摘要:在(zài)硫(liú)磺回收(shōu)的工(gōng)藝裝置中,由于測量特殊(shū)酸性氣體的質(zhì)量流量較(jiào)困難(nán),提出了具有可測量相對分子(zǐ)質量,能夠應對(duì)多組分氣(qì)體并通過(guò)壓力(lì)補償(cháng),以及溫度補償(cháng)計算的氣體超(chāo)聲波流量計 測(cè)量方案。介(jiè)紹(shào)了(le)硫磺回(huí)收(shōu)工藝裝置中氣體流(liú)量的(de)特點、氣體(tǐ)超聲(shēng)波流(liú)量計原理以及安(ān)裝設計、出現(xiàn)的問題及技術改造(zào),爲同類型裝置提供參考和選(xuǎn)擇。
　　随着中國煉化一體化項目(mù)的快(kuài)速(sù)發(fā)展，硫磺回(huí)收(shōu)裝置規模(mó)快速增(zēng)大及(jí)套數不斷增(zēng)多(duō)，同時國家(jiā)對化工裝(zhuāng)置清潔生産、環(huán)保排放的(de)要(yào)求更加嚴苛(kē),作爲煉化一體化項目配(pèi)套環(huán)保裝(zhuāng)置,硫磺回收裝(zhuāng)置(zhì)的重要(yào)性不言(yán)而喻。作(zuò)爲硫(liú)磺(huáng)回收(shōu)裝(zhuāng)置主(zhǔ)進料(liào),酸性(xìng)氣體(tǐ)積(jī)流量的測量(liàng)要求穩定(dìng)且(qiě)精度高(gāo),關系(xì)到酸(suān)性氣與燃(rán)燒空(kōng)氣、燃料氣(qì)的配比(bǐ)控制,對(duì)裝置(zhì)安全穩定(dìng)長(zhǎng)周(zhōu)期運行至(zhì)關重要。
1硫磺回(huí)收裝(zhuāng)置簡(jiǎn)介
　　16mt/a煉(liàn)化一(yī)體化配套建設(shè)總(zǒng)規(guī)模爲4x0.15mt/a硫磺(huáng)回收(shōu)裝置(zhì),硫磺回(huí)收(shōu)裝(zhuāng)置(zhì)配套尾氣(qì)處理(lǐ)設施以(yǐ)保證硫(liú)回收(shōu)率達(dá)到99.99%以(yǐ)上,so2排放質量濃度ρ(so2)<35mg/m3的要求(qiú)。
　　硫(liú)磺(huáng)回收裝(zhuāng)置(zhì)三級克勞斯工藝流(liú)程如(rú)圖1所示。硫磺回(huí)收裝置采(cǎi)用三級(jí)常(cháng)規(guī)克(kè)勞斯(sī)主(zhǔ)燃(rán)燒爐(lú)和氨法(fǎ)煙(yān)氣脫硫工(gōng)藝,并煙氣排放ρ(so2)≤35mg/m3的超潔淨(jìng)排放(fàng)的(de)措(cuò)施,适(shì)應将來更(gèng)嚴格的環(huán)保要(yào)求。
2硫(liú)磺回(huí)收裝(zhuāng)置酸(suān)性(xìng)氣(qì)流量的特(tè)點
　　主燃燒(shāo)爐有(yǒu)三路(lù)酸性氣,分(fèn)别是從(cóng)溶(róng)劑再(zài)生及(jí)加氫酸性(xìng)水汽提來(lái)的清潔酸(suān)性氣、非加(jiā)氫酸性水(shuǐ)汽提來的(de)含(hán)氨酸性(xìng)氣、igcc裝(zhuāng)置(即(jí)氣化裝置、淨化裝置(zhì)、甲烷化裝置及清潔中心)來的(de)igcc酸性(xìng)氣,三路酸(suān)性氣(qì)經分液罐(guàn)氣液分(fèn)離後,部(bù)分清(qīng)潔酸性氣(qì)與igcc酸性氣混合,經加熱(rè)後再與含氨酸(suān)性氣混(hùn)合(hé),進(jìn)入主(zhǔ)燃燒(shāo)爐反(fǎn)應室的主燃燒器,剩餘部(bù)分的(de)清潔(jié)酸性(xìng)氣從(cóng)主燃燒爐中(zhōng)部進入。與酸(suān)性氣(qì)燃燒反應所需的燃燒空(kōng)氣供給量需根(gēn)據主燃燒(shāo)爐反應(yīng)需氧(yǎng)量通過(guò)比值複雜(zá)調(diào)節(jiē)嚴格控制，經燃(rán)燒将酸(suān)性氣中的氨和烴類等(děng)有機物全部分(fèn)解,在(zài)燃(rán)燒爐(lú)内(nèi)大部分h2s進(jìn)行高(gāo)溫克勞斯反應(yīng)後轉化(huà)爲硫,餘(yú)下的(de)h2s中小部分(fèn)轉化(huà)爲(wèi)so2。

