介紹了硫磺制酸 HＲS 系統(tǒng)流量計(jì)的選擇及外夾式超聲波流量計(jì)測(cè)量探頭安裝方式、安裝位置要求及注意事項(xiàng)。威頓達(dá)州 2 套硫磺制酸裝置 HＲS 系統(tǒng)一級(jí)吸收酸流量計(jì)均采用 FLUXUS ADM 7407 外夾式超聲波流量計(jì)，目前裝置已穩(wěn)定運(yùn)行 4 年，2 臺(tái)流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確，未發(fā)生故障。

硫磺制酸 HＲS 系統(tǒng)吸收三氧化硫過(guò)程中，反應(yīng)熱的情況比較復(fù)雜。目前一般認(rèn)為，該反應(yīng)包括了三氧化硫生成 w ( H2 SO4 ) 100% 硫酸液的反應(yīng)熱、 w( H2 SO4 ) 100% 硫酸稀釋到出塔酸濃度的稀釋熱以及進(jìn)塔酸濃度提高到出塔酸濃度時(shí)的濃縮熱。其中濃縮熱負(fù)值，其他是正值，他們的代數(shù)和即為吸收過(guò)程的反應(yīng)熱。反應(yīng)式如下:

nSO3 + H2 O  →H2 SO4 + ( n － 1 ) SO3 + 89 247 J吸收 SO3 產(chǎn)生的熱量占整個(gè)硫酸生產(chǎn)過(guò)程中總熱量的 25% ，而 HＲS 系統(tǒng)回收的熱量又占整個(gè)硫酸生產(chǎn)吸收熱的 95% 。HＲS 系統(tǒng)回收熱能同時(shí)又大大減少了循環(huán)水的用量。

HＲS 熱回收塔主要回收的熱能包括: HＲS 熱回收塔吸收 SO3 時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)熱、進(jìn)入 HＲS 熱回收塔煙氣帶入的顯熱和稀釋器加水產(chǎn)生的稀釋熱。

HＲS 工序的 3 個(gè)換熱設(shè)備是 HＲS 預(yù)熱器、HＲS 加熱器和 HＲS 鍋爐。HＲS 預(yù)熱器利用 HＲS 產(chǎn)酸的熱量將 20 ℃脫鹽水預(yù)熱到 70 ℃，HＲS 加熱器利用 HＲS 產(chǎn)酸的熱量將 100 ℃ 除氧水加熱到 150 ℃，HＲS 鍋爐利用 HＲS 循環(huán)酸的熱量將 HＲS 加熱器送來(lái)150 ℃ 除氧水加熱產(chǎn)生 0. 8 MPa 左右的飽和蒸汽。

HＲS 系統(tǒng)在一個(gè)特殊工藝條件下工作，系統(tǒng)對(duì)工藝指標(biāo)要求苛刻，設(shè)置多個(gè)工藝聯(lián)鎖來(lái)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備安全; 要保證裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的可靠性要求極高。該系統(tǒng)工藝介質(zhì)具有高溫、強(qiáng)腐蝕的特點(diǎn)，且管道尺寸大，特別是系統(tǒng)安全的幾個(gè)重要參數(shù): 一級(jí)吸收酸濃度、一級(jí)吸收酸流量、泵槽液位等的控制非常重要。下面介紹高溫一級(jí)吸收酸流量計(jì)的應(yīng)用情況。

1.HＲS 系統(tǒng)一級(jí)吸收酸流量計(jì)選擇

HＲS 系統(tǒng)接觸酸的材料均采用孟莫克公司提供的專(zhuān)用材料。一級(jí)吸收酸流量計(jì)設(shè)計(jì)工作溫度170℃ ，介質(zhì)為 w( H2 SO4 ) 99. 5% 的濃硫酸。

1.1差壓式流量計(jì)

流量計(jì)取壓元件( 耐高溫濃硫酸的特殊材料)直接與介質(zhì)接觸，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，取壓元件由于流體沖刷易造成壓差偏離設(shè)計(jì)范圍、測(cè)量精度差、日常儀表運(yùn)行維護(hù)量大、差壓式流量計(jì)管道阻力增加，消耗更多酸泵功率，長(zhǎng)周期運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，增加單位噸酸能耗。

1. 2 電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)襯里的絕緣材料和勵(lì)磁線(xiàn)圈的絕緣材料暫時(shí)還沒(méi)有能測(cè)量高于 160 ℃ 的介質(zhì)，因此該位置無(wú)法選用電磁流量計(jì)。

1. 3 超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)是近十幾年隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開(kāi)始應(yīng)用的一種非接觸式儀表。由超聲波換能器( 探頭) 、電子線(xiàn)路及流量計(jì)算儀三部分組成。超聲波換能器( 探頭) 用來(lái)發(fā)送和接收超聲波，超聲波在流體中傳播速度受被測(cè)流體流速的影響，超聲波流量計(jì)就是根據(jù)這一原理進(jìn)行流體流量測(cè)量的。根據(jù)檢測(cè)的方法不同，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類(lèi)型的超聲波流量計(jì)。

