氯化氢合成炉氯气流量仪表测量不准原因分析与技术改造

  • 格式:pdf
  • 大小:185.77 KB
  • 文档页数:3

第4期 史清国.氯化氢合成炉氯气流量仪表测量不准原因分析与技术改造419 

氯化氢合成炉氯气流量仪表测量不准 

原因分析与技术改造 

史清国 

(青海盐湖股份有限公司化工分公司) 

摘要分析了原阿牛巴流量计氯气流量测量不准的原因。经过技术分析,将原阿牛巴流量计改造为 节流孔板流量计。改造后,氯化氢合成炉运行状况良好,一般只需1h便可点火成功,实现了氯气流量的 准确测量。 关键词 氯气流量测量 氯化氢合成炉 节流孔板流量计 中图分类号TH814 文献标识码 B 文章编号 1000—3932(2017)04 ̄419.03 

青海盐湖股份有限公司化工一期钾碱装置氯 化氢合成工序采用的是法国卡朋罗兰工艺,该装 

置承担着氯化氢合成、生产合格的氯化氢气体并 外送、不合格氯化氢气体吸收等任务。该工序由 

两条相同的工艺链A、B组成,主要设备包括氯化 氢石墨合成炉、成品冷却器及降膜吸收器等。工 

艺流程为:将来自电解工序的干氯气和干氢气按 

照流量比1.0:1.5送入氯化氢石墨合成炉,充分反 应后得到的氯化氢气体经成品冷却器冷却后进人 

氯化氢分配台;开车阶段,纯度低的氯化氢气体进 入降膜吸收器用水或稀盐酸吸收成为浓盐酸,纯 

度达到工艺要求的氯化氢气体经成品冷却器送往 氯乙烯装置。自2010年10月份试车以来,氯化 

氢合成炉点火时间长且不稳定,最长点火时间高 达6h甚至点火失败,经济损失巨大。经分析发 

现,氯气流量测量不准造成氯气和氢气配比不准, 

导致合成炉点火时间长,且经常无法点火,甚至发 生合成炉系统爆炸着火等事故。为保障氯化氢合 

成炉的正常稳定运行,对现有的氯气流量仪表进 行技术改造势在必行。 

1 原氯气流量测量方案 1.1 点火工艺控制要求 氯化氢合成炉开始点火时,氢气和空气先点 小火,通人氯气后再缓慢降低空气流量。氢气和 

氯气流量为斜坡自动控制,初始流量设定值为0, 随着时问增加流量值缓慢递增,其时序图如图1 所示。 

流量/Nm ・h’ 

图1 氯化氢合成炉点火时序图 时间/rain 

1.2流量仪表简介 

氯化氢合成工序选用的氯气流量计是罗斯蒙 特485型插入式一体化阿牛巴流量计,该流量计 

具有安装简便、压损小、强度高、不受磨损影响及 

无泄漏等优点,被广泛应用于工矿企业高炉煤气、 

压缩空气及蒸汽等液体、气体的流量测量。其流 

量测量范围为0—2 500Nm /h,对应的差压变送 

器量程为0~1.263kPa,介质设计压力183kPa,介 质温度42.3℃,管道内径207mm。其工作原理 

为:通过测量管道轴线多点流速来反映整个管道 

的流量分布情况,在迎流面测量总压(正压),在 

背流面或管壁测量静压(负压),两者压差的平方 

根与介质流量呈线性对应关系。 

作者简介:史清国(1966一),工程师,从事设备技术管理工作,shqg19660622@163.tom。

 42O 化工自动化及仪表 第44卷 

氢气和空气流量仪表均为一体化孔板流量 

计。 1.3原因分析 在点火过程中氯气流量稳定值为400Nm /h, 

而氯气流量仪表最大量程为2 500Nm /h,这就要 

求仪表必须 小流量测量稳定可靠后才能保证点 

火工作的顺利进行。另外,该阿牛巴流量差压变 送器量程很小,压差平方根与流量呈线性对应关 

系,因此压差测量有较小误差时便会引起较大的 

流量变化。对于该阿牛巴流量计,设流量为 

400Nm /h时对应的压差值为 ,则 : ̄/1.263= 

400:2500 ̄x=0.032kPa,表明开始点火阶段通过 

阿牛巴流量计产生的压差不超过0.032kPa(相当 于3.2mmH,0),该压力极小,很难准确测量,所以 

在该工况下,如果使用节流元件测量氯气流量则 

必须增大流量对应的差压变送器量程。 

对阿牛巴流量计进行拆检时发现,本应干燥 

的氯气管道里存在水分,这使得本身很小的压差 测量更加困难,氯气流量测量误差更大。后分析 

发现,氯气带水由工艺原因造成。 

阿牛巴流量计的压差值是根据仪表数据表中 的工艺参数设计值计算的,但实际工艺参数与设 

计值有所差别:设计介质压力为183kPa,温度为 

42.3℃;实际压力为145kPa左右,温度为15.0℃ 左右。这在一定程度上也影响了阿牛巴流量计压 

差值的准确计算。 2 新流量计选型依据与技术分析 

基于上述分析,需重新选用适用于该特殊工 况的流量仪表来测量氯气流量。综合比较多种流 

量仪表的工作原理、应用范围、测量精度和维护要 

求,并考虑到氢气和空气流量仪表(一体化孔板 流量计)采用同样的流量仪表计量可降低最终的 

氯气氢气流量比误差。经过技术分析、数据计算 确定采用孔板流量计,在重新选择孔板时要对工 

艺参数进行修改。原流量仪表前后直管段足够 

长,介质为较纯净、充满管道的气体,满足孔板流 

量计的安装要求。孔板流量计的工作原理为:充 

满管道的流体流经管道内的节流孔板时,在孔板 

附近造成局部收缩,流速增加,在其上、下游两侧 

产生静压力差。在已知有关参数的前提下,根据 

流动连续性原理和伯努利方程可以推导出压差与 

流量之间的关系进而求得流量: g = 寻d  ̄一2Apxp m T_二 

qm q —— P 式中 C——流出系数; D——工作条件下,上游管道的内径; d——工作条件下,节流件的节流孔或喉 

部直径; 

q ——质量流量,kg/s; q ——体积流量,m /s; 

