞斯主燃燒(shao)爐和氨💃法煙氣(qì)脫硫工藝,并煙(yān)氣排放ρ(SO2)≤35mg/m3的超潔(jie)淨排放的措📱施(shī),适應将來更嚴(yán)格的環保要求(qiú)。
2硫磺回收裝置(zhi)酸性氣流量的(de)特點
主燃燒爐(lú)有三路酸性氣(qì),分别是從溶劑(ji)再生及加氫🌈酸(suan)性♻️水汽提來的(de)清潔酸性氣、非(fei)加氫酸性水汽(qì)提來的含💯氨酸(suān)性氣、IGCC裝置(即氣(qi)化裝置、淨化裝(zhuāng)置、甲烷化裝置(zhì)及清潔中心)來(lai)的IGCC酸🤟性氣,三路(lù)酸性氣經分液(ye)罐氣液分離後(hou),部分清潔酸性(xìng)氣與IGCC酸性氣混(hùn)合,經加熱後再(zài)與含氨酸性氣(qi)混合,進入主燃(ran)燒爐🏃♀️反應室的(de)主燃燒器,剩餘(yu)部分的清潔酸(suan)性氣從主燃燒(shāo)爐中部進入。與(yu)酸性氣燃燒反(fǎn)👅應所需的燃燒(shao)空氣供給量需(xu)根據主燃燒爐(lú)反應需氧量通(tōng)過比值複雜調(diào)節嚴格控制，經(jing)燃燒将酸性氣(qì)中的🚶氨和☀️烴類(lei)等有機物全部(bu)分解,在燃燒爐(lu)内大部分H2S進行(hang)🐉高溫克勞斯反(fan)應後轉化爲硫(liú),餘下的H2S中小部(bu)分轉🔞化爲SO2。
1)三路(lu)酸性氣參考組(zǔ)分見表1所列,可(kě)見三路酸性氣(qì)✂️的組分差别較(jiào)大,混合後酸性(xing)氣組分範圍更(gèng)大。因此,從組分(fèn)角度看,酸性氣(qi)體積流量測量(liàng)難度大,特🍓别是(shì)相🏃🏻對分子質量(liàng)的測量。
2)克勞斯(si)反應部分流程(chéng)(酸性氣部分)如(rú)圖2所示，酸性氣(qi)有三路,清潔酸(suan)性氣來自溶劑(ji)再生裝置和加(jiā)氫汽提裝置,溶(róng)劑再生裝置有(yǒu)4套;含氨酸性氣(qi)來自非🚶♀️加氫汽(qi)提裝置;IGCC酸性氣(qi)來自煤氣化淨(jing)🆚化裝置，煤氣化(huà)淨化裝置有2套(tào)。酸性氣路數👄較(jiào)多且相互獨立(lì)，每路酸性氣裝(zhuāng)置運行工況直(zhí)接影響三🐆路酸(suan)性氣的工況,特(tè)别是💃酸性氣的(de)流量。從上遊酸(suān)性氣裝置運行(hang)工況角度看,酸(suan)性氣體積流量(liang)測量難度也大(dà)。
3)主燃燒爐控制(zhi)方案是前饋-比(bi)值-反饋複雜控(kong)制,其目的是控(kòng)🌂制主燃燒爐燃(rán)燒反應，控制合(hé)适的爐膛溫度(du)🆚,并合理配風使(shǐ)✍️去尾氣淨化單(dan)元的過程氣中(zhong)φ(H2S)-2φ(SO2)=0,保證硫磺回收(shōu)💛單元的最大硫(liu)回收率。供給主(zhǔ)燃燒室合适的(de)空氣量是💋重要(yao)的，如空氣不足(zú)将産生過剩H2S;反(fǎn)之,空氣🧑🏽🤝🧑🏻過量将(jiang)使SO2過剩。以上兩(liang)種情況都将導(dao)緻主燃燒爐硫(liu)回收減少,爲了(le)避免上述情形(xing),主配風通過對(dui)🧑🏾🤝🧑🏼清潔酸☁️性氣、含(hán)氨酸性氣酸、IGCC酸(suan)性氣和燃料氣(qì)的體積流量進(jin)㊙️行比值控制。從(cóng)工藝🈲控制角度(dù)看,酸性氣體積(jī)流量測⚽量很關(guān)鍵。
4）清潔酸性氣(qi)安全儀表系統(tǒng)(SIS)聯鎖如圖3所示(shi),因三路🈲酸性氣(qi)對主燃燒爐正(zheng)常運行是相互(hù)獨立的，同時考(kǎo)慮🎯到其中一路(lu)或兩路酸性氣(qi)突然中斷或體(ti)積流量降低,防(fáng)止酸性氣倒竄(cuan)回火,三路酸性(xìng)氣流量低低參(cān)與清潔酸性氣(qì)SIS聯鎖。綜上四點(dian)，三路酸性氣🤩流(liu)量計測量結果(guǒ)的正确性及穩(wěn)定性至關重要(yào)。
3氣體超聲波流(liu)量計在硫磺回(hui)收裝置中的應(yīng)用
