硫磺制酸HRS系統吸收三氧化硫過程中,反應熱的情況比較復雜。目前一般認為,該反應包括了三氧化硫生成w(H2SO4)****硫酸液的反應熱w(H2SO4)****硫酸稀釋到出塔酸濃度的稀釋熱以及進塔酸濃度提高到出塔酸濃度時的濃縮熱。其中濃縮熱負值,其他是正值,他們的代數和即為吸收過程的反應熱。反應式如下:
Nso3+H2O—H2SO4+(n-1)SO3+89247J吸收SO3產生的熱量占整個硫酸生產過程中總熱量的25%,而HRS系統回收的熱量又占整個硫酸生產吸收熱的95%。HRS系統回收熱能同時又大大減少了循環水的用量。HRS 回收塔主要回收的熱能包括:HRs #回收塔吸收SO3時產生的反應熱、進入HRS熱回收塔煙氣帶入的顯熱和稀釋器加水產生的稀釋熱。HRS 序的3個換熱設備是HRS 熱器、 HRS加熱器和HRS 鍋爐。HRS 熱器利用HRS F酸的熱量將20℃脫鹽水預熱到70℃,HRS加熱器利用HRS 酸的熱量將100℃除氧水加熱到150℃, HRS鍋爐利用HRS 環酸的熱量將HRs 熱器送來
150℃除氧水加熱產生0.8MPa左右的飽和蒸汽。
HRS系統在一個特殊工藝條件下工作,系統對工藝指標要求苛刻,設置多個工藝聯鎖來保護系統設備安全;要保證裝置長周期安全運行,對現場儀表的可靠性要求極高。該系統工藝介質具有高溫、強腐蝕的特點,且管道尺寸大,特別是系統安全的幾個重要參數:一級吸收酸濃度、一級吸收酸流量、
泵槽液位等的控制非常重要。下面介紹高溫一級吸收酸流量計的應用情況。
1、HRS系統一級吸收酸流量計選擇
HRS系統接觸酸的材料均采用孟莫克公司提供的專用材料。一級吸收酸流量計設計工作溫度197℃,介質為w(H2SO4)99.5%的濃硫酸。
1.1差壓式流量計
流量計取壓元件(耐高溫濃硫酸的特殊材料)直接與介質接觸,隨著運行時間增加,取壓元件由于流體沖刷易造成壓差偏離設計范圍、測量精度差、日常儀表運行維護量大、差壓式流量計管道阻力增加,消耗更多酸泵功率,長周期運行不經濟,增加單位噸酸能耗。
1.2電磁流量計
電磁流量計襯里的絕緣材料和勵磁線圈的絕緣材料暫時還沒有能測量高于160℃的介質,因此該位置無法選用電磁流量計。
1.3超聲波流量計
超聲波流量計是近十幾年隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種非接觸式儀表。由超聲波換能器(探頭)、電子線路及流量計算儀三部分組成。超聲波換能器(探頭)用來發送和接收超聲波,超聲波在流體中傳播速度受被測流體流速的影響,超聲波流量計就是根據這一原理進行流體流量測量的。根據檢測的方法不同,可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關法等不同類型的超聲波流量計。
外夾式超聲波流量計是管外安裝型超聲波流量計,由于其測量探頭與測量介質不接觸,所以外夾式超聲波流量計不會改變流體的流動狀態,不產生附加阻力,儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行,因而是一種理想的節能型流量計。
外夾式超聲波流量計流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、黏度、密度等參數的影響,尤其適合應用在測量強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量。因此,在HRS系統一級吸收酸流量測量中選用外夾式超聲波流量計是適合該工況的選擇。
2、外夾式超聲波流量計安裝
外夾式超聲波流量計是不和被測流體接觸的流量測量儀表,沒有接液部件和阻流元件,使得安裝、使用、維修非常方便,不必斷流、不用切開管道、不影響生產過程,沒有壓力損失。由于外夾式超聲波流量計在流量測量儀表中屬于高端產品,很多用戶對于該儀表的安裝還比較陌生。外夾式超聲波
流量計測量探頭安裝是外夾式超聲波流量計能否正常工作的關鍵。
2.1測量探頭安裝方式
2.1.1反射式安裝
時差式換能器在安裝時,一組換能器可以安裝在管道的同側,超聲波需要借助于對面的管道壁反射。在條件允許的情況下,推薦使用反射式安裝反射式安裝的好處有:①一組探頭安裝在管道同側,安裝簡便,安裝精度較高,測量精度好;②反射式安裝可以克服橫向流場的干擾,因此抗擾動性能更好。如圖1所示。
2.1.2直射式安裝
直射式安裝時,一組換能器安裝在管道的對側,這種安裝方式超聲波聲束的聲程zui短,可以提高信號強度,當管道和液體的聲導性能差時,要考慮使用直射式安裝。如圖2所示。
2.2探頭安裝位置要求及注意事項
