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氯化氫合成爐氯氣測量不準原因分析及改造方案

摘要:分析了原阿牛巴流量計氯氣流量測量不準的原因↟↟✘◕。經過技術分析·•·,將原阿牛巴流量計改造為節流孔板流量計↟↟✘◕。改造後·•·,氯化氫合成爐執行狀況良好·•·,一般只需1h便可點火成功·•·,實現了氯氣流量的準確測量↟↟✘◕。
青某化工一期鉀鹼裝置氯化氫合成工序採用的是法國卡朋羅蘭工藝·•·,該裝置承擔著氯化氫合成◕│•₪▩、生產合格的氯化氫氣體並外送◕│•₪▩、不合格氯化氫氣體吸收等任務↟↟✘◕。該工序由兩條相同的工藝鏈A◕│•₪▩、B組成·•·,主要裝置包括氯化氫石墨合成爐◕│•₪▩、成品冷卻器及降膜吸收器等↟↟✘◕。工藝流程為:將來自電解工序的幹氯氣和幹氫氣按照流量比1.0∶1.5送入氯化氫石墨合成爐·•·,充分反應後得到的氯化氫氣體經成品冷卻器冷卻後進入氯化氫分配臺;開車階段·•·,純度低的氯化氫氣體進入降膜吸收器用水或稀鹽酸吸收成為濃鹽酸·•·,純度達到工藝要求的氯化氫氣體經成品冷卻器送往氯乙烯裝置↟↟✘◕。自2010年10月份試車以來·•·,氯化氫合成爐點火時間長且不穩定·•·,最長點火時間高達6h甚至點火失敗·•·,經濟損失巨大↟↟✘◕。經分析發現·•·,氯氣流量測量不準造成氯氣和氫氣配比不準·•·,導致合成爐點火時間長·•·,且經常無法點火·•·,甚至發生合成爐系統爆炸著火等事故↟↟✘◕。為保障氯化氫合成爐的正常穩定執行·•·,對現有的氯氣流量儀表進行技術改造勢在必行↟↟✘◕。
1原氯氣流量測量方案
1.1點火工藝控制要求
氯化氫合成爐開始點火時·•·,氫氣和空氣先點小火·•·,通入氯氣後再緩慢降低空氣流量↟↟✘◕。氫氣和氯氣流量為斜坡自動控制·•·,初始流量設定值為0·•·,隨著時間增加流量值緩慢遞增·•·,其時序圖如圖1所示↟↟✘◕。
1.2流量儀表簡介
氯化氫合成工序選用的氯氣流量計是羅斯蒙特485型插入式一體化阿牛巴流量計·•·,該流量計具有安裝簡便◕│•₪▩、壓損小◕│•₪▩、強度高◕│•₪▩、不受磨損影響及無洩漏等優點·•·,被廣泛應用於工礦企業高爐煤氣◕│•₪▩、壓縮空氣及蒸汽等液體◕│•₪▩、氣體的流量測量↟↟✘◕。其流量測量範圍為0~2500Nm3/h·•·,對應的差壓變送器量程為0~1.263kPa·•·,介質設計壓力183kPa·•·,介質溫度42.3℃·•·,管道內徑207mm↟↟✘◕。其工作原理為:透過測量管道軸線多點流速來反映整個管道的流量分佈情況·•·,在迎流面測量總壓(正壓)·•·,在背流面或管壁測量靜壓(負壓)·•·,兩者壓差的平方根與介質流量呈線性對應關係↟↟✘◕。
氫氣和空氣流量儀表均為一體化孔板流量計↟↟✘◕。
1.3原因分析
在點火過程中氯氣流量穩定值為400Nm3/h·•·,而氯氣流量儀表最大量程為2500Nm3/h·•·,這就要求儀表必須在小流量測量穩定可靠後才能保證點火工作的順利進行↟↟✘◕。另外·•·,該阿牛巴流量差壓變送器量程很小·•·,壓差平方根與流量呈線性對應關係·•·,因此壓差測量有較小誤差時便會引起較大的流量變化↟↟✘◕。對於該阿牛巴流量計·•·,設流量為400Nm3/h時對應的壓差值為x·•·,則圖0=400∶2500x=0.032kPa·•·,表明開始點火階段透過阿牛巴流量計產生的壓差不超過0.032kPa(相當於3.2mmH2O)·•·,該壓力極小·•·,很難準確測量·•·,所以在該工況下·•·,如果使用節流元件測量氯氣流量則必須增大流量對應的差壓變送器量程↟↟✘◕。
對阿牛巴流量計進行拆檢時發現·•·,本應乾燥的氯氣管道里存在水分·•·,這使得本身很小的壓差測量更加困難·•·,氯氣流量測量誤差更大↟↟✘◕。後分析發現·•·,氯氣帶水由工藝原因造成↟↟✘◕。
阿牛巴流量計的壓差值是根據儀表資料表中的工藝引數設計值計算的·•·,但實際工藝引數與設計值有所差別:設計介質壓力為183kPa·•·,溫度為42.3℃;實際壓力為145kPa左右·•·,溫度為15.0℃左右↟↟✘◕。這在一定程度上也影響了阿牛巴流量計壓差值的準確計算↟↟✘◕。