硫磺回收裝(zhuāng)置一般位于煉(lian)油裝置的下遊(you),從上遊裝置排(pái)放出♌來的酸性(xìng)氣體進人該裝(zhuang)置。三路酸性氣(qì)體的組分是🌈一(yī)個👉動态變化的(de)過程,要求流量(liàng)計量具備對氣(qì)體組分變化識(shí)别的能力📐,具有(you)大量程比，且考(kao)慮🍉到酸性氣體(tǐ)的劇毒性,要求(qiú)選擇一種可以(yi)現場密閉✨測量(liàng)、在線維護和自(zi)動标定的儀表(biao)。
以往國内很多(duo)煉化企業采用(yòng)傳統的流量測(ce)量，如熱式氣體(tǐ)流量計
、氣體渦(wo)街流量計
和氣(qì)體質量流量計(ji)等,但在實際應(ying)用中并不能滿(mǎn)足硫💛磺❓回收裝(zhuang)置酸性氣體測(ce)量的要求,例如(rú):熱式氣體流量(liang)計響應慢、被測(cè)量氣體組分變(biàn)化大的場所,測(ce)量值會有🏃♂️較大(dà)的變化而✔️産生(shēng)誤差;氣體渦街(jiē)流量計的發生(shēng)體易被介質污(wū)染,改變幾何尺(chǐ)寸之後,對測量(liang)精度造成很大(dà)影響。因此，可✌️以(yǐ)選擇氣體超聲(shēng)波流量💁計用于(yú)硫磺回收裝置(zhi)三路酸性🌈氣體(ti)的體積流🏃♀️量測(cè)量。
4氣體超聲波(bo)流量計的測量(liang)原理
氣體超聲(sheng)波流量計測量(liàng)原理如圖4所示(shì)。它是利用1對😄超(chāo)聲波傳感器安(an)裝在管段上下(xia)遊兩側，傳感器(qi)A和傳感器B相互(hù)🚶♀️發送和接收超(chao)聲波信号,通過(guo)觀測超聲波在(zai)介質㊙️中的順流(liu)和逆流傳播的(de)時間差值來計(jì)算流☂️速,從而可(ke)應用流速來計(ji)算介📱質體積流(liú)量的一種間接(jiē)測量方法。
由圖(tu)4可知,1對超聲波(bō)流量計傳感器(qì)A和傳感器B分别(bie)☔安裝🈲在管段兩(liǎng)側,即順流傳感(gan)器和逆流傳感(gǎn)器,并相距-定的(de)距離,管段内徑(jing)♻️爲d,超聲波在介(jie)質中傳播㊙️路徑(jing)爲🍓L,介質流速ʋ和(hé)L的夾角爲θ,超聲(sheng)波順流方向傳(chuán)播時間tAB和超聲(shēng)波逆流方向傳(chuan)播時間tBa,可用公(gōng)式(1)來表示:
式中(zhōng):c一超聲波在非(fei)流動介質中的(de)聲速
利用tAB和tBA之(zhī)差計算介質流(liú)速如式(2)所示:
由(yóu)式(2)可見:當c和Lcosθ爲(wei)固定常數時,v和(hé)△t成正比,體積流(liu)量⛹🏻♀️qv計算🔞如式(3)所(suǒ)示:
以上即爲測(ce)量所得的流體(ti)流速和體積流(liu)量，在對流🐕體的(de)溫度🏃🏻♂️和壓力測(ce)量值補償運算(suan)後得到正确的(de)流量值。
5氣體超(chao)聲波流量計的(de)性能和特點
酸(suan)性氣超聲波流(liú)量計測量時采(cai)用時差法原理(lǐ),利用超聲✍️波信(xin)📧号在流體中的(de)傳播速度和流(liú)體流動速度的(de)疊加和疊減關(guan)系進行測量。該(gai)型流量計能夠(gou)通過去除各種(zhong)無效信号、接收(shōu)有效信号,經過(guo)補償後,較于同(tóng)類型産🤞品精度(du)更高,且能識别(bié)不同的流場。通(tōng)過修正參數,大(da)幅提高時間計(ji)🔞算和測量的♍精(jīng)度。該型流量計(ji)可測量相對分(fen)子質量,能夠☀️應(yīng)對多組分氣體(ti)并正确監測到(dao)氣體變化，并且(qie)通過壓力補償(chang)以及溫度補償(chang)計算出體積流(liu)量,相對于傳🈲統(tong)的流量🏒計，氣體(tǐ)超聲波流量計(ji)優勢明顯。
該流(liú)量計可以雙向(xiàng)測量,配置1對、2對(dui)、3對或4對測量探(tan)頭。1對探頭測量(liàng)時，當正向流速(su)和反向流速爲(wèi)0.03~120m/s,正向和反向流(liu)量測量精度均(jun)滿足讀數的1.5%~3.0%;2對(dui)探頭測量時，當(dāng)正向流速📱和反(fan)向流速爲0.03~120m/s,正向(xiang)和反身流量測(ce)量精度均滿足(zú)讀數的1.5%~2.0%。3對探頭(tóu)測量時,當🔞正向(xiang)流速和反向流(liu)速🏃♂️爲0.03~120m/s,正向和反(fǎn)向流量測量精(jīng)度均滿足讀數(shù)的1.0%~1.5%。4對探頭測量(liàng)時，當正向流速(su)和反向流速爲(wèi)0.03~120m/s時,正向和⁉️反向(xiang)流☀️量測量精度(dù)均滿足讀數的(de)0.5%~1.5%。