△p——节流装置输出压差,Pa; 

——直径比; 

P——被测介质的密度,kg/m ; 

——可膨胀系数。 

最终氯气流量仪表选用河南开封仪表厂生产 的LGBF型不锈钢标准节流孔板流量计。为节约 改造成本,配套的差压变送器采用罗斯蒙特3051 

差压变送器。依据节流孔板计算书更换节流孔板 

后的压力损失为2kPa,占管道压力145kPa的 1.4%,压损在工艺允许范围内。根据计算书,将 

差压变送器的量程修改为0~6kPa,并将其输出 模式设为开平方根输出。差压变送器将所测压差 

值转换成4~20mA电流后送至DCS系统。 

3技术改造的优势 氯气流量作为氯化氢合成工艺中的重要指 标,必须保证其测量准确性,稍有误差便会引起操 作人员误操作,导致点火失败,严重时还会造成氢 

气和空气燃烧不充分,形成混合型爆炸气体引起 

爆炸。虽然阿牛巴流量计先进于节流孔板流量 计,但在此工况中阿牛巴流量计的差压变送器量 

程过小,加之工艺因素最终导致其流量误差大,无 法正常使用。节流孑L板流量计由于节流元件的更 

换,使得流体流经孔板前后的压差增大(最大压 

差从1.263kPa增大至6kPa)。此时再次计算 

400Nm /h流量下对应的压差值,即 : = 

400:2500 ̄x=0.154kPa(相当于15.4mmH,0), 同样的流量使用节流孔板流量计得到的压差比阿 

牛巴流量计扩大了4.8倍,更加便于实现压差的 

准确测量。 节流孔板流量计是应用最为广泛的节流式流 量计,其性价比高,具有完善的标准、检定规程和 

大量的试验数据,无需实流标定。 

本次改造所选用的节流孔板和差压变送器均 第4期 史清国.氯化氢合成炉氯气流量仪表测量不准原因分析与技术改造421 

属于技术成熟产品,应用广泛,实际使用效果良 好,无不安全因素。 

节流孔板流量计测量范围宽、读数准确合理, 

适用于蒸汽、压缩空气、混合非易燃易爆气体和各 类液体的工业流量计量,其结构简单、牢固,性能 稳定可靠,使用期限长,维护要求低,是目前国内 

首选的流量计量装置。此次技术改造方案可广泛 

应用于对压损要求不是十分严格的流量计量场 合。 4 结束语 

节流孔板流量计自改造投用以来,氯气流量 测量准确,氯化氢合成炉运行稳定可靠。改造后 

氯化氢合成工序开车过程趋于稳定,改造前氯化 氢合成点火需要5~6h才能顺利点火,改造后一 

般只需1h便可点火成功。此次改造购买了两台 节流孔板,解决了生产中的重要问题,经济效益显 

著。 (收稿日期:2016-08—29,修回日期:2017-02—20) 

[5] 

[6] 

[7] 

[8] (上接第396页) 张金山.基于OPC与半实物仿真技术的DCS测试 系统的设计与应用[D].天津:天津理工大学, 2O13. 雷鸣.OPC DA和OPC DX在数据采集方面的综合 应用[J].冶金自动化,2011,35(z2):308~310. 刘志鸿,杨传颖.利用OPC Toolbox在MATLAB中 实现实时数据的获取[J].仪器仪表用户,2005,23 (5):85~86. 申文彬.半实物仿真系统实时通信技术的研究与开 发[D].长沙:湖南大学,2006. [9] 

[1O] Henrion T,Ponweiser K,Band D,et a1.Dynamic Simu— lation of a Solar Power Plant Steam Generation System [J].Simulation Modelling Practice and Theory,2013, 33:2~17. 倪高岗.和利时公司DCS系统与PLC通讯技术的 实施策略[J].通信世界,2015,(6):7~9. 屈利.宁夏石化公司化肥装置DCS仿真系统的应 用[J].科技创新导报,2011,(13):47—48. (收稿日期:2016—11-04,修回日期:2017-02-07) 

Realizing Real-time Communication between APROS and DCS 

Based on OPC Technology 

YANG Chen,PAN Heng—yao。JIANG Shuai (School of Power Engineering,Chongqing University) Abstract Through giving full play to the APROS’powerful multi-function simulation and the DCS’real—time control function,making use of OPC technology to realize real-time communication between the field data of APROS simulation and the control signal of HOLLiAS DCS was implemented,including using Delphi 7 to pro— 

gram OPC client and establishing semi—physical simulation platform for both PROS and DCS.In this way,the 

APROS can be adopted to confirm the control function of DCS,adjust the control parameters and reduce the debugging time of the control system;and the control signals out of DCS can be controlled by physical outputs to intensify the authenticity of APROS simulation.