摘(zhāi)要:在硫磺回(huí)收的工藝裝(zhuāng)置中,由于測(ce)量特殊酸性(xìng)氣體的質量(liàng)流量較困難(nan),提出了具有(yǒu)可測量相對(duì)分子質量,能(néng)🐆夠應對多組(zǔ)分氣體并通(tong)過壓力補償(chang),以及🌈溫度補(bu)償計算的氣(qi)體超聲波流(liu)量計 測量方(fāng)案。介紹了硫(liu)磺回收工藝(yì)裝置中氣體(ti)流量的特㊙️點(dian)、氣體超聲波(bō)流量計原理(lǐ)以及安裝設(shè)計、出現的問(wen)題💋及技術改(gǎi)造,爲同類型(xíng)裝置提供參(cān)考和選擇。
　　随(suí)着中國煉化(huà)一體化項目(mù)的快速發展(zhǎn)，硫磺回收裝(zhuang)置規🚩模快速(sù)增大及套數(shu)不斷增多，同(tong)時國家對化(huà)工裝置💋清潔(jié)生産、環保✉️排(pai)放的要求更(geng)加嚴苛,作❓爲(wei)煉化一體化(huà)項目配💚套環(huán)保裝置,硫磺(huáng)回收裝置的(de)重要性不言(yan)而喻。作爲硫(liu)磺回收裝置(zhi)💃🏻主進料,酸性(xing)氣體積流量(liàng)的測量要求(qiú)穩定且精度(dù)高,關系到酸(suān)性氣與燃燒(shao)🥵空氣、燃料氣(qì)的配比控制(zhi),對裝置安全(quan)穩定長周期(qī)運行至關重(zhong)要。
1硫磺回收(shōu)裝置簡介
　　16Mt/a煉(lian)化一體化配(pei)套建設總規(gui)模爲4X0.15Mt/a硫磺回(huí)收裝置,硫磺(huáng)回收裝置配(pei)套尾氣處理(lǐ)設施以保證(zheng)硫回收率達(dá)到⛱️99.99%以上,SO2排放(fang)🌐質量濃度ρ(SO2)<35mg/m3的(de)要求。
　　硫磺回(huí)收裝置三級(ji)克勞斯工藝(yì)流程如圖1所(suo)示。硫磺回🛀🏻收(shōu)裝置💁采用三(sān)級常規克勞(láo)斯主燃燒爐(lu)和氨法煙氣(qi)脫硫工藝,并(bìng)煙氣排放ρ(SO2)≤35mg/m3的(de)超潔淨排放(fang)的措施,适應(ying)将來更嚴格(gé)的環保要☎️求(qiú)。
2硫磺回收裝(zhuang)置酸性氣流(liú)量的特點
　　主(zhǔ)燃燒爐有三(san)路酸性氣,分(fèn)别是從溶劑(ji)再生及加氫(qīng)酸🏃🏻性水💃汽提(ti)來的清潔酸(suan)性氣、非加氫(qing)酸性水汽提(tí)來的含氨酸(suan)⛷️性氣、IGCC裝置(即(jí)氣化裝置、淨(jìng)化裝置、甲烷(wán)化裝置及清(qīng)潔中心)來的(de)IGCC酸性氣,三路(lu)酸性氣經分(fèn)液罐氣液分(fen)離後,部分清(qīng)潔酸性氣與(yu)♊IGCC酸性氣混合(he),經加熱後再(zai)與含氨酸性(xìng)氣混合,進入(rù)主燃燒爐反(fǎn)應室的主⛷️燃(rán)燒器,剩餘部(bu)分的清潔酸(suān)性氣從主燃(ran)燒爐中部進(jìn)入。與酸性氣(qi)燃燒反應所(suǒ)需的燃燒空(kong)氣供給量需(xū)根據主燃燒(shao)爐反應需氧(yang)量通過比值(zhí)複雜調節嚴(yan)格控制，經燃(ran)燒将酸性氣(qì)中的氨和烴(tīng)類等有機物(wu)全部分解,在(zài)燃燒爐内大(da)部分H2S進行☁️高(gao)溫克勞斯反(fǎn)應後轉化🏃爲(wèi)硫,餘下的H2S中(zhong)小部分轉🧑🏾‍🤝‍🧑🏼化(huà)爲SO2。

 
1)三路酸性(xìng)氣參考組分(fèn)見表1所列,可(kě)見三路酸性(xìng)氣的組分差(cha)别♉較大,混合(hé)後酸性氣組(zǔ)分範圍更大(da)。因此,從組分(fen)角度看,酸性(xing)氣體積流量(liang)測量難度大(da),特别是相對(dui)分子質量的(de)測量。
 
