氯化氢合成炉氯气流量仪表测量不准原因分析与技术改造

2017-11-01史清国

化工自动化及仪表 2017年4期

关键词：氯化氢变送器氯气

史清国

(青海盐湖股份有限公司化工分公司)

氯化氢合成炉氯气流量仪表测量不准原因分析与技术改造

史清国

(青海盐湖股份有限公司化工分公司)

分析了原阿牛巴流量计氯气流量测量不准的原因。经过技术分析，将原阿牛巴流量计改造为节流孔板流量计。改造后，氯化氢合成炉运行状况良好，一般只需1h便可点火成功，实现了氯气流量的准确测量。

氯气流量测量氯化氢合成炉节流孔板流量计

青海盐湖股份有限公司化工一期钾碱装置氯化氢合成工序采用的是法国卡朋罗兰工艺，该装置承担着氯化氢合成、生产合格的氯化氢气体并外送、不合格氯化氢气体吸收等任务。该工序由两条相同的工艺链A、B组成，主要设备包括氯化氢石墨合成炉、成品冷却器及降膜吸收器等。工艺流程为：将来自电解工序的干氯气和干氢气按照流量比1.0∶1.5送入氯化氢石墨合成炉，充分反应后得到的氯化氢气体经成品冷却器冷却后进入氯化氢分配台；开车阶段，纯度低的氯化氢气体进入降膜吸收器用水或稀盐酸吸收成为浓盐酸，纯度达到工艺要求的氯化氢气体经成品冷却器送往氯乙烯装置。自2010年10月份试车以来，氯化氢合成炉点火时间长且不稳定，最长点火时间高达6h甚至点火失败，经济损失巨大。经分析发现，氯气流量测量不准造成氯气和氢气配比不准，导致合成炉点火时间长，且经常无法点火，甚至发生合成炉系统爆炸着火等事故。为保障氯化氢合成炉的正常稳定运行，对现有的氯气流量仪表进行技术改造势在必行。

1 原氯气流量测量方案

1.1 点火工艺控制要求

氯化氢合成炉开始点火时，氢气和空气先点小火，通入氯气后再缓慢降低空气流量。氢气和氯气流量为斜坡自动控制，初始流量设定值为0，随着时间增加流量值缓慢递增，其时序图如图1所示。

图1 氯化氢合成炉点火时序图

1.2 流量仪表简介

氯化氢合成工序选用的氯气流量计是罗斯蒙特485型插入式一体化阿牛巴流量计，该流量计具有安装简便、压损小、强度高、不受磨损影响及无泄漏等优点，被广泛应用于工矿企业高炉煤气、压缩空气及蒸汽等液体、气体的流量测量。其流量测量范围为0～2 500Nm3/h，对应的差压变送器量程为0～1.263kPa，介质设计压力183kPa，介质温度42.3℃，管道内径207mm。其工作原理为：通过测量管道轴线多点流速来反映整个管道的流量分布情况，在迎流面测量总压(正压)，在背流面或管壁测量静压(负压)，两者压差的平方根与介质流量呈线性对应关系。

氢气和空气流量仪表均为一体化孔板流量计。

1.3 原因分析

对阿牛巴流量计进行拆检时发现，本应干燥的氯气管道里存在水分，这使得本身很小的压差测量更加困难，氯气流量测量误差更大。后分析发现，氯气带水由工艺原因造成。

阿牛巴流量计的压差值是根据仪表数据表中的工艺参数设计值计算的，但实际工艺参数与设计值有所差别：设计介质压力为183kPa，温度为42.3℃；实际压力为145kPa左右，温度为15.0℃左右。这在一定程度上也影响了阿牛巴流量计压差值的准确计算。

2 新流量计选型依据与技术分析

基于上述分析，需重新选用适用于该特殊工况的流量仪表来测量氯气流量。综合比较多种流量仪表的工作原理、应用范围、测量精度和维护要求，并考虑到氢气和空气流量仪表(一体化孔板流量计)采用同样的流量仪表计量可降低最终的氯气氢气流量比误差。经过技术分析、数据计算确定采用孔板流量计，在重新选择孔板时要对工艺参数进行修改。原流量仪表前后直管段足够长，介质为较纯净、充满管道的气体，满足孔板流量计的安装要求。孔板流量计的工作原理为：充满管道的流体流经管道内的节流孔板时，在孔板附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。在已知有关参数的前提下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出压差与流量之间的关系进而求得流量：

式中C——流出系数；

D——工作条件下，上游管道的内径；

d——工作条件下，节流件的节流孔或喉部直径；

qm——质量流量，kg/s；

qv——体积流量，m3/s；

Δp——节流装置输出压差，Pa；

β4——直径比；

ρ——被测介质的密度，kg/m3；

ε——可膨胀系数。

最终氯气流量仪表选用河南开封仪表厂生产的LGBF型不锈钢标准节流孔板流量计。为节约改造成本，配套的差压变送器采用罗斯蒙特3051差压变送器。依据节流孔板计算书更换节流孔板后的压力损失为2kPa，占管道压力145kPa的1.4%，压损在工艺允许范围内。根据计算书，将差压变送器的量程修改为0～6kPa，并将其输出模式设为开平方根输出。差压变送器将所测压差值转换成4～20mA电流后送至DCS系统。