摘要(yào):在硫磺回(huí)收的工藝(yì)裝置中,由(you)于測量特(te)殊酸性氣(qì)體🤟的質量(liàng)流量較困(kun)難,提出了(le)具有可測(cè)量相對分(fen)🎯子質量,能(neng)夠應對多(duo)組分氣體(tǐ)并通過壓(ya)力補償,以(yǐ)及🤩溫度補(bu)償計算的(de)氣體超聲(shēng)波流量計(jì) 測量方案(àn)。介紹了硫(liú)磺回收工(gong)藝裝置中(zhong)氣體流量(liang)的特♌點📞、氣(qì)體超聲波(bo)流量計原(yuan)理以及安(ān)裝設計、出(chu)現的問題(ti)及技術改(gǎi)造,爲同類(lei)型裝置提(ti)供參考和(hé)選擇。
　　随着(zhe)中國煉化(hua)一體化項(xiang)目的快速(su)發展，硫磺(huang)回收裝置(zhì)規模✌️快速(sù)增大及套(tao)數不斷增(zēng)多，同時國(guo)家對化工(gong)裝置⛹🏻‍♀️清潔(jie)🤩生産、環保(bao)排放的要(yào)求更加嚴(yan)苛,作爲煉(lian)化一體化(huà)🌂項目配🔴套(tào)環保裝置(zhì),硫磺回收(shou)裝置的重(zhòng)要性不言(yan)而喻❤️。作爲(wei)硫磺回收(shōu)裝置主進(jìn)料,酸性氣(qi)體積流量(liàng)的測量要(yào)求穩定且(qie)精🧡度高,關(guān)系到酸性(xing)氣與燃⚽燒(shāo)空氣、燃料(liào)氣的配比(bǐ)控制,對裝(zhuang)置安全穩(wěn)定長周期(qi)運行至關(guān)重要。
1硫磺(huang)回收裝置(zhì)簡介
　　16Mt/a煉化(hua)一體化配(pèi)套建設總(zǒng)規模爲4X0.15Mt/a硫(liú)磺回收裝(zhuang)置,硫磺回(huí)收㊙️裝🧑🏽‍🤝‍🧑🏻置配(pèi)套尾氣處(chù)理設施以(yǐ)保證硫回(hui)收率達到(dao)99.99%以上,SO2排放(fàng)🌈質量濃度(du)ρ(SO2)<35mg/m3的要求。
　　硫(liu)磺回收裝(zhuang)置三級克(ke)勞斯工藝(yi)流程如圖(tú)1所示。硫磺(huáng)回⭐收裝置(zhi)👨‍❤️‍👨采用三級(jí)常規克勞(láo)斯主燃燒(shāo)爐和氨法(fa)煙氣脫硫(liú)工🌍藝,并煙(yān)氣排放ρ(SO2)≤35mg/m3的(de)超潔淨排(pái)放的措施(shi),适應将來(lai)更嚴格的(de)環保要求(qiú)。
2硫磺回收(shōu)裝置酸性(xìng)氣流量的(de)特點
　　主燃(ran)燒爐有三(san)路酸性氣(qì),分别是從(cóng)溶劑再生(sheng)及加氫酸(suan)性水🔅汽提(tí)來的清潔(jie)酸性氣、非(fēi)加氫酸性(xing)水汽提來(lái)的含氨酸(suān)性氣、IGCC裝置(zhì)(即氣化裝(zhuang)置、淨化裝(zhuang)置、甲烷化(huà)裝置及清(qīng)👣潔中心)來(lai)的IGCC酸性氣(qi),三✊路酸性(xing)氣經分液(ye)罐氣🔞液分(fèn)離後,部分(fèn)清潔酸性(xìng)氣與㊙️IGCC酸性(xing)氣混合,經(jing)加熱後再(zài)與含氨酸(suān)性氣混合(he),進😍入主燃(ran)燒爐反應(yīng)室的主燃(rán)燒器,剩餘(yu)部分的清(qing)潔酸性氣(qi)從主燃燒(shao)爐中部進(jìn)入。與酸性(xìng)氣燃燒反(fan)應所需的(de)燃燒空氣(qì)供給量需(xū)根據主燃(rán)燒爐反應(yīng)需氧量通(tong)過比值複(fu)雜調節嚴(yan)格控制，經(jing)燃燒将酸(suān)性氣中的(de)氨和烴類(lèi)等有機物(wu)全部分解(jiě),在燃燒爐(lú)内大部分(fèn)H2S進行💞高溫(wēn)克勞斯反(fǎn)應後轉化(huà)爲硫,餘下(xià)的H2S中小部(bu)分轉化爲(wèi)SO2。