2新流量計選型依據與技術分析
基於上述分析·•·,需重新選用適用於該特殊工況的流量儀表來測量氯氣流量↟↟✘◕。綜合比較多種流量儀表的工作原理◕│•₪▩、應用範圍◕│•₪▩、測量精度和維護要求·•·,並考慮到氫氣和空氣流量儀表(一體化孔板流量計)採用同樣的流量儀表計量可降低最終的氯氣氫氣流量比誤差↟↟✘◕。經過技術分析◕│•₪▩、資料計算確定採用孔板流量計·•·,在重新選擇孔板時要對工藝引數進行修改↟↟✘◕。原流量儀表前後直管段足夠長·•·,介質為較純淨◕│•₪▩、充滿管道的氣體·•·,滿足孔板流量計的安裝要求↟↟✘◕。孔板流量計的工作原理為:充滿管道的流體流經管道內的節流孔板時·•·,在孔板附近造成區域性收縮·•·,流速增加·•·,在其上◕│•₪▩、下游兩側產生靜壓力差↟↟✘◕。在已知有關引數的前提下·•·,根據流動連續性原理和伯努利方程可以推匯出壓差與流量之間的關係進而求得流量·✘₪:
式中·✘₪:C———流出係數;
D———工作條件下·•·,上游管道的內徑;
d———工作條件下·•·,節流件的節流孔或喉部直徑;
qm———質量流量·•·,kg/s;
qv———體積流量·•·,m3/s;
Δp———節流裝置輸出壓差·•·,Pa;
β4———直徑比;
ρ———被測介質的密度·•·,kg/m3;
ε———可膨脹係數↟↟✘◕。
最終氯氣流量儀表選用河南開封儀表廠生產的LGBF型不鏽鋼標準節流孔板流量計↟↟✘◕。為節約改造成本·•·,配套的差壓變送器採用羅斯蒙特3051差壓變送器↟↟✘◕。依據節流孔板計算書更換節流孔板後的壓力損失為2kPa·•·,佔管道壓力145kPa的1.4%·•·,壓損在工藝允許範圍內↟↟✘◕。根據計算書·•·,將差壓變送器的量程修改為0~6kPa·•·,並將其輸出模式設為開平方根輸出↟↟✘◕。差壓變送器將所測壓差值轉換成4~20mA電流後送至DCS系統↟↟✘◕。
3技術改造的優勢
氯氣流量作為氯化氫合成工藝中的重要指標·•·,必須保證其測量準確性·•·,稍有誤差便會引起操作人員誤操作·•·,導致點火失敗·•·,嚴重時還會造成氫氣和空氣燃燒不充分·•·,形成混合型爆炸氣體引起爆炸↟↟✘◕。雖然阿牛巴流量計先進於節流孔板流量計·•·,但在此工況中阿牛巴流量計的差壓變送器量程過小·•·,加之工藝因素最終導致其流量誤差大·•·,無法正常使用↟↟✘◕。節流孔板流量計由於節流元件的更換·•·,使得流體流經孔板前後的壓差增大(最大壓差從1.263kPa增大至6kPa)↟↟✘◕。此時再次計算400Nm3/h流量下對應的壓差值·•·,即=400∶2500x=0.154kPa(相當於15.4mmH2O)·•·,同樣的流量使用節流孔板流量計得到的壓差比阿牛巴流量計擴大了4.8倍·•·,更加便於實現壓差的準確測量↟↟✘◕。
節流孔板流量計是應用最為廣泛的節流式流量計·•·,其價效比高·•·,具有完善的標準◕│•₪▩、檢定規程和大量的試驗資料·•·,無需實流標定↟↟✘◕。
本次改造所選用的節流孔板和差壓變送器均屬於技術成熟產品·•·,應用廣泛·•·,實際使用效果良好·•·,無不安全因素↟↟✘◕。
節流孔板流量計測量範圍寬◕│•₪▩、讀數準確合理·•·,適用於蒸汽◕│•₪▩、壓縮空氣◕│•₪▩、混合非易燃易爆氣體和各類液體的工業流量計量·•·,其結構簡單◕│•₪▩、牢固·•·,效能穩定可靠·•·,使用期限長·•·,維護要求低·•·,是目前國內首選的流量計量裝置↟↟✘◕。此次技術改造方案可廣泛應用於對壓損要求不是十分嚴格的流量計量場合↟↟✘◕。
4結束語
節流孔板流量計自改造投用以來·•·,氯氣流量測量準確·•·,氯化氫合成爐執行穩定可靠↟↟✘◕。改造後氯化氫合成工序開車過程趨於穩定·•·,改造前氯化氫合成點火需要5~6h才能順利點火·•·,改造後一般只需1h便可點火成功↟↟✘◕。此次改造購買了兩臺節流孔板·•·,解決了生產中的重要問題·•·,經濟效益顯著↟↟✘◕。
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