 
1)三(sān)路(lù)酸(suān)性氣參(cān)考(kǎo)組分(fèn)見表1所(suǒ)列,可見(jiàn)三路酸性(xìng)氣的(de)組分(fèn)差别較大(dà),混合(hé)後酸性(xìng)氣(qì)組分範(fàn)圍(wéi)更大。因此(cǐ),從(cóng)組分角(jiǎo)度看,酸性氣體(tǐ)積流(liú)量測量難(nán)度大,特别是相對分子(zǐ)質(zhì)量的測量。
 
2)克勞斯反應部(bù)分流程(酸性氣部分)如圖(tú)2所示(shì)，酸性氣(qì)有(yǒu)三路,清潔(jié)酸性(xìng)氣來自溶劑再生裝置(zhì)和(hé)加氫(qīng)汽提(tí)裝置,溶劑(jì)再生裝置有4套;含氨酸(suān)性氣來(lái)自非(fēi)加(jiā)氫汽提裝置;igcc酸性氣來自煤氣化淨化(huà)裝置(zhì)，煤氣化淨(jìng)化裝(zhuāng)置有(yǒu)2套。酸性氣路數較多且相(xiàng)互獨立，每路酸性(xìng)氣裝置(zhì)運行工(gōng)況直接影響三路酸性(xìng)氣的工(gōng)況(kuàng),特别(bié)是酸(suān)性氣的流(liú)量。從(cóng)上遊酸性(xìng)氣裝(zhuāng)置運行(háng)工(gōng)況角度看(kàn),酸性氣體積流量測(cè)量難(nán)度也大。
3)主(zhǔ)燃燒(shāo)爐控制方(fāng)案是前(qián)饋(kuì)-比值(zhí)-反饋(kuì)複雜(zá)控制(zhì),其目的(de)是控制(zhì)主燃燒爐燃燒(shāo)反應，控制(zhì)合适的爐膛(táng)溫度,并合理(lǐ)配風使去尾氣淨(jìng)化單元(yuán)的過程(chéng)氣中φ(h2s)-2φ(so2)=0,保(bǎo)證(zhèng)硫磺回收單(dān)元的最大硫回(huí)收率(lǜ)。供給(gěi)主燃(rán)燒室合(hé)适(shì)的空(kōng)氣量(liàng)是重要的(de)，如空氣不足将(jiāng)産生過剩h2s;反(fǎn)之,空氣過量(liàng)将使(shǐ)so2過剩(shèng)。以上兩種(zhǒng)情況都将導緻主燃(rán)燒爐硫回(huí)收減(jiǎn)少(shǎo),爲了避(bì)免上述情(qíng)形,主(zhǔ)配風通過(guò)對清(qīng)潔酸性氣、含氨(ān)酸性氣酸、igcc酸性(xìng)氣和(hé)燃(rán)料氣的體積流量(liàng)進行比值控制(zhì)。從工(gōng)藝控(kòng)制(zhì)角(jiǎo)度看,酸性氣體(tǐ)積流(liú)量測量(liàng)很關鍵(jiàn)。
 
4）清潔酸性(xìng)氣安(ān)全儀表(biǎo)系(xì)統(sis)聯(lián)鎖如圖(tú)3所示,因(yīn)三路酸性氣對(duì)主燃燒爐正常(cháng)運行(háng)是相(xiàng)互獨立的(de)，同時(shí)考慮到其(qí)中一路或(huò)兩(liǎng)路酸性氣突(tū)然中斷(duàn)或(huò)體積(jī)流量降(jiàng)低,防止(zhǐ)酸性氣(qì)倒(dǎo)竄回(huí)火,三路酸(suān)性氣流量低低參與(yǔ)清潔酸性氣(qì)sis聯鎖。綜上四點，三(sān)路酸性(xìng)氣流量(liàng)計測量(liàng)結果的(de)正确(què)性(xìng)及(jí)穩定(dìng)性至(zhì)關(guān)重要(yào)。