綜上所述，該型(xing)流量計滿足測(cè)量大量程比、腐(fu)蝕性有毒氣體(tǐ)📧流量的要求。
6超(chāo)聲波流量計在(zai)硫磺回收裝置(zhi)上的安裝設計(ji)
該型流量計包(bao)括1對傳感器前(qian)置放大器和變(biàn)送器☁️,流🐪量計采(cai)用偏置垂直90°安(an)裝,傳感器插入(ru)到預先安裝好(hǎo)的便于在線插(cha)拔的球閥中。球(qiu)閥主要結構由(you)連接支管、球閥(fa)主體、在線插拔(ba)🈲附件組成,該設(she)計實現了不停(ting)🐉産情況下在線(xian)維護裝卸。變送(sòng)器和傳感✍️器連(lian)接線纜長度最(zui)大可👈以達到300m,适(shì)用💜于任何特殊(shu)🧡現場狀況。
7出現(xian)問題及技術改(gai)造
該超聲波流(liu)量計自安裝投(tóu)用以來,陸續出(chu)現了以下問🆚題(ti):
1)施工單位安裝(zhuang)出現了部分探(tàn)頭的軸心不對(dui)中的🏃♀️問題,造成(chéng)調試時接收端(duān)探頭信号強度(du)不夠。在供應商(shang)技術人員現場(chǎng)指導下,均已解(jie)決。
2)流量計供電(diàn)電壓的變更,由(you)220V(AC)改爲24V(DC)。在技術的(de)幫助下🆚,均已解(jiě)決。
3)流量溫度、壓(yā)力補償實現方(fang)式的變動。起初(chu)考慮通過DCS軟件(jian)🐪組🎯态💯,對溫度、壓(yā)力進行補償,實(shi)現DCS配風調節控(kong)制功能，溫 信👉号(hao)進DCS,壓力信号進(jìn)SIS(通過通信至DCS),SIS又(yòu)設.置了酸性氣(qi)流量聯鎖,但無(wu)法實現溫度、壓(ya)力補償。爲了避(bì)免兩系統酸性(xìng)氣流量示值出(chu)現差别對工藝(yì)操作的影響，後(hòu)改爲現場流量(liàng)計側溫度壓力(li)補償。
4)因各路酸(suan)性氣裝置開工(gong)時序有差異或(huò)工藝介質帶有(you)油垢等🈲情況,出(chu)現了單路酸性(xing)氣裝置工況突(tū)變導緻流量計(ji)示值驟降,但酸(suan)性氣壓力未降(jiang)低，從而觸發酸(suān)性氣聯鎖。
探讨(tǎo)了清潔酸性氣(qì)在三路酸性氣(qì)中屬于主物料(liào)🍓，針對清♍潔酸性(xìng)氣管線，開展了(le)“清潔酸性氣流(liú)量低低與清潔(jie)酸性氣壓差“二(èr)取二,觸發清潔(jié)酸性氣聯鎖”技(jì)術✌️改造。清潔酸(suan)性🍓氣壓差,即清(qīng)潔酸性氣壓力(lì)-主燃燒爐入口(kou)空氣🐕壓力,2個壓(yā)💰力點信号進SIS,在(zai)SIS中作差值運算(suàn)。在清潔酸性氣(qi)單法蘭壓力🈲變(biàn)送器取壓處,加(jiā)Y型三通、再增加(jiā)1個清潔酸性氣(qi)單法蘭壓力檢(jiǎn)測點。兩路壓力(li)信🏃🏻♂️号,一路去現(xiàn)場流🈲量計側作(zuò)溫壓補償，一路(lu)去sIS參與聯鎖。
8結(jié)束語
作爲硫磺(huáng)回收裝置主進(jìn)料，酸性氣超聲(shēng)波流量計的測(ce)量🐕要求穩定且(qiě)精度高,關系到(dao)酸性氣與燃燒(shao)空氣、燃料氣的(de)🔴配比控制，對裝(zhuāng)置安全穩定長(zhang)周期🏃♀️運行至關(guan)重要。通過該項(xiàng)目氣體超聲❄️波(bō)流量計的實踐(jiàn),特别🌈是一系列(lie)的技術改進，對(duì)氣體超聲波流(liú)量計在硫磺回(hui)收裝置的應用(yòng)有借鑒💜意義。在(zai)氣體🛀超聲波流(liú)量🍉計🔞發展方面(mian),如國🔞内供應商(shang)能結合項目實(shi)踐不斷優化方(fang)案設💃計和改進(jin)産品，将有利于(yu)🔆提⭕升國内産品(pǐn)的競争力。
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