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涡街流量计在UOP丙烷脱氢工艺中的应用中的安装、调试和维护注意

来源: 作者: 发布日期:2021-09-18

 摘 要 :主要介绍涡街流量计的特点,并分析了涡街流量计的测量原理和测量方法,通过在 UOP 丙烷脱氢工艺装置的实 际应用中的具体情况和运行维护中的经验,提出在涡街流量计安装、调试和维护上应注意的事项,非常后对涡街流量计在生产运 行过程中的常见故障进行了分析,并提出了故障处理方法。

 
丙烷脱氢获取丙烯的生产工艺,因其原料、产品单一,投 资低而收率高等优势,越来越受到各个厂家的重视。在目前 已经投产的丙烷脱氢装置中,主要有美国 UOP 公司的移动床 反应器、催化剂连续再生的 Oleflex 工艺和美国 Lummus 公司 采用的固定床反应器的 Catofin 工艺 [1]。这两项工艺技术成熟 可靠,均已实现工业化且各具特点。本装置由北京寰球工程 公司承担设计,采用 UOP 公司的 Oleflex 负压生产技术、催化 剂连续再生工艺。催化剂的循环动力主要来自于催化剂自身 重力流流动和提升氢气流量,根据本装置介质干净和对压力 损失要求比较严格的特点,结合涡街流量计高精度、高可靠性、 价格便宜、使用场所要求不高的特点,故选用蒸汽涡街流量计作 为本装置催化剂及氢气的流量测量。
 
1 涡街流量计结构特点和工作原理 
 
1.1 结构特点 
涡街流量计是一种速度式流量计,根据卡门涡街原理来 测量气体、蒸汽或液体的体积流量。主要用于工业管道介质 流体的流量测量,能够测量气体、液体、蒸汽等多种介质。 其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体 积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、黏度等参数的影响。 无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小,仪表参数能长 期稳定。 
 
1.2 工作原理 
涡街流量计由漩涡发生体、频率检测器、信号转换器等 组成,输出4~20mADC 信号或脉冲电压信号。其工作原理是 在流体中设置漩涡发生体,从旋涡发生体两侧交替地产生有 规则的漩涡,这种漩涡称为卡门涡列,如图1卡门涡列示意图 所示,漩涡列在漩涡发生体下游非对称地排列 [2]。 根据大量实验证明,漩涡发声体单侧漩涡产生的频率 f、 流速 v、直径 d 之间有如下关系 :
 f=Sr×v/d (1)
式(1)中:Sr 为斯特劳哈尔数。由于 Sr 是雷诺数的函数, 由此得到 :
 Qv=A。×V=A。×d/Sr×f=Σf (2)
式(2)中 :A。为流通截面积 ;Σ 为仪表常数。 根据上式可以知道,当斯特劳哈尔数 Sr 为常数时,流量 Qv 与单侧漩涡产生的频率 f 成正比关系。 所以,使用检测元件测出漩涡的频率,就可以算出流体 的流量。
卡门涡列示意图
1.3 漩涡发声体 
常见的漩涡发声体有圆柱形、T 柱形、三角形等。圆柱形 漩涡发声体的斯特劳哈尔数较大,稳定性也强,压力损失小, 但漩涡度较低 [3]。T 柱形漩涡发声体的稳定性高,漩涡强度大, 但压损较大。三角形漩涡发声体的压力损失适中,漩涡强度 较大,稳定性也好,使用较多。UOP 丙烷脱氢工艺装置的涡 街流量计多使用在氢气介质环境下,对压力损失要求比较严 格,故选用的基本都是三角形漩涡发声体。 
 
2 涡街流量计安装注意事项 
1)涡街流量计传感器应该保证尽量水平或垂直安装在与 公称通径相应的管道上,如果非得垂直安装时,流体的流向 应自下而上。 
2)涡街流量计在用作流量调节时,应将涡街流量计的传 感器安装在调节阀的前面,否则在小流量时,调节阀产生的 射流会对气体涡街流量计的测量产生影响,会出现阀门开小,流 量反而增大的现象。 
3)前后直管段要求流量计在安装时,其上游和下游应 配置一定长度的直管段,其长度应满足安装的要求。流量计 上游要保证有 10D~35D 的直管段,流量计下游直管段应大于5D,上游直管段的长短,根据上游管线是否有直角弯、扩大管、 缩径管而定。 4)防震安装。管道的强烈震动会对涡街流量计的测量产 生一定的影响,故涡街流量计应尽量避免安装在强烈震动的 管道上,特别是横向振动,以免影响测量精度。若必须安装 在存在震动的管道上时,可以采取下面的方法来减少震动引 起的干扰 :在管道适当的位置设置固定支架、导向支架、滑 动支架或限位装置,必要时设置减振器或阻尼器,达到降低 振动噪声目的。 5)测量高温介质时的安装。根据工艺介质操作温度大于 100℃时,可选用分体式涡街流量计,传感器侧装或朝下安装。 工艺管线做保温时,保温不超过仪表标记的非常大保温截至线, 避免由于高温的原因造成传感器内电气元件故障。 6)连接传感器的专用电缆尽可能远离强电磁场,决不允 许与高压电缆平行敷设。涡街流量计表头格兰接线做好防水、 防潮处理,防止电气元件损坏。 
 