 
1)三路酸性(xing)氣參考組(zǔ)分見表1所(suǒ)列,可見三(sān)路酸性氣(qì)的組分差(cha)别較大,混(hùn)合後酸性(xìng)氣組分範(fàn)圍更大。因(yin)此,從組分(fèn)角度看,酸(suan)性氣體積(jī)流量測量(liang)難度大,特(tè)别是相✏️對(dui)分子質量(liang)的測量。
 
2)克(ke)勞斯反應(yīng)部分流程(cheng)(酸性氣部(bù)分)如圖2所(suo)示，酸性氣(qì)有三路,清(qīng)潔酸性氣(qì)來自溶劑(ji)再生裝置(zhi)和加氫汽(qì)提裝置,溶(róng)劑再生裝(zhuāng)置有4套;含(hán)氨酸性氣(qi)來自非加(jiā)氫汽提裝(zhuang)置;IGCC酸性氣(qi)來自煤氣(qi)化淨化裝(zhuang)置，煤氣💃🏻化(hua)淨化裝🔞置(zhi)有2套。酸性(xing)氣路數較(jiao)多且相⭐互(hù)獨立，每👣路(lù)酸性氣裝(zhuāng)🔴置運行工(gong)況🤩直接影(ying)響三🧡路酸(suān)性氣的工(gōng)況,特别是(shì)酸性氣的(de)流量。從✊上(shang)遊酸性氣(qi)裝置運行(háng)工況角度(du)看,酸性氣(qì)體積流量(liàng)測量難度(dù)也大。
3)主燃(ran)燒爐控制(zhì)方案是前(qian)饋-比值-反(fǎn)饋複雜控(kòng)制,其目的(de)☀️是控制主(zhu)燃燒爐燃(ran)燒反應，控(kòng)制合适的(de)爐膛溫度(dù),并合理配(pèi)風使去尾(wei)🎯氣淨化單(dān)元的過程(cheng)氣中φ(H2S)-2φ(SO2)=0,保證(zheng)硫❗磺回收(shōu)單元的☔最(zui)大硫回收(shōu)率。供給主(zhu)燃燒室合(hé)适的空氣(qi)量是重要(yao)的，如空氣(qì)不足将産(chǎn)生過剩H2S;反(fǎn)之,空氣過(guo)量将使SO2過(guò)剩。以上兩(liǎng)種情況都(dou)将導緻主(zhu)燃燒爐硫(liú)👉回收減少(shǎo),爲了避免(miǎn)上述情形(xing),主配🌈風通(tōng)過對清潔(jie)酸性氣、含(hán)氨酸性氣(qi)☁️酸、IGCC酸性氣(qì)和燃料♍氣(qi)的體積流(liú)量進行比(bi)值控制。從(cóng)工藝🈚控制(zhì)角度看,酸(suān)性氣體積(jī)流量測🌐量(liang)很關鍵。
 
4）清(qīng)潔酸性氣(qi)安全儀表(biǎo)系統(SIS)聯鎖(suo)如圖3所示(shì),因三路酸(suan)性氣對主(zhǔ)燃燒爐正(zheng)常運行是(shì)相互獨立(li)的，同時考(kǎo)慮到其中(zhōng)一路或🤩兩(liǎng)路酸性氣(qì)突然中斷(duan)或體積流(liu)量降低,防(fang)止酸性氣(qi)倒竄回火(huo),三路酸性(xing)氣流量低(di)低參與清(qīng)潔酸性氣(qi)SIS聯鎖。綜上(shang)四點，三路(lù)酸性氣流(liú)量計測量(liàng)結果的正(zhèng)确♌性及穩(wen)定性至關(guan)重要。

