摘(zhai)要:在硫磺回(hui)收的工藝裝(zhuang)置中,由于測(cè)量特殊酸性(xìng)氣體的質量(liang)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(zu)分氣體并通(tōng)過壓力補償(cháng),以及溫度補(bǔ)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(tǐ)流量的特點(diǎn)、氣🙇🏻體超聲波(bō)流量計原理(lǐ)以及安裝設(shè)計、出現的🔆問(wèn)題及技術改(gǎi)造,爲同類型(xíng)裝置提供參(cān)考和選擇。
　　随(sui)着中國煉化(huà)一體化項目(mu)的快速發展(zhan)，硫磺回收裝(zhuāng)‼️置規🈲模快速(su)增大及套數(shù)不斷增多，同(tong)時國家對化(huà)工裝置清潔(jié)生産🥵、環保排(pái)放的要求更(geng)加嚴苛,作爲(wèi)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(liang)的測量要求(qiú)穩定且精度(du)高,關系到酸(suān)性氣與燃燒(shao)空氣、燃料氣(qì)的配比控制(zhì),對裝置安全(quán)穩定長周期(qi)運行至關重(zhong)要。
1硫磺回收(shou)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(hui)收裝置,硫磺(huang)回收裝置配(pei)套尾氣處理(lǐ)設施以保證(zhèng)硫回收率達(da)到99.99%以上,SO2排放(fàng)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(yi)流程如圖1所(suǒ)示。硫磺回收(shōu)裝置采用三(sān)級常規克勞(lao)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(fàng)的措施,适應(ying)将來更嚴格(gé)的環保要求(qiú)。
2硫磺回收裝(zhuāng)置酸性氣流(liú)量的特點
　　主(zhu)燃燒爐有三(san)路酸性氣,分(fèn)别是從溶劑(jì)再生及加氫(qīng)酸性☁️水👉汽😄提(tí)來的清潔酸(suān)性氣、非加氫(qing)酸性水汽提(ti)來的含氨酸(suān)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(lù)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(hé),經加熱後再(zai)與含氨酸💞性(xing)氣混合,進入(rù)主燃燒爐反(fan)應室的主燃(ran)燒器,剩餘部(bu)分的清潔酸(suān)性氣從主♍燃(ran)燒爐中部進(jin)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(shāo)爐反應需🥰氧(yang)量通過比值(zhi)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(wù)全部分解❓,在(zai)燃燒爐内大(dà)部分H2S進行高(gao)溫克勞斯反(fan)應後轉化爲(wei)硫,餘下的H2S中(zhong)小部分轉❓化(hua)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(xing)氣的💃🏻組分差(chà)别較大,混合(hé)後酸性氣組(zu)分範圍更大(dà)。因👅此,從組分(fèn)角度看,酸性(xìng)氣體積流量(liang)測量難度大(dà),特别是相對(dui)分子質量的(de)測量。
 
2)克勞斯(sī)反應部分流(liú)程(酸性氣部(bù)分)如圖2所示(shi)，酸性氣🔞有💚三(sān)路,清潔酸性(xing)氣來自溶劑(jì)再生裝置和(he)加氫汽提裝(zhuāng)置⭐,溶劑再生(sheng)裝置有4套;含(hán)氨酸性氣來(lai)自非加氫汽(qì)提裝置;IGCC酸性(xing)氣來自煤氣(qì)化淨化裝置(zhì)，煤氣化淨化(hua)裝置有2套。酸(suan)性氣路數❓較(jiao)多且相互獨(du)立，每路酸性(xing)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(shàng)遊酸性氣裝(zhuang)置運行工況(kuang)角度看,酸性(xìng)氣體積流量(liàng)測量難度也(ye)大。