3 常见故障分析及处理方法 
由于涡街流量计流量信号很弱,属于毫伏级、微安级或 更低。这些微弱的信号,有的还要用较长的分体式电缆送到 仪表的检测放大器,中间耗损很大。同时由于仪表安装的现 场都在装置内,供电电缆密集,大功率的电力设备启动频繁, 在周围产生强大的电磁场,导致涡街流量计电源不稳并对流 量信号产生干扰,直接影响变送器的流量测量 [4]。 
 
3.1 故障现象:测量值波动大 
(1)分析原因:阻尼时间设置过小或者灵敏度值设置过大。 (2)解决办法 :设置 setup—电流输出 current output— 阻尼 output damping 默认3s,在不影响安全操作的前提下,可 以适当增大阻尼时间。另外设置菜单中还有灵敏度值,值越高 越灵敏,值越低越迟钝。另外涡街小流量切除 LF-cut off 推荐 采用默认值0和50%,这个50% 意思是如果切除值设了10kg/ h,那么当流量低于该值时会被切掉,然后再重新超过10kg/h 的50% 也就是15kg/h 以上才会重新显示,防止流量来回在小 流量切除值附近震荡。 
 
3.2 故障现象:涡街小流量测不到 
(1)分析原因 :灵敏度值设置过大。 (2)解决办法 :专家 Expert—输入授权的密码—传感器 Sensor—传感器调整 Sensor adjust—非常小流量系数 min.flow. coefficient 可从11改为8到3。这个系数类似于灵敏度,值越 小越对小流量敏感,但太小3以下也容易引入干扰产生波动。 极个别小流量工况如果设为2、1、0还没有流量显示,可把传 感器调整菜单中涡街非常小频率设为0进行观察。该步骤的所有 参数建议都采用默认,除非特殊情况工况的流量确实很小测 不到,可修改进行观察。另外每次修改后,需要等待0.5min 才能生效产生新的测量值。 
 
3.3 故障现象:面板不亮或启动异常 
(1)分析原因:通常是传感器脖子内圆形预放板故障导致, 偶尔变送器右边腔室电源模块也会引起上述现象,另外分体 式涡街传感器四个端子的半圆形接线板进水或故障也会导致 上述现象。 (2)解决办法 :如果现场介质温度超过200℃,表头必须 侧装或下装,100℃以上则建议侧装或下装,避免传感器脖子 内圆形预放板被烫坏。由于高温和安装等原因,圆形预放板 是相对容易坏的板件。使用排除法更换圆形预放板、电源模块、 半圆形接线板。 
 
4 涡街流量计维护 
从装置开工后的使用和维护来看,温压补偿涡街流量计是一种结 构简单、测量精度高、校验方便、故障低、易于维修的流量 测量表。但想要其保持可靠、长周期的使用还是要加强平时 的巡检维护。 
(1)由于本装置地理位置身处海岛,空气湿度较大,日 常多做巡检时,如发现表内有潮湿现象,要及时进行干燥处理。 建议在天气干燥条件允许的情况下,将受潮仪表盖打开,通 风透气几小时。 
(2)对于工艺管线振动较大地方,增加管道支撑等减震 措施,防止涡街流量计内部元器件振松或脱落。 
 
5 结论
涡街流量计的检测传感器不直接接触被测介质,性能稳 定,可靠性高,能够长期运行,压力损失较小,量程范围大, 精度高,与采用了 UOP 工艺的丙烷脱氢装置的介质洁净,压 力和流量控制要求高的特点非常好契合,通过综合实用性、经济 型的考虑,本装置循环氢气的流量测量,选用涡街流量计具有 广泛的优点。前期做好选型、正确规范安装,做好设备的防水、 防潮措施,加上日常的维护保养,既减少仪表维护人员的工 作量,又能保证了装置的平稳运行。美国 UOP 公司的 Oleflex 工艺,选用了 Pt/A1203催化剂,又使用串联的四个加热炉和 四个绝热式移动床,反应器的操作温度范围600~650℃,操作 压力 -0.01MPa 进行脱氢反应。脱氢反应为强吸热反应,循环 氢气操作温度较高,对涡街流量计的安装与保温有特殊的要 求,涡街流量计表头要求侧装或垂直朝下安装。

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