 
3氣體(ti)超聲波流(liú)量計在硫(liu)磺回收裝(zhuāng)置中的應(ying)用
　　硫磺回(huí)收裝置一(yī)般位于煉(lian)油裝置的(de)下遊,從上(shang)遊🤩裝置排(pái)放出來的(de)酸性氣體(ti)進人該裝(zhuāng)置。三路酸(suān)性🐪氣體的(de)組分是一(yi)個動态變(bian)化的過程(chéng),要求流量(liang)計量具備(bei)對氣體組(zǔ)分變化識(shi)别的能力(li),具有大量(liang)程比，且考(kao)慮到酸性(xìng)氣體的劇(jù)毒性,要求(qiú)選擇一種(zhong)可以現場(chang)密閉測量(liang)、在線維護(hù)和自動标(biāo)定的儀表(biǎo)。
　　以往國内(nei)很多煉化(hua)企業采用(yòng)傳統的流(liú)量測量，如(ru)熱式氣體(ti)流量計 、氣(qi)體渦街流(liú)量計 和氣(qì)體質量流(liu)量計等,但(dàn)在實際應(ying)用中并不(bú)能滿足硫(liu)磺回收裝(zhuāng)置酸性氣(qi)體測量的(de)要求,例如(rú):熱式💁氣體(tǐ)流量計響(xiǎng)應慢、被測(cè)量氣體組(zu)分變化大(da)的場所,測(ce)量值會有(yǒu)💛較大的變(bian)化而🧑🏽‍🤝‍🧑🏻産生(shēng)誤差;氣體(tǐ)渦街流量(liang)計的💋發生(sheng)體易被介(jiè)質污🚶染,改(gǎi)變幾何尺(chǐ)寸之🔞後,對(duì)測量精♊度(dù)造成很大(dà)影響。因此(ci)，可以選擇(zé)氣體👉超聲(sheng)波流量計(ji)用于硫磺(huáng)回收裝置(zhi)三路酸性(xing)氣體的體(ti)積流量測(ce)量。
4氣體超(chao)聲波流量(liàng)計的測量(liàng)原理
　　氣體(ti)超聲波流(liú)量計測量(liàng)原理如圖(tu)4所示。它是(shì)利用1對超(chāo)聲波傳感(gǎn)器安裝在(zai)管段上下(xia)遊兩側，傳(chuán)感器A和傳(chuán)感器🤩B相互(hù)💃🏻發送和接(jiē)收超聲波(bō)信号,通過(guo)觀測超聲(sheng)波在介質(zhì)中的順流(liú)和逆流傳(chuan)播的時間(jiān)差值來計(jì)算流📧速,從(cong)而可應用(yòng)流速來計(ji)算介質體(tǐ)積流量的(de)一種間接(jiē)測量方法(fǎ)。
 
　　由圖4可知(zhi),1對超聲波(bō)流量計傳(chuan)感器A和傳(chuán)感器B分别(bié)安裝在管(guan)☔段兩側,即(ji)順流傳感(gǎn)器和逆流(liú)傳感器,并(bing)相距-定的(de)距離,管段(duan)内徑爲d,超(chao)聲波在介(jie)質中傳播(bo)路徑爲L,介(jiè)質流速ʋ和(hé)L的夾角爲(wèi)θ,超聲波順(shùn)流方向傳(chuán)播時間tAB和(he)超聲波逆(ni)流方向傳(chuan)播時間tBa,可(ke)用公式(1)來(lái)💯表示:
 
　　式中(zhōng):c一超聲波(bō)在非流動(dong)介質中的(de)聲速
　　利用(yòng)tAB和tBA之差計(jì)算介質流(liu)速如式(2)所(suo)示:
 