外夾式超聲波流量計(jì)是管外安裝型超聲波流量計(jì)，由于其測(cè)量探頭與測(cè)量介質(zhì)不接觸，所以外夾式超聲波流量計(jì)不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線(xiàn)運(yùn)行，因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。

外夾式超聲波流量計(jì)流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、黏度、密度等參數(shù)的影響，尤其適合應(yīng)用在測(cè)量強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量。因此，在 HＲS 系統(tǒng)一級(jí)吸收酸流量測(cè)量中選用外夾式超聲波流量計(jì)是適合該工況的***佳選擇。

2.外夾式超聲波流量計(jì)安裝

外夾式超聲波流量計(jì)是不和被測(cè)流體接觸的流量測(cè)量?jī)x表，沒(méi)有接液部件和阻流元件，使得安裝、使用、維修非常方便，不必?cái)嗔?、不用切開(kāi)管道、不影響生產(chǎn)過(guò)程，沒(méi)有壓力損失。由于外夾式超聲波流量計(jì)在流量測(cè)量?jī)x表中屬于產(chǎn)品，很多用戶(hù)對(duì)于該儀表的安裝還比較陌生。外夾式超聲波流量計(jì)測(cè)量探頭安裝是外夾式超聲波流量計(jì)能否正常工作的關(guān)鍵。

2. 1 測(cè)量探頭安裝方式

2.1. 1  反射式安裝( Ｒeflect)

時(shí)差式換能器在安裝時(shí)，一組換能器可以安裝在管道的同側(cè)，超聲波需要借助于對(duì)面的管道壁反射。在條件允許的情況下，使用反射式安裝。反射式安裝的好處有: ①一組探頭安裝在管道同側(cè)，安裝簡(jiǎn)便，安裝精度較高，測(cè)量精度好; ②反射式安裝可以克服橫向流場(chǎng)的干擾，因此抗擾動(dòng)性能更好。如圖 1 所示。

2.1. 2  直射式安裝( Direct)

直射式安裝時(shí)，一組換能器安裝在管道的對(duì)側(cè)，這種安裝方式超聲波聲束的聲程***短，可以提高信號(hào)強(qiáng)度，當(dāng)管道和液體的聲導(dǎo)性能差時(shí)，要考慮使用直射式安裝。如圖 2 所示。

2.2  探頭安裝位置要求及注意事項(xiàng)

選擇一個(gè)合適的安裝位置，對(duì)于順利地通過(guò)安裝程序，獲得***高的測(cè)量精度是至關(guān)重要的。一般在選擇安裝位置時(shí)需要考慮下面的因素。

1) ***小直管段要求。上游直管段大于 10D，下游直管段大于 5D( 其中 D 為管道直徑) ，如果現(xiàn)場(chǎng)條件允許盡量多一些。這個(gè)條件是為了在安裝探頭的位置能夠獲得穩(wěn)定的流態(tài)分布，有利于提高測(cè)量精度和測(cè)量的穩(wěn)定性。

2) 需保證管道始終滿(mǎn)管，如果流體不滿(mǎn)管，就會(huì)造成測(cè)量誤差偏大或超聲波信號(hào)的阻斷，無(wú)法正常測(cè)量。

3) 不要直接安裝在能夠產(chǎn)生壓降的設(shè)備下游，如擴(kuò)徑、閥門(mén)、插入裝置等，由于管道內(nèi)的液體當(dāng)壓力降低時(shí)會(huì)不同程度地釋放出氣體，產(chǎn)生氣泡，液體中氣體含量增加會(huì)降低信號(hào)的強(qiáng)度，同時(shí)增加了噪聲。

 4) 所選位置管道的口徑和儀表編程一致。管道外徑必須地實(shí)際測(cè)量。

5) 探頭安裝在垂直管道時(shí)，實(shí)惠的流體方向是自下而上，只有在現(xiàn)場(chǎng)條件不具備時(shí)，才考慮自上而下，但是這時(shí)必須保證管道內(nèi)的背壓，確保管道內(nèi)液體處于滿(mǎn)管狀態(tài)。

6)  遠(yuǎn)離管道焊縫，不要把探頭裝在焊縫上。

7) 避免把探頭安裝于水平管道的底部或頂部位置，由于管道底部會(huì)經(jīng)常有沉積物，頂部會(huì)聚集一些氣體，這樣都會(huì)影響超聲波信號(hào)的傳輸。

8) 按照流量計(jì)主機(jī)安裝菜單中提示的探頭間距處理管道表面，除去表面的油脂、砂礫、腐蝕、鐵銹、疏松的油漆等。使用研磨塊處理管道，使和探頭接觸的管道表面干凈平滑。研磨的區(qū)域要比探頭的發(fā)射/ 接收面略大，大概兩側(cè)多出探頭面積的一半即可。

2. 3 外夾式超聲波流量計(jì)安裝基本步驟

①收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù); ②選擇合適的探頭安裝位置; ③探頭安裝位置管道表面的處理; ④進(jìn)入主機(jī)安裝菜單輸入下列數(shù)據(jù)并保存: 探頭安裝位置管道數(shù)據(jù); 工藝介質(zhì)數(shù)據(jù); 流量量程、單位; 體積流量或質(zhì)量流量; ⑤把探頭安裝在管道上與主機(jī)連接;⑥設(shè)置相關(guān)的參數(shù)結(jié)束安裝。