2)克勞斯(si)反應部分流(liú)程(酸性氣部(bu)分)如圖2所示(shi)，酸性氣有三(san)路,清潔酸性(xing)氣來自溶劑(jì)再生裝置和(he)加氫🌂汽提裝(zhuang)置,溶劑再生(sheng)👄裝置有4套;含(hán)氨酸性氣來(lái)自非🔱加氫汽(qi)提裝置;IGCC酸性(xìng)氣來自煤氣(qì)化淨化裝置(zhì)，煤氣化淨化(hua)裝置有2套。酸(suān)性氣路數🏃🏻‍♂️較(jiào)多且相互獨(du)立，每路酸性(xìng)氣裝置運行(háng)工況直接影(ying)響三路酸性(xing)氣的工況,特(tè)别是酸性氣(qi)的流量。從上(shang)遊酸性氣裝(zhuang)置運行工況(kuàng)角👨‍❤️‍👨度看,酸性(xìng)氣體🈲積流量(liang)測量難度也(ye)大。
3)主燃燒爐(lú)控制方案是(shi)前饋-比值-反(fan)饋複雜控制(zhi),其目的是控(kong)制主燃燒爐(lú)燃燒反應，控(kong)制合适的爐(lu)膛溫度,并合(he)理配風使去(qù)尾氣淨化單(dan)元的過程氣(qì)中φ(H2S)-2φ(SO2)=0,保證硫磺(huang)回收單元的(de)🔞最大硫回收(shōu)率。供給主燃(rán)燒室合适的(de)📞空氣量是重(zhòng)要的，如空氣(qi)不足将産生(sheng)過🌈剩H2S;反之,空(kong)氣💯過量将使(shǐ)SO2過剩。以上兩(liang)種情況都将(jiang)導緻主燃燒(shao)爐硫回收減(jian)少,爲了避免(miǎn)上述情形,主(zhǔ)配風通過對(dui)清潔酸性氣(qi)、含氨酸性氣(qi)酸、IGCC酸性氣和(hé)燃料氣的體(ti)積流量進行(hang)比值控制。從(cong)工藝控制角(jiao)度看,酸性氣(qì)體積流量測(cè)量很關鍵。
 
4）清(qing)潔酸性氣安(ān)全儀表系統(tong)(SIS)聯鎖如圖3所(suǒ)示,因三路酸(suan)🥰性氣對主燃(ran)燒爐正常運(yùn)行是相互獨(dú)立的，同時🌈考(kǎo)慮到其中一(yi)路或兩路❓酸(suan)性氣突然中(zhong)斷或體積流(liú)量降低,防止(zhǐ)🔞酸性氣倒竄(cuàn)回火,三路酸(suan)性氣流量低(di)低參與清潔(jié)酸性氣SIS聯鎖(suǒ)。綜上四點，三(sān)路酸性氣⚽流(liú)量計測量🥵結(jié)果的正确性(xìng)及穩定性至(zhi)關重要。

 
3氣體(tǐ)超聲波流量(liang)計在硫磺回(hui)收裝置中的(de)應用
　　硫磺回(hui)收裝置一般(ban)位于煉油裝(zhuang)置的下遊,從(cong)上遊裝置排(pái)放出來的酸(suan)性氣體進人(rén)該裝置。三路(lù)酸性🏃🏻氣體的(de)組分是一個(ge)動态變化的(de)過程,要求流(liu)量計量具備(bèi)對氣體🈲組分(fen)變化識别的(de)能力,具有大(da)量程比，且考(kao)慮到酸性氣(qì)體的劇毒性(xing),要求選擇一(yi)種可以現場(chang)密閉測量、在(zài)線維護和自(zì)動标定的儀(yí)表。
　　以往國内(nèi)很多煉化企(qǐ)業采用傳統(tong)的流量測量(liàng)，如熱式氣體(ti)流量計 、氣體(ti)渦街流量計(jì) 和氣體質量(liang)流量計等,但(dan)在實際應用(yòng)中并不能滿(mǎn)足硫磺回收(shou)裝置酸性氣(qi)體測量的要(yào)求,例如:熱式(shi)🐉氣體流量計(ji)響應慢🏃🏻‍♂️、被測(cè)量氣體組分(fèn)變化大的場(chǎng)所,測量值會(huì)有較大的🈲變(bian)化而産生誤(wù)差;氣體渦街(jiē)㊙️流量計的🏃🏻‍♂️發(fa)生體易被介(jiè)質污染,改變(bian)幾🧑🏾‍🤝‍🧑🏼何尺寸之(zhi)後,對測量精(jīng)度造成很大(dà)影響。因此，可(kě)以選擇氣體(ti)👅超聲波流量(liàng)計用于硫磺(huang)回收裝置三(sān)路酸性❓氣體(ti)的體積流🚶‍♀️量(liang)測量。
4氣體超(chāo)聲波流量計(ji)的測量原理(lǐ)
　　氣體超聲波(bō)流量計測量(liang)原理如圖4所(suo)示。它是利用(yòng)1對超🍓聲波傳(chuan)感器安裝在(zai)管段上下遊(yóu)兩側，傳感器(qì)🔞A和傳感器B相(xiang)互發送和接(jiē)👄收超聲波信(xin)号,通過觀測(cè)超聲波☔在介(jie)質中的順🔴流(liú)和逆流傳播(bō)的時間差值(zhi)來計算流✨速(sù),從而可🌈應用(yong)流速來計算(suan)介質體積流(liu)量的一種間(jian)接測量方法(fǎ)。
 