 
3氣(qì)體超聲(shēng)波(bō)流量(liàng)計在硫磺(huáng)回收裝置中的(de)應用(yòng)
　　硫磺回收裝置一般位于煉油(yóu)裝置的下遊,從(cóng)上遊(yóu)裝置排放(fàng)出來的(de)酸性氣體進人(rén)該裝置(zhì)。三路(lù)酸性氣(qì)體(tǐ)的組分(fèn)是(shì)一個(gè)動态變(biàn)化的過(guò)程,要(yào)求(qiú)流量計(jì)量具備對(duì)氣體(tǐ)組分(fèn)變(biàn)化識别(bié)的能力(lì),具有大量程比，且(qiě)考慮到酸(suān)性氣體的劇毒(dú)性,要求選(xuǎn)擇一種可以現(xiàn)場密(mì)閉測量、在(zài)線維護和(hé)自動(dòng)标定的儀(yí)表。
　　以往(wǎng)國内(nèi)很(hěn)多煉(liàn)化企(qǐ)業采(cǎi)用傳(chuán)統的(de)流量測量，如熱式(shì)氣體流(liú)量計 、氣體渦街(jiē)流量計(jì) 和氣體(tǐ)質量流(liú)量計等(děng),但在實(shí)際(jì)應用(yòng)中并不能滿足硫磺(huáng)回收裝置酸性氣體(tǐ)測量(liàng)的要求,例如:熱(rè)式氣體流(liú)量計(jì)響應慢、被(bèi)測量(liàng)氣體組分變化(huà)大(dà)的場所,測量(liàng)值會有(yǒu)較(jiào)大的(de)變化(huà)而産生誤差;氣體渦街流(liú)量計(jì)的發生體易(yì)被(bèi)介質污染,改變幾(jǐ)何(hé)尺寸(cùn)之後,對測量精(jīng)度造成(chéng)很大影(yǐng)響。因此，可以選擇氣體超聲波(bō)流量計用于(yú)硫(liú)磺回(huí)收裝置三(sān)路酸性(xìng)氣(qì)體的(de)體積(jī)流量測量(liàng)。
4氣體超聲波流(liú)量計的測(cè)量原(yuán)理
　　氣體超聲波(bō)流量(liàng)計測(cè)量原(yuán)理如(rú)圖4所示。它是利用1對超聲(shēng)波傳感器安裝(zhuāng)在管段上下遊(yóu)兩側(cè)，傳(chuán)感(gǎn)器a和(hé)傳感(gǎn)器(qì)b相互發(fā)送和接收超聲(shēng)波信号,通過觀測超聲波(bō)在介質中的(de)順流和(hé)逆流(liú)傳(chuán)播(bō)的時間差值來(lái)計算(suàn)流速(sù),從而可應(yīng)用流速(sù)來(lái)計算(suàn)介質(zhì)體積流量(liàng)的一(yī)種間(jiān)接測量方法。
 
　　由(yóu)圖4可知,1對(duì)超聲波流(liú)量計傳感(gǎn)器a和(hé)傳感(gǎn)器(qì)b分别安(ān)裝在管段(duàn)兩側(cè),即順流傳感器(qì)和逆流傳感器(qì),并相距(jù)-定(dìng)的距(jù)離,管(guǎn)段内徑爲(wèi)d,超聲波在介質(zhì)中(zhōng)傳播(bō)路(lù)徑爲(wèi)l,介質流(liú)速ʋ和l的(de)夾角爲θ,超(chāo)聲波順流方(fāng)向傳播(bō)時間(jiān)tab和超聲波(bō)逆流方向傳播(bō)時間tba,可(kě)用(yòng)公式(shì)(1)來表示:
 
　　式(shì)中:c一(yī)超聲波在(zài)非流動介(jiè)質(zhì)中(zhōng)的聲(shēng)速
　　利(lì)用(yòng)tab和tba之差(chà)計算介(jiè)質(zhì)流速如式(2)所示(shì):
 