3.超聲波流量計(jì)應(yīng)用

3.1外夾式超聲波現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用對(duì)比

 威頓達(dá)州化工有限責(zé)任公司有 800 kt / a、400 kt / a 2套硫磺制酸裝置，均采用 HＲS 系統(tǒng)［一級(jí)吸收酸 w( H2 SO4 ) 99. 5%、溫度 196 ℃］。800 kt / a 裝置 HＲS 系統(tǒng)一級(jí)吸收酸流量計(jì)采用的是 FLUXUS ADM 7407 外夾式超聲波流量計(jì)，自裝置開(kāi)車(chē)至今一直正常工作。

400 kt / a 裝置 HＲS 系統(tǒng)原始設(shè)計(jì)一級(jí)吸收酸流量計(jì)采用的是另一品牌外夾式超聲波流量計(jì)( 傳感器***高工作溫度上限 200 ℃ ) 。HＲS 系統(tǒng)開(kāi)車(chē)運(yùn)行后，當(dāng)一級(jí)吸收酸溫度小于 110 ℃ 時(shí)該流量計(jì)能正常工作; 當(dāng)酸溫大于 110 ℃ 、w( H2 SO4 ) 大于 99% 時(shí)，超聲波流量計(jì)開(kāi)始出現(xiàn)流量輸出信號(hào)不穩(wěn)直到流量輸出消失，***終導(dǎo)致流量計(jì)無(wú)法測(cè)量一級(jí)吸收酸流量。該流量計(jì)廠(chǎng)家多次現(xiàn)場(chǎng)售后服務(wù)無(wú)法解決問(wèn)題，并返廠(chǎng)測(cè)試該流量計(jì)性能正常，但重新安裝在現(xiàn)場(chǎng)故障依然存在。于是把該流量計(jì)換成了 FLUXUS ADM 7407 外夾式超聲波流量計(jì)。

FLUXUS ADM 7407 可固定安裝的外夾式超聲波流量計(jì)適用于幾乎所有液體流量測(cè)量，特別是在工業(yè)環(huán)境中。隨儀表成對(duì)提供的探頭帶內(nèi)部溫度補(bǔ)償功能 ( 符合 ANSI / ASME 規(guī)定) ，使得整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)無(wú)漂移和零點(diǎn)穩(wěn)定，確保讀數(shù)。此外，自動(dòng)識(shí)別探頭及其標(biāo)定數(shù)據(jù)，有效地縮短了設(shè)置時(shí)間。采用獨(dú)特的雙核技術(shù)，高速采樣和自動(dòng)適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)，即使在苛刻的測(cè)量工況下，F(xiàn)LUXUS ADM 7407 也能可靠而穩(wěn)定地工作，是 HＲS 系統(tǒng)測(cè)量一級(jí)吸收酸理想儀表。這款液體流量計(jì)可測(cè)量?jī)?nèi)徑范圍從 6 ～ 12 m 的管道( 無(wú)特殊材質(zhì)需求) 和溫度從－ 40 ～ 200 ℃ 的介質(zhì)( 通過(guò)高低溫導(dǎo)波器可測(cè)溫度為－200 ～400 ℃) 。

 3. 2 超聲波流量計(jì)維護(hù)

 3.2. 1 核實(shí)校驗(yàn)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝固定外夾式超聲波流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣的用戶(hù)來(lái)講，可以配備 1 臺(tái)同類(lèi)型的便攜式超聲波流量計(jì)，用于核校現(xiàn)場(chǎng)儀表的情況。①堅(jiān)持一裝一校，即對(duì)每一臺(tái)新裝超聲波流量計(jì)在安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測(cè)量準(zhǔn); ②對(duì)在線(xiàn)運(yùn)行的外夾式超聲波流量計(jì)發(fā)生流量突變時(shí)，要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。

3. 2. 2 定期維護(hù)

超聲波流量計(jì)的維護(hù)量相對(duì)比較小。如對(duì)于外貼換能器超聲波流量計(jì)，安裝以后無(wú)水壓損失，無(wú)潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動(dòng)，與管道之間的偶合劑是否良好即可。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。目前 FLUXUS ADM 7407 外夾式超聲波流量計(jì)探頭已采用耦合片安裝，基本上實(shí)現(xiàn)流量計(jì)日常運(yùn)行免維護(hù)。

4.結(jié)語(yǔ)

一級(jí)吸收酸流量是 HＲS 系統(tǒng)一個(gè)重要參數(shù)，準(zhǔn)確測(cè)量是裝置經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的有力保障。威頓達(dá)州化工有限責(zé)任公司 2 套制酸裝置經(jīng)過(guò) 4 年運(yùn)行，2 臺(tái)一級(jí)吸收酸超聲波流量計(jì)均保持可靠運(yùn)行，測(cè)量準(zhǔn)確，沒(méi)有因?yàn)榱髁坑?jì)故障引起裝置聯(lián)鎖動(dòng)作.