　　由圖4可知,1對(dui)超聲波流量(liang)計傳感器A和(hé)傳感器B分别(bié)安裝在管📧段(duan)兩側,即順流(liú)傳感器和逆(nì)流傳感器,并(bing)相距♈-定的距(ju)離,管段内徑(jìng)爲d,超聲波在(zài)介質中傳播(bo)路徑爲⁉️L,介質(zhì)流🔞速ʋ和L的夾(jia)角爲❌θ,超聲波(bo)順流方向傳(chuán)😄播時間tAB和超(chao)聲波逆流方(fāng)向傳播時間(jian)tBa,可用公式(1)來(lai)✊表示:
 
　　式中:c一(yī)超聲波在非(fei)流動介質中(zhong)的聲速
　　利用(yong)tAB和tBA之差計算(suan)介質流速如(rú)式(2)所示:
 
　　由式(shi)(2)可見:當c和Lcosθ爲(wèi)固定常數時(shi),v和△t成正比,體(ti)積流量qv計🔴算(suan)如式(3)所示:
 
　　以(yi)上即爲測量(liang)所得的流體(ti)流速和體積(ji)流量，在對流(liú)體的溫度🐆和(hé)壓力測量值(zhi)補償運算後(hòu)得到正确的(de)流量值。
5氣體(ti)超聲波流量(liang)計的性能和(he)特點
　　酸性氣(qi)超聲波流量(liang)計測量時采(cai)用時差法原(yuán)理,利用超聲(sheng)波信💃🏻号在流(liú)體中的傳播(bo)速度和流體(ti)流動速度🤞的(de)疊加和疊減(jian)🌍關系進行測(cè)量。該型流量(liang)計能夠通過(guo)去除各種無(wú)效信号、接♌收(shōu)有效信号,經(jing)過補償後,較(jiào)于同類型産(chǎn)品精度更高(gāo),且能識别不(bú)同的♊流場。通(tong)過修正參數(shù),大幅提高時(shi)間計♋算和測(cè)量的✌️精度。該(gāi)型流量計可(kě)測量相對分(fèn)子質量,能夠(gou)應對多組分(fèn)氣體并正确(que)監測到氣體(ti)變化，并且通(tong)過壓力補償(chang)以及溫度補(bǔ)😍償計算出體(tǐ)積流👨‍❤️‍👨量,相對(duì)于傳👌統的流(liu)量計，氣體超(chao)聲㊙️波流量計(ji)優勢明顯。
　　該(gāi)流量計可以(yi)雙向測量,配(pei)置1對、2對、3對或(huo)4對測量探頭(tóu)。1對探頭💰測量(liang)時，當正向流(liú)速和反向流(liú)速爲0.03~120m/s,正向和(hé)反向流量測(ce)量精度均滿(mǎn)足讀數的1.5%~3.0%;2對(dui)探頭測量✏️時(shí)，當正🆚向流速(sù)和反向流速(su)爲0.03~120m/s,正向和反(fǎn)身流量測量(liang)精度均♻️滿足(zú)讀數的1.5%~2.0%。3對探(tàn)頭測量時,當(dang)正向流速和(hé)反向流速爲(wei)0.03~120m/s,正向和反向(xiang)流量測量🤟精(jīng)度均滿足讀(du)數的1.0%~1.5%。4對探頭(tou)測量時，當正(zheng)向流速和反(fan)向流速爲0.03~120m/s時(shí),正向和反向(xiàng)流量測量精(jing)度均滿足讀(du)數的0.5%~1.5%。
　　綜上所(suǒ)述，該型流量(liàng)計滿足測量(liàng)大量程比、腐(fu)蝕性有㊙️毒⚽氣(qi)體流量的要(yào)求。
6超聲波流(liu)量計在硫磺(huáng)回收裝置上(shàng)的安裝設計(jì)
　　該型流量計(ji)包括1對傳感(gan)器前置放大(da)器和變送器(qi),流量計采用(yòng)💚偏置垂直90°安(an)裝,傳感器插(chā)入到預先安(ān)裝好的便🎯于(yu)在線插🐪拔的(de)🍓球閥中。球閥(fá)主要結構由(yóu)連接支管、球(qiu)閥主體、在線(xiàn)插拔附件組(zǔ)成,該設計實(shi)現了不停産(chǎn)情況下在線(xian)維護裝卸。變(biàn)送器和傳感(gan)器連接線纜(lǎn)長度最大可(ke)以達到300m,适用(yong)于任何特殊(shū)現場狀況。