3)主燃燒爐(lu)控制方案是(shi)前饋-比值-反(fan)饋複雜控制(zhì),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(hé)理配風使✊去(qu)尾氣淨化單(dān)元的過程氣(qi)中φ(H2S)-2φ(SO2)=0,保證硫磺(huáng)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(qì)不足将産生(shēng)過剩H2S;反之,空(kōng)氣過量将使(shi)SO2過剩。以上兩(liǎng)種情況都将(jiāng)導緻主燃燒(shāo)爐硫回收減(jiǎn)少,爲了避免(mian)上述情形🌈,主(zhǔ)配風通過對(dui)🈲清潔酸🔴性氣(qì)、含氨酸性氣(qi)酸、IGCC酸性氣和(he)燃料氣的體(tǐ)積流量進🌈行(háng)比值控制。從(cóng)工‼️藝控制角(jiǎo)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(suān)性氣突然中(zhong)斷或體積流(liu)量降低,防止(zhi)⭐酸性氣倒竄(cuan)回火,三路🈲酸(suān)性氣流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻低(dī)低參與🏃🏻‍♂️清潔(jié)酸性🤩氣SIS聯鎖(suo)。綜上四點，三(san)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(liàng)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(zhuāng)置的下遊,從(cóng)上遊☎️裝🔱置排(pai)放出來的酸(suan)性氣體進人(ren)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(liú)量計量具備(bèi)對氣體組分(fèn)變化識别的(de)能力,具有大(dà)量程👈比，且考(kao)慮到酸性氣(qi)體的劇毒性(xìng),要求選擇一(yī)種可以現場(chang)密閉測量、在(zai)線維護和自(zi)動标定的儀(yi)表。
　　以往國内(nèi)很多煉化企(qǐ)業采用傳統(tong)的流量測量(liang)，如熱式氣體(tǐ)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(qì)體測量的要(yao)求,例如:熱式(shì)氣體流量計(jì)響應慢、被測(ce)量氣體組分(fen)變化大的場(chǎng)所,測量值會(huì)有較大的變(bian)化而産生誤(wu)🔞差;氣體渦街(jie)流量計的發(fā)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(da)影響。因此，可(kě)以選擇氣體(ti)超聲波流量(liang)計🈚用于硫磺(huáng)回收裝置三(san)路酸性氣體(tǐ)的體積流量(liang)測量。
4氣體超(chāo)聲波流量計(jì)的測量原理(lǐ)
　　氣體超聲波(bo)流量計測量(liàng)原理如圖4所(suǒ)示。它是利用(yong)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(xiàng)互發送和接(jiē)收超聲波信(xin)号,通過觀測(ce)超聲波在介(jiè)質中的順流(liu)和逆流傳播(bo)的時間差值(zhi)來計算流速(su),從而可😘應用(yong)流速來計算(suan)介質體積流(liú)量的一種間(jian)接測量方法(fa)。
 
　　由圖4可知,1對(duì)超聲波流量(liang)計傳感器A和(he)傳感器B分别(bie)安裝在管☂️段(duan)⚽兩側,即順流(liu)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(zhi)流速ʋ和L的夾(jia)角爲θ,超聲波(bo)順流方向傳(chuan)播時間tAB和超(chāo)聲波逆流方(fāng)向傳播時間(jian)tBa,可用公式(1)來(lái)👌表示:
 
　　式中:c一(yi)超聲波在非(fēi)流動介質中(zhōng)的聲速
　　利用(yòng)tAB和tBA之差計算(suàn)介質流速如(ru)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(yǐ)上即爲測量(liang)所得的流體(ti)流速和體積(jī)流量，在對流(liu)體的溫度📱和(hé)壓力測量值(zhi)補償運算後(hou)得到正确的(de)流量值。
5氣體(tǐ)超聲波流量(liàng)計的性能和(hé)特點
　　酸性氣(qi)超聲波流量(liang)計測量時采(cǎi)用時差法原(yuán)理,利用超聲(shēng)波信号在流(liú)體中的傳播(bō)速度和流體(tǐ)流動速度的(de)疊加和疊減(jian)關系進行測(ce)量。該型流量(liang)計能夠通過(guò)去除各種無(wu)效信号、接收(shou)有效信号,經(jīng)過補償後,較(jiào)于同類型産(chan)品精度更高(gāo),且能識别不(bú)同的流場。通(tōng)過修正參數(shù),大幅提高時(shi)間計算和測(ce)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(què)監測到氣體(tǐ)變化，并且通(tōng)過壓力補償(chang)以及溫度補(bu)🐪償計算出體(tǐ)積流量,相對(dui)于傳統的流(liú)量計，氣體超(chāo)聲📧波流量計(jì)優勢明顯。
