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渦街流量計在UOP丙烷脫氫工藝中的應用中的安裝、調試和維護注意

來源: 作者: 發布日期:2021-09-18

 摘 要 :主要介紹渦街流量計的特點,并分析了渦街流量計的測量原理和測量方法,通過在 UOP 丙烷脫氫工藝裝置的實 際應用中的具體情況和運行維護中的經驗,提出在渦街流量計安裝、調試和維護上應注意的事項,非常后對渦街流量計在生產運 行過程中的常見故障進行了分析,并提出了故障處理方法。

 
丙烷脫氫獲取丙烯的生產工藝,因其原料、產品單一,投 資低而收率高等優勢,越來越受到各個廠家的重視。在目前 已經投產的丙烷脫氫裝置中,主要有美國 UOP 公司的移動床 反應器、催化劑連續再生的 Oleflex 工藝和美國 Lummus 公司 采用的固定床反應器的 Catofin 工藝 [1]。這兩項工藝技術成熟 可靠,均已實現工業化且各具特點。本裝置由北京寰球工程 公司承擔設計,采用 UOP 公司的 Oleflex 負壓生產技術、催化 劑連續再生工藝。催化劑的循環動力主要來自于催化劑自身 重力流流動和提升氫氣流量,根據本裝置介質干凈和對壓力 損失要求比較嚴格的特點,結合渦街流量計高精度、高可靠性、 價格便宜、使用場所要求不高的特點,故選用蒸汽渦街流量計作 為本裝置催化劑及氫氣的流量測量。
 
1 渦街流量計結構特點和工作原理 
 
1.1 結構特點 
渦街流量計是一種速度式流量計,根據卡門渦街原理來 測量氣體、蒸汽或液體的體積流量。主要用于工業管道介質 流體的流量測量,能夠測量氣體、液體、蒸汽等多種介質。 其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體 積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、黏度等參數的影響。 無可動機械零件,因此可靠性高,維護量小,儀表參數能長 期穩定。 
 
1.2 工作原理 
渦街流量計由漩渦發生體、頻率檢測器、信號轉換器等 組成,輸出4~20mADC 信號或脈沖電壓信號。其工作原理是 在流體中設置漩渦發生體,從旋渦發生體兩側交替地產生有 規則的漩渦,這種漩渦稱為卡門渦列,如圖1卡門渦列示意圖 所示,漩渦列在漩渦發生體下游非對稱地排列 [2]。 根據大量實驗證明,漩渦發聲體單側漩渦產生的頻率 f、 流速 v、直徑 d 之間有如下關系 :
 f=Sr×v/d (1)
式(1)中:Sr 為斯特勞哈爾數。由于 Sr 是雷諾數的函數, 由此得到 :
 Qv=A。×V=A。×d/Sr×f=Σf (2)
式(2)中 :A。為流通截面積 ;Σ 為儀表常數。 根據上式可以知道,當斯特勞哈爾數 Sr 為常數時,流量 Qv 與單側漩渦產生的頻率 f 成正比關系。 所以,使用檢測元件測出漩渦的頻率,就可以算出流體 的流量。
卡門渦列示意圖
1.3 漩渦發聲體 
常見的漩渦發聲體有圓柱形、T 柱形、三角形等。圓柱形 漩渦發聲體的斯特勞哈爾數較大,穩定性也強,壓力損失小, 但漩渦度較低 [3]。T 柱形漩渦發聲體的穩定性高,漩渦強度大, 但壓損較大。三角形漩渦發聲體的壓力損失適中,漩渦強度 較大,穩定性也好,使用較多。UOP 丙烷脫氫工藝裝置的渦 街流量計多使用在氫氣介質環境下,對壓力損失要求比較嚴 格,故選用的基本都是三角形漩渦發聲體。 
 
2 渦街流量計安裝注意事項 
1)渦街流量計傳感器應該保證盡量水平或垂直安裝在與 公稱通徑相應的管道上,如果非得垂直安裝時,流體的流向 應自下而上。 
2)渦街流量計在用作流量調節時,應將渦街流量計的傳 感器安裝在調節閥的前面,否則在小流量時,調節閥產生的 射流會對氣體渦街流量計的測量產生影響,會出現閥門開小,流 量反而增大的現象。 
3)前后直管段要求流量計在安裝時,其上游和下游應 配置一定長度的直管段,其長度應滿足安裝的要求。流量計 上游要保證有 10D~35D 的直管段,流量計下游直管段應大于5D,上游直管段的長短,根據上游管線是否有直角彎、擴大管、 縮徑管而定。 4)防震安裝。管道的強烈震動會對渦街流量計的測量產 生一定的影響,故渦街流量計應盡量避免安裝在強烈震動的 管道上,特別是橫向振動,以免影響測量精度。若必須安裝 在存在震動的管道上時,可以采取下面的方法來減少震動引 起的干擾 :在管道適當的位置設置固定支架、導向支架、滑 動支架或限位裝置,必要時設置減振器或阻尼器,達到降低 振動噪聲目的。 5)測量高溫介質時的安裝。根據工藝介質操作溫度大于 100℃時,可選用分體式渦街流量計,傳感器側裝或朝下安裝。 工藝管線做保溫時,保溫不超過儀表標記的非常大保溫截至線, 避免由于高溫的原因造成傳感器內電氣元件故障。 6)連接傳感器的專用電纜盡可能遠離強電磁場,決不允 許與高壓電纜平行敷設。渦街流量計表頭格蘭接線做好防水、 防潮處理,防止電氣元件損壞。 
 