　　由式(2)可(ke)見:當c和Lcosθ爲(wei)固定常數(shù)時,v和△t成正(zhèng)比,體積流(liú)量qv計算🈲如(ru)式(3)所示:
 
　　以(yi)上即爲測(ce)量所得的(de)流體流速(su)和體積流(liú)量，在對流(liu)👄體的溫度(du)和壓力測(ce)量值補償(cháng)運算後得(dé)到正确的(de)流量值。
5氣(qi)體超聲波(bo)流量計的(de)性能和特(te)點
　　酸性氣(qì)超聲波流(liú)量計測量(liang)時采用時(shí)差法原理(lǐ),利用超🌈聲(sheng)波信号在(zài)流體中的(de)傳播速度(dù)和流體流(liú)動速度的(de)疊加和疊(die)減關系進(jin)行測量。該(gai)型流量計(ji)能夠通過(guo)去除各種(zhǒng)無效信号(hào)、接收有效(xiao)信号,經過(guò)補🤞償後,較(jiao)于☎️同類型(xing)産品精度(dù)更高,且能(néng)識别不同(tóng)的流場。通(tong)過修正參(can)數,大幅提(tí)高時間計(jì)🛀🏻算和測量(liang)的精度。該(gai)型流量計(ji)可測量相(xiang)對分子質(zhi)量,能夠應(ying)對多組分(fen)氣🤩體并正(zheng)🌏确監測到(dao)氣體變化(hua)，并且通過(guo)壓力‼️補償(cháng)以及溫度(dù)補償計算(suan)出體積流(liu)量📞,相對于(yú)傳統的流(liu)量計，氣體(ti)超聲波流(liú)量計優勢(shi)明顯。
　　該流(liú)量計可以(yǐ)雙向測量(liang),配置1對、2對(dui)、3對或4對測(cè)量探頭。1對(dui)探頭🤞測量(liang)時，當正向(xiàng)流速和反(fan)向流速爲(wèi)0.03~120m/s,正向和反(fan)向流量測(cè)量精度均(jun)滿足讀數(shù)的1.5%~3.0%;2對探頭(tou)測量時，當(dang)正向流速(su)和反向流(liú)速爲0.03~120m/s,正向(xiang)和⁉️反身流(liú)量測量精(jīng)度均滿足(zú)讀數的1.5%~2.0%。3對(duì)探頭測量(liàng)時,當正向(xiàng)流速和反(fan)向流速爲(wèi)0.03~120m/s,正向和反(fan)向流量測(ce)量精度均(jun1)滿足♌讀數(shù)的1.0%~1.5%。4對探頭(tou)測量時，當(dāng)正向流速(su)和反向流(liu)速爲0.03~120m/s時,正(zhèng)向和反向(xiang)流量測量(liàng)精度均滿(mǎn)足讀數的(de)0.5%~1.5%。
　　綜上所述(shù)，該型流量(liang)計滿足測(ce)量大量程(cheng)比、腐蝕性(xìng)有毒氣體(tǐ)流量的要(yao)求。
6超聲波(bō)流量計在(zai)硫磺回收(shou)裝置上的(de)安裝設計(jì)
　　該型流量(liang)計包括1對(duì)傳感器前(qian)置放大器(qì)和變送器(qi),流量計采(cǎi)🏃🏻‍♂️用偏置垂(chui)直90°安裝,傳(chuan)感器插入(rù)到預先安(ān)裝好的便(biàn)🤩于在🌍線插(cha)拔的球閥(fa)中。球閥主(zhu)要結構由(yóu)連接支管(guan)、球閥主體(tǐ)、在線插拔(ba)💜附件組成(cheng),該設計實(shí)現了不停(ting)☁️産情況下(xia)在線維護(hu)💃裝卸。變送(sòng)☀️器和傳感(gǎn)器連接線(xiàn)纜長度最(zui)大可以達(dá)到300m,适用于(yu)任何特殊(shu)🐇現場狀況(kuang)。
7出現問題(tí)及技術改(gai)造