　　該(gai)流量計可以(yǐ)雙向測量,配(pei)置1對、2對、3對或(huò)4對測量探🌍頭(tou)。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(he)反🐉向流量測(cè)量精度均滿(mǎn)足讀數的1.5%~3.0%;2對(duì)探頭測量時(shí)，當正向流速(su)🍉和反向❤️流速(sù)爲0.03~120m/s,正向和反(fǎn)身流量測♊量(liang)精度均滿足(zu)讀數的1.5%~2.0%。3對探(tàn)頭測量時,當(dāng)正向流速和(he)反向流速爲(wèi)0.03~120m/s,正向和反向(xiang)流量測量精(jing)度均滿足🤞讀(du)數的1.0%~1.5%。4對探頭(tóu)測量時，當正(zheng)向流速和反(fan)向流速爲0.03~120m/s時(shi),正向和反向(xiang)流量測量👉精(jīng)度均滿足讀(dú)數的0.5%~1.5%。
　　綜上所(suo)述，該型流量(liàng)計滿足測量(liàng)大量程比、腐(fǔ)蝕性有毒氣(qi)🍉體流量的要(yao)求。
6超聲波流(liú)量計在硫磺(huáng)回收裝置上(shàng)的安裝設計(ji)
　　該型流量計(jì)包括1對傳感(gan)器前置放大(da)器和變送器(qi),流量計☂️采用(yong)偏置垂直90°安(ān)裝,傳感器插(chā)入到預先安(an)裝好的便于(yú)在線插拔的(de)球閥中。球閥(fá)主要結構由(you)連接支管、球(qiú)閥主體、在線(xian)插拔🔴附件組(zu)🐕成,該設計實(shí)現了不停産(chan)情況下在線(xian)維護裝卸。變(biàn)送器和傳感(gan)👌器連接線纜(lan)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(jì)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(zhong)的問題💃🏻,造成(cheng)調試時接收(shōu)端探頭信号(hào)強度不夠。在(zai)供應商技術(shù)人員現場指(zhi)導下,均已解(jie)決。
2)流量計供(gong)電電壓的變(bian)更,由220V(AC)改爲24V(DC)。在(zài)技術的幫助(zhu)下,均🌏已解決(jué)。
3)流量溫度、壓(ya)力補償實現(xian)方式的變動(dòng)。起初考慮通(tōng)過DCS軟件組态(tai),對溫度、壓力(li)進行補償,實(shí)現DCS配風調節(jiē)控制🌏功能，溫(wen)　　信号進🈲DCS,壓力(lì)信号進SIS(通過(guo)通信至DCS),SIS又設(she).置了酸性氣(qì)流量聯鎖,但(dàn)無法♻️實現溫(wēn)🌍度、壓力補償(chang)。爲了避免兩(liang)系統酸性氣(qi)流量示值出(chu)現差别對工(gōng)😘藝操作的影(yǐng)響，後改爲現(xiàn)場流量計側(cè)溫度壓力補(bu)償。
4)因各路酸(suan)性氣裝置開(kai)工時序有差(cha)異或工藝介(jie)質✊帶有🈲油垢(gou)等㊙️情況,出現(xian)了單路酸性(xìng)氣裝置工況(kuàng)突變導緻流(liu)🔴量計示值驟(zhòu)降,但酸性氣(qi)壓力未降低(di)，從而觸發酸(suān)性氣聯鎖。
　　探(tàn)讨了清潔酸(suān)性氣在三路(lù)酸性氣中屬(shu)于主物料，針(zhen)對清潔酸🙇🏻性(xìng)氣管線，開展(zhan)了“清潔酸性(xìng)氣流量低低(di)與清潔酸性(xing)💞氣壓差“二☎️取(qǔ)二,觸發清潔(jié)酸性氣聯鎖(suo)”技術改造。清(qing)潔酸性氣壓(yā)差,即清潔酸(suān)性氣壓力-主(zhu)燃燒爐入口(kǒu)空氣壓力,2個(gè)壓力點信号(hao)進SIS,在SIS中作🔴差(chà)值運算。在👉清(qīng)潔酸性氣單(dan)法蘭壓力變(bian)送器取壓處(chu),加Y型三通、再(zài)增加1個清潔(jie)酸性氣單法(fa)蘭壓力檢測(ce)點。兩路壓力(lì)信号,一路去(qù)現場流🧡量計(jì)側作溫壓🔆補(bu)💃償，一路去sIS參(can)與聯鎖。
8結束(shu)語
　　作爲硫磺(huang)回收裝置主(zhǔ)進料，酸性氣(qi)超聲波流量(liang)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(kòng)制，對裝置安(ān)全穩定長周(zhou)期運行至關(guan)重要。通過該(gai)項目氣體超(chāo)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(bo)流📞量計在硫(liú)磺回收裝置(zhì)的應用有借(jie)鑒意義。在氣(qi)體超聲波流(liu)量計發展方(fang)面,如國📧内供(gong)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(nei)産品的競争(zheng)力。

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