　　由式(shì)(2)可見(jiàn):當(dāng)c和lcosθ爲固(gù)定常數時(shí),v和△t成正比,體積(jī)流量(liàng)qv計算(suàn)如式(shì)(3)所示(shì):
 
　　以上(shàng)即爲測量(liàng)所得的流體流(liú)速和體積流量(liàng)，在對流體(tǐ)的溫度和(hé)壓力測(cè)量值補償(cháng)運算後(hòu)得到正(zhèng)确的流(liú)量值(zhí)。
5氣(qì)體超聲(shēng)波流量計的性(xìng)能和特點(diǎn)
　　酸性(xìng)氣超聲(shēng)波流量(liàng)計測量時采用(yòng)時差(chà)法原理,利(lì)用(yòng)超聲波信号(hào)在流體中的傳播速(sù)度(dù)和(hé)流體(tǐ)流動速度的疊(dié)加和疊減關系(xì)進行測量。該型(xíng)流量計能(néng)夠通過去除各(gè)種無(wú)效信(xìn)号(hào)、接收有(yǒu)效信(xìn)号,經(jīng)過補償後,較于同類型産(chǎn)品精度更(gèng)高,且能識(shí)别不同的流場。通過(guò)修正(zhèng)參數,大幅(fú)提高(gāo)時間計算(suàn)和測量的(de)精度(dù)。該型流量計可(kě)測量(liàng)相對(duì)分子質量(liàng),能夠應對(duì)多組(zǔ)分(fèn)氣(qì)體并(bìng)正确(què)監測到氣(qì)體變化(huà)，并且通(tōng)過壓(yā)力補償以(yǐ)及溫(wēn)度(dù)補(bǔ)償計算(suàn)出(chū)體積流量(liàng),相對于傳統的流量計，氣體超(chāo)聲波流(liú)量計優(yōu)勢明(míng)顯。
　　該流量(liàng)計可(kě)以雙向測(cè)量,配置(zhì)1對、2對、3對(duì)或4對測量(liàng)探頭(tóu)。1對探(tàn)頭(tóu)測量時(shí)，當正向流速和(hé)反(fǎn)向流速爲0.03~120m/s,正(zhèng)向和(hé)反向(xiàng)流(liú)量測量精度均滿足讀(dú)數的(de)1.5%~3.0%;2對探(tàn)頭測量時，當正(zhèng)向(xiàng)流速和反向(xiàng)流速(sù)爲0.03~120m/s,正向和反身流(liú)量測量(liàng)精度(dù)均滿足讀數的1.5%~2.0%。3對探頭測(cè)量(liàng)時(shí),當正向流(liú)速和反向流速爲0.03~120m/s,正向和(hé)反向(xiàng)流量測量精度均滿足讀數的(de)1.0%~1.5%。4對探頭測量時(shí)，當正向流速和(hé)反向流(liú)速(sù)爲0.03~120m/s時(shí),正向(xiàng)和反向流(liú)量測(cè)量精(jīng)度均滿(mǎn)足讀數的0.5%~1.5%。
　　綜(zōng)上所述，該型(xíng)流(liú)量計(jì)滿足(zú)測量(liàng)大量程比、腐蝕(shí)性有(yǒu)毒氣體流(liú)量的要(yào)求(qiú)。
6超聲(shēng)波流(liú)量計(jì)在(zài)硫磺回(huí)收(shōu)裝(zhuāng)置上(shàng)的安(ān)裝設計
　　該(gāi)型流量計包括1對傳(chuán)感器前置(zhì)放大(dà)器(qì)和變送(sòng)器,流量計采用(yòng)偏置垂直90°安裝,傳感(gǎn)器插入到(dào)預先(xiān)安(ān)裝(zhuāng)好的(de)便于在線(xiàn)插拔(bá)的球閥中。球閥主要(yào)結構由連(lián)接支管、球(qiú)閥主體、在線插拔附(fù)件組成(chéng),該(gāi)設(shè)計(jì)實現了不停産(chǎn)情況(kuàng)下在(zài)線維(wéi)護裝卸。變送器和傳感器(qì)連接(jiē)線纜(lǎn)長度(dù)最(zuì)大可以達到300m,适用于任何(hé)特殊現場狀況。
7出現問(wèn)題及技術(shù)改造(zào)