3 常見故障分析及處理方法 
由于渦街流量計流量信號很弱,屬于毫伏級、微安級或 更低。這些微弱的信號,有的還要用較長的分體式電纜送到 儀表的檢測放大器,中間耗損很大。同時由于儀表安裝的現 場都在裝置內,供電電纜密集,大功率的電力設備啟動頻繁, 在周圍產生強大的電磁場,導致渦街流量計電源不穩并對流 量信號產生干擾,直接影響變送器的流量測量 [4]。 
 
3.1 故障現象:測量值波動大 
(1)分析原因:阻尼時間設置過小或者靈敏度值設置過大。 (2)解決辦法 :設置 setup—電流輸出 current output— 阻尼 output damping 默認3s,在不影響安全操作的前提下,可 以適當增大阻尼時間。另外設置菜單中還有靈敏度值,值越高 越靈敏,值越低越遲鈍。另外渦街小流量切除 LF-cut off 推薦 采用默認值0和50%,這個50% 意思是如果切除值設了10kg/ h,那么當流量低于該值時會被切掉,然后再重新超過10kg/h 的50% 也就是15kg/h 以上才會重新顯示,防止流量來回在小 流量切除值附近震蕩。 
 
3.2 故障現象:渦街小流量測不到 
(1)分析原因 :靈敏度值設置過大。 (2)解決辦法 :專家 Expert—輸入授權的密碼—傳感器 Sensor—傳感器調整 Sensor adjust—非常小流量系數 min.flow. coefficient 可從11改為8到3。這個系數類似于靈敏度,值越 小越對小流量敏感,但太小3以下也容易引入干擾產生波動。 極個別小流量工況如果設為2、1、0還沒有流量顯示,可把傳 感器調整菜單中渦街非常小頻率設為0進行觀察。該步驟的所有 參數建議都采用默認,除非特殊情況工況的流量確實很小測 不到,可修改進行觀察。另外每次修改后,需要等待0.5min 才能生效產生新的測量值。 
 
3.3 故障現象:面板不亮或啟動異常 
(1)分析原因:通常是傳感器脖子內圓形預放板故障導致, 偶爾變送器右邊腔室電源模塊也會引起上述現象,另外分體 式渦街傳感器四個端子的半圓形接線板進水或故障也會導致 上述現象。 (2)解決辦法 :如果現場介質溫度超過200℃,表頭必須 側裝或下裝,100℃以上則建議側裝或下裝,避免傳感器脖子 內圓形預放板被燙壞。由于高溫和安裝等原因,圓形預放板 是相對容易壞的板件。使用排除法更換圓形預放板、電源模塊、 半圓形接線板。 
 
4 渦街流量計維護 
從裝置開工后的使用和維護來看,溫壓補償渦街流量計是一種結 構簡單、測量精度高、校驗方便、故障低、易于維修的流量 測量表。但想要其保持可靠、長周期的使用還是要加強平時 的巡檢維護。 
(1)由于本裝置地理位置身處海島,空氣濕度較大,日 常多做巡檢時,如發現表內有潮濕現象,要及時進行干燥處理。 建議在天氣干燥條件允許的情況下,將受潮儀表蓋打開,通 風透氣幾小時。 
(2)對于工藝管線振動較大地方,增加管道支撐等減震 措施,防止渦街流量計內部元器件振松或脫落。 
 
5 結論
渦街流量計的檢測傳感器不直接接觸被測介質,性能穩 定,可靠性高,能夠長期運行,壓力損失較小,量程范圍大, 精度高,與采用了 UOP 工藝的丙烷脫氫裝置的介質潔凈,壓 力和流量控制要求高的特點非常好契合,通過綜合實用性、經濟 型的考慮,本裝置循環氫氣的流量測量,選用渦街流量計具有 廣泛的優點。前期做好選型、正確規范安裝,做好設備的防水、 防潮措施,加上日常的維護保養,既減少儀表維護人員的工 作量,又能保證了裝置的平穩運行。美國 UOP 公司的 Oleflex 工藝,選用了 Pt/A1203催化劑,又使用串聯的四個加熱爐和 四個絕熱式移動床,反應器的操作溫度范圍600~650℃,操作 壓力 -0.01MPa 進行脫氫反應。脫氫反應為強吸熱反應,循環 氫氣操作溫度較高,對渦街流量計的安裝與保溫有特殊的要 求,渦街流量計表頭要求側裝或垂直朝下安裝。

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