選擇一個合適的安裝位置,對于順利地通過安裝程序,獲得zui髙的測量精庋是至關重要的。一般在選擇安裝位置時需要考慮下面的因素。
1)zui小直管段要求。上游直管段大于10D,下游直管段大于5D(其中D為管道直徑),如果現場條件允許盡量多一些。這個條件是為了在安裝探頭的位置能夠獲得穩定的流態分布,有利于提高測量精度和測量的穩定性。
2)需保證管道始終滿管,如果流體不滿管,就會造成測量誤差偏大或超聲波信號的阻斷,無法正常測量。
3)不要直接安裝在能夠產生壓降的設備下游如擴徑、閥門、插入裝置等,由于管道內的液體當壓力降低時會不同程度地釋放出氣體,產生氣泡,液體中氣體含量增加會降低信號的強度,同時增加了噪聲。
4)所選位置管道的口徑和儀表編程一致。管道外徑必須精確地實際測量。
5)探頭安裝在垂直管道時,**的流體方向是自下而上,只有在現場條件不具備時,才考慮自上而下,但是這時必須保證管道內的背壓,確保管道內液體處于滿管狀態。
6)遠離管道焊縫,不要把探頭裝在焊縫上。
7)避免把探頭安裝于水平管道的底部或頂部位置,由于管道底部會經常有沉積物,頂部會聚集一些氣體,這樣都會影響超聲波信號的傳輸。
8)按照流量計主機安裝菜單中提示的探頭間距處理管道表面,除去表面的油脂、砂礫、腐蝕、鐵銹、疏松的油漆等。使用研磨塊處理管道,使和探頭接觸的管道表面干凈平滑。研磨的區域要比探頭的發射/接收面略大,大概兩側多出探頭面積的一半即可。
2.3外夾式超聲波流量計安裝基本步驟
①收集現場數據;②選擇合適的探頭安裝位置;③探頭安裝位置管道表面的處理;④進入主機安裝菜單輸入下列數據并保存:探頭安裝位置管道數據;工藝介質數據;流量量程、單位;體積流量或質量流量;⑤把探頭安裝在管道上與主機連接;⑥設置相關的參數結束安裝。
3、超聲波流量計應用
3.1外夾式超聲波現場應用對比
威頓達州化工有限責任公司有800kt/a 400kt/a2套硫磺制酸裝置,均采用HRS系統[一級吸收酸w(H2SO4)99.5%、溫度196℃]。800kt/a置 HRS 系統一級吸收酸流量計采用的是FLUXUS ADM 7407外夾式超聲波流量計,自裝置開車至今一直正常工作。
400kt/a置 HRs 統原始設計一級吸收酸流量計采用的是另一知名品牌外夾式超聲波流量計(傳感器zui高工作溫度上限200℃)。HRS系統開車運行后,當一級吸收酸溫度小于110℃時該流量計能正常工作;當酸溫大于110℃、(H2SO4)大于99%時,超聲波流量計開始出現流量輸出信號不穩直到流量輸出消失,zui終導致流量計無法測量一級吸收酸流量。該流量計廠家多次現場售后服務無法解決問題,并返廠測試該流量計性能正常,但重新安裝在現場故障依然存在。于是把該流量計換成了外夾式超聲波流量計。
超聲波流量計可固定安裝的外夾式超聲波流量計適用于幾乎所有液體流量測量,特別是在工業環境中。隨儀表成對提供的探頭帶內部溫度補償功能(符合ANSI/ASME 定),使得整個測量系統無漂移和零點穩定,確保讀數精確。此外,自動識別探頭及其標定數據,有效地縮短了設置時間。采用獨特的
雙核技術,高速采樣和自動適應信號處理技術,即使在苛刻的測量工況下, 流量計也能可靠而穩定地工作,是HRS系統測量一級吸收酸理想儀表。這款液體流量計可測量內徑范圍從6~12m的管道(無特殊材質需求)和溫度從-40~200℃的介質(通過高低溫導波器可測溫度為-200~400℃)。
3.2超聲波流量計維護
3.2.1核實校驗
對于現場安裝固定外夾式超聲波流量計數量大、范圍廣的用戶來講,可以配備1臺同類型的便攜式超聲波流量計,用于核校現場儀表的情況。①堅持一裝一校,即對每一臺新裝超聲波流量計在安裝調試時進行核校,確保選位好、安裝好、測量準;②對在線運行的外夾式超聲波流量計發生流量突變時,要利用便攜式超聲波流量計進行及時核校,查清流量突變的原因,弄清楚是儀表發生故障還是流量確實發生了變化。
3.2.2定期維護
超聲波流量計的維護量相對比較小。如對于外貼換能器超聲波流量計,安裝以后無水壓損失,無潛在漏水,只需定期檢查換能器是否松動,與管道之間的偶合劑是否良好即可。定期維護可以確保超聲波流量計的長期穩定運行。目前外夾式超聲波流量計探頭已采用耦合片安裝,基本上實現流量計日常運行免維護。
4、結語
一級吸收酸流量是HRS系統一個重要參數,準確測量是裝置經濟安全運行的有力保障。威頓達州化工有限責任公司2套制酸裝置經過4年運行,2臺一級吸收酸超聲波流量計均保持可靠運行,測量準確,沒有因為流量計故障引起裝置聯鎖動作。
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