　　該超聲波流(liú)量(liàng)計自安裝投用(yòng)以來,陸續出現(xiàn)了以(yǐ)下問題:
1)施(shī)工(gōng)單(dān)位安裝出現了部分(fèn)探頭的軸心不(bú)對中(zhōng)的問題(tí),造成調試時接收(shōu)端探頭信号強度不(bú)夠。在供應商(shāng)技(jì)術人(rén)員現(xiàn)場指導下,均(jun1)已(yǐ)解決。
2)流量計供(gòng)電電(diàn)壓(yā)的變更(gèng),由220v(ac)改(gǎi)爲24v(dc)。在技術的(de)幫(bāng)助下,均(jun1)已(yǐ)解決(jué)。
3)流量(liàng)溫度(dù)、壓力補償(cháng)實現(xiàn)方式(shì)的變(biàn)動。起初考(kǎo)慮通(tōng)過dcs軟件組(zǔ)态,對溫度、壓力(lì)進行補償,實現dcs配風調(diào)節控制(zhì)功能，溫　　信号進(jìn)dcs,壓力信号進sis(通(tōng)過通信(xìn)至dcs),sis又設(shè).置了(le)酸性(xìng)氣流(liú)量聯鎖,但(dàn)無法(fǎ)實現溫度(dù)、壓力(lì)補償。爲(wèi)了(le)避免(miǎn)兩系統酸性氣(qì)流量示(shì)值出現(xiàn)差别對工(gōng)藝操(cāo)作的影(yǐng)響，後改(gǎi)爲現場(chǎng)流量(liàng)計(jì)側溫度壓力補償。
4)因(yīn)各路酸性(xìng)氣裝置開工時(shí)序有差(chà)異或工(gōng)藝介質帶(dài)有油(yóu)垢等(děng)情況,出現(xiàn)了單路酸性氣裝置(zhì)工況突變導緻流量(liàng)計示(shì)值驟降,但酸性氣壓力未(wèi)降低(dī)，從而觸發酸性(xìng)氣聯鎖(suǒ)。
　　探讨了清(qīng)潔酸性(xìng)氣在(zài)三路酸性氣(qì)中(zhōng)屬于(yú)主(zhǔ)物(wù)料，針(zhēn)對清潔(jié)酸性氣(qì)管線，開展了“清(qīng)潔酸性氣(qì)流量(liàng)低低與清潔酸性氣壓差(chà)“二取(qǔ)二,觸發清潔酸(suān)性氣(qì)聯鎖”技術(shù)改造(zào)。清潔酸性(xìng)氣壓差,即清潔(jié)酸性氣壓力-主(zhǔ)燃燒爐(lú)入(rù)口空(kōng)氣壓(yā)力,2個(gè)壓力(lì)點信号進(jìn)sis,在sis中(zhōng)作差(chà)值運(yùn)算(suàn)。在(zài)清潔酸性氣單(dān)法蘭壓(yā)力變送(sòng)器取(qǔ)壓處(chù),加y型(xíng)三通(tōng)、再增加1個(gè)清潔酸性(xìng)氣單(dān)法蘭壓力(lì)檢測(cè)點。兩(liǎng)路(lù)壓力信(xìn)号,一(yī)路去現場(chǎng)流(liú)量計側作溫(wēn)壓補償，一路去(qù)sis參與聯鎖。
8結束(shù)語
　　作爲硫(liú)磺回收裝(zhuāng)置主(zhǔ)進料(liào)，酸(suān)性(xìng)氣超聲波(bō)流量計的(de)測(cè)量要求穩定(dìng)且精(jīng)度高,關系(xì)到酸(suān)性氣(qì)與燃(rán)燒空(kōng)氣、燃(rán)料氣的配(pèi)比控制，對裝置安全(quán)穩定長周期運行(háng)至關重(zhòng)要。通(tōng)過該(gāi)項目氣體超聲波流(liú)量計的實踐,特(tè)别是一系(xì)列的(de)技術改(gǎi)進，對氣(qì)體超(chāo)聲波流量(liàng)計在硫磺回收(shōu)裝置的應用(yòng)有(yǒu)借鑒意(yì)義(yì)。在氣(qì)體超聲(shēng)波流量(liàng)計發展方面,如國内供應商能(néng)結合項目實踐(jiàn)不斷優化(huà)方案(àn)設計和(hé)改(gǎi)進産(chǎn)品，将有利于提(tí)升(shēng)國内産(chǎn)品的(de)競争力(lì)。

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