7出(chu)現問題及技(ji)術改造
　　該超(chao)聲波流量計(ji)自安裝投用(yong)以來,陸續出(chu)現了以下問(wèn)題:
1)施工單位(wei)安裝出現了(le)部分探頭的(de)軸心不對中(zhōng)的問題,造成(cheng)調試時接收(shou)端探頭信号(hào)強度不夠。在(zài)供應商技術(shu)人員現場指(zhi)導下,均已解(jiě)決。
2)流量計供(gòng)電電壓的變(bian)更,由220V(AC)改爲24V(DC)。在(zài)技術的幫助(zhù)下📧,均已解決(jue)🚶‍♀️。
3)流量溫度、壓(ya)力補償實現(xiàn)方式的變動(dòng)。起初考慮通(tōng)🌈過DCS軟件組态(tài),對溫度、壓力(li)進行補償,實(shi)現DCS配風調節(jie)控制🏃‍♀️功能，溫(wen)　　信号進DCS,壓力(lì)信号進SIS(通過(guò)通信至DCS),SIS又設(she).置了酸性氣(qi)流量聯鎖,但(dan)無法♋實現溫(wēn)度、壓力補償(cháng)。爲了避免兩(liǎng)系統酸⛷️性氣(qi)流量示值出(chu)現差别對工(gong)藝操作的影(yǐng)響，後改爲現(xian)場流量計側(cè)溫度壓力補(bu)償。
4)因各路酸(suan)性氣裝置開(kāi)工時序有差(chà)異或工藝介(jiè)質帶有油垢(gou)等情況,出現(xiàn)了單路酸性(xìng)氣裝置工況(kuang)突變導緻流(liu)量計示值驟(zhòu)降,但酸性氣(qì)壓力未降低(di)，從而觸發酸(suan)性氣聯鎖。
　　探(tan)讨了清潔酸(suan)性氣在三路(lù)酸性氣中屬(shǔ)于主物料，針(zhen)對清潔酸性(xìng)氣管線，開展(zhan)了“清潔酸性(xing)氣流量低✏️低(di)與清潔酸性(xing)氣壓差“二取(qu)二,觸發清潔(jié)酸性氣聯鎖(suǒ)”技術改造。清(qīng)潔酸性氣壓(ya)差,即清潔💔酸(suan)性氣壓力-主(zhu)燃燒爐☔入口(kou)空氣壓力,2個(ge)壓😍力點信号(hao)😘進SIS,在SIS中作差(chà)值運算。在清(qing)潔酸性氣單(dān)法蘭壓力變(bian)送器取壓處(chù),加Y型三通、再(zai)增加1個清潔(jie)酸💃性氣單法(fa)蘭壓力檢測(cè)點。兩路‼️壓力(lì)信♌号,一路去(qu)現場流量計(ji)側作溫壓補(bu)✔️償，一路去sIS參(cān)與聯鎖。
8結束(shù)語
　　作爲硫磺(huang)回收裝置主(zhǔ)進料，酸性氣(qi)超聲波流量(liàng)計的測量要(yao)求穩定且精(jing)度高,關系到(dào)酸性氣與燃(rán)燒✔️空氣、燃料(liao)氣的配比控(kong)制，對裝置安(an)全穩定長周(zhōu)期運行至關(guān)重要。通過該(gāi)項目氣體超(chao)聲波流量計(ji)的🈲實踐,特别(bie)✉️是一系列的(de)技術改進，對(dui)氣體超聲波(bō)流🥰量計在硫(liú)磺回收裝置(zhi)的應用有借(jie)鑒意義。在氣(qì)體超聲波流(liu)量計發展方(fāng)面,如國内供(gòng)應商能結💜合(he)項⛱️目實踐不(bu)斷優化方案(àn)設計和改進(jin)産品，将有利(li)于🔴提升國内(nèi)産品的競争(zhēng)力。

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