　　該超聲(shēng)波流量計(jì)自安裝投(tóu)用以來,陸(lu)續出現了(le)以下😘問題(ti):
1)施工單位(wèi)安裝出現(xiàn)了部分探(tàn)頭的軸心(xin)不對中的(de)❗問題,造成(cheng)調試時接(jie)收端探頭(tou)信号強度(du)不夠。在供(gong)♋應商技術(shu)🔞人員現場(chǎng)指導下,均(jun)已解決。
2)流(liú)量計供電(dian)電壓的變(biàn)更,由220V(AC)改爲(wèi)24V(DC)。在技術的(de)幫助下,均(jun)已解決🈚。
3)流(liú)量溫度、壓(yā)力補償實(shí)現方式的(de)變動。起初(chū)考慮通過(guò)DCS軟件組态(tài),對溫度、壓(yā)力進行補(bu)償,實現DCS配(pèi)風調節控(kòng)制功能，溫(wen)　　信号進DCS,壓(yā)力信号進(jìn)SIS(通過通信(xin)至DCS),SIS又設.置(zhi)了酸性氣(qi)流⁉️量聯鎖(suo),但無法實(shí)現溫度、壓(yā)力補償。爲(wèi)了避免兩(liǎng)系統酸性(xìng)氣流量示(shi)值出現差(chà)别對工藝(yì)操作的影(yǐng)響，後改爲(wèi)現場流量(liang)計側溫度(dù)壓力補🍓償(chang)。
4)因各路酸(suan)性氣裝置(zhì)開工時序(xù)有差異或(huo)工藝介質(zhì)帶有油垢(gòu)等情況,出(chū)現了單路(lu)酸性氣裝(zhuāng)置工況突(tu)變導緻流(liu)量計示值(zhí)驟降,但酸(suan)性氣壓力(li)未降低，從(cóng)🐅而觸發酸(suān)性氣❄️聯鎖(suo)。
　　探讨了清(qing)潔酸性氣(qì)在三路酸(suan)性氣中屬(shǔ)于主物料(liao)，針對清潔(jie)🈲酸性氣管(guan)線，開展了(le)“清潔酸性(xing)氣流量低(di)🌏低與🏃🏻清潔(jie)酸性氣壓(ya)差“二取二(èr),觸發清潔(jie)酸性氣聯(lian)鎖”技術改(gǎi)造。清潔酸(suān)性氣壓差(chà),即清潔酸(suān)性氣壓力(lì)-主燃燒爐(lú)入口空氣(qì)壓力,2個壓(yā)😍力點信号(hao)進SIS,在SIS中作(zuo)差值運算(suan)。在清潔酸(suan)性氣單法(fǎ)蘭壓力變(bian)送器取壓(yā)處,加Y型三(sān)通㊙️、再增加(jiā)1個清潔酸(suan)性氣單法(fǎ)蘭壓力檢(jian)測點。兩路(lu)壓力信号(hao),一路去現(xian)場流🙇‍♀️量計(jì)側作溫壓(ya)補償，一路(lu)去sIS參與聯(lián)💋鎖。
8結束語(yǔ)
　　作爲硫磺(huang)回收裝置(zhì)主進料，酸(suan)性氣超聲(shēng)波流量計(jì)的測量要(yao)👌求穩定且(qiě)精度高,關(guan)系到酸性(xing)氣與燃燒(shao)空氣、燃料(liao)氣的配比(bǐ)控制，對裝(zhuāng)置安全穩(wen)定長周期(qi)運行至關(guan)重要。通過(guò)該項目氣(qi)體超聲波(bo)流量計的(de)實踐,特别(bié)是一系列(lie)的技術改(gǎi)進，對氣體(ti)超聲波流(liu)量計在硫(liú)磺💋回收裝(zhuang)置的應用(yòng)有借鑒🈲意(yì)義。在氣體(tǐ)超聲波流(liú)量計發展(zhan)方面,如國(guó)内供應商(shāng)能結合項(xiang)🐆目實踐不(bú)斷優化方(fāng)案設計和(hé)改進🐕産品(pǐn)，将有利于(yú)提升國内(nei)産品的競(jìng)争力。

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