涡街流量计在UOP丙烷脱氢工艺装置的应用及维护

文雪松

（浙江石油化工有限公司，浙江舟山 316000）

丙烷脱氢获取丙烯的生产工艺，因其原料、产品单一，投资低而收率高等优势，越来越受到各个厂家的重视。在目前已经投产的丙烷脱氢装置中，主要有美国UOP 公司的移动床反应器、催化剂连续再生的Oleflex工艺和美国Lummus 公司采用的固定床反应器的 Catofin工艺[1]。这两项工艺技术成熟可靠，均已实现工业化且各具特点。本装置由北京寰球工程公司承担设计，采用UOP公司的 Oleflex负压生产技术、催化剂连续再生工艺。催化剂的循环动力主要来自于催化剂自身重力流流动和提升氢气流量，根据本装置介质干净和对压力损失要求比较严格的特点，结合涡街流量计高精度、高可靠性、价格便宜、使用场所要求不高的特点，故选用涡街流量计作为本装置催化剂及氢气的流量测量。

1 涡街流量计结构特点和工作原理

1.1 结构特点

涡街流量计是一种速度式流量计，根据卡门涡街原理来测量气体、蒸汽或液体的体积流量。主要用于工业管道介质流体的流量测量，能够测量气体、液体、蒸汽等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、黏度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小，仪表参数能长期稳定。

1.2 工作原理

涡街流量计由漩涡发生体、频率检测器、信号转换器等组成，输出4~20mADC信号或脉冲电压信号。其工作原理是在流体中设置漩涡发生体，从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的漩涡，这种漩涡称为卡门涡列，如图1卡门涡列示意图所示，漩涡列在漩涡发生体下游非对称地排列[2]。

图1 卡门涡列示意图

根据大量实验证明，漩涡发声体单侧漩涡产生的频率f、流速v、直径d之间有如下关系：

式（1）中：Sr为斯特劳哈尔数。由于Sr是雷诺数的函数，由此得到：

式（2）中：A。为流通截面积；Σ为仪表常数。

根据上式可以知道，当斯特劳哈尔数Sr为常数时，流量Qv与单侧漩涡产生的频率f成正比关系。

所以，使用检测元件测出漩涡的频率，就可以算出流体的流量。

1.3 漩涡发声体

常见的漩涡发声体有圆柱形、T柱形、三角形等。圆柱形漩涡发声体的斯特劳哈尔数较大，稳定性也强，压力损失小，但漩涡度较低[3]。T柱形漩涡发声体的稳定性高，漩涡强度大，但压损较大。三角形漩涡发声体的压力损失适中，漩涡强度较大，稳定性也好，使用较多。UOP丙烷脱氢工艺装置的涡街流量计多使用在氢气介质环境下，对压力损失要求比较严格，故选用的基本都是三角形漩涡发声体。

2 涡街流量计安装注意事项

1）涡街流量计传感器应该保证尽量水平或垂直安装在与公称通径相应的管道上，如果非得垂直安装时，流体的流向应自下而上。

2）涡街流量计在用作流量调节时，应将涡街流量计的传感器安装在调节阀的前面，否则在小流量时，调节阀产生的射流会对涡街流量计的测量产生影响，会出现阀门开小，流量反而增大的现象。

3）前后直管段要求流量计在安装时，其上游和下游应配置一定长度的直管段，其长度应满足安装的要求。流量计上游要保证有 10D~35D的直管段，流量计下游直管段应大于 5D，上游直管段的长短，根据上游管线是否有直角弯、扩大管、缩径管而定。

4）防震安装。管道的强烈震动会对涡街流量计的测量产生一定的影响，故涡街流量计应尽量避免安装在强烈震动的管道上，特别是横向振动，以免影响测量精度。若必须安装在存在震动的管道上时，可以采取下面的方法来减少震动引起的干扰：在管道适当的位置设置固定支架、导向支架、滑动支架或限位装置，必要时设置减振器或阻尼器，达到降低振动噪声目的。

5）测量高温介质时的安装。根据工艺介质操作温度大于100℃时，可选用分体式涡街流量计，传感器侧装或朝下安装。工艺管线做保温时，保温不超过仪表标记的最大保温截至线，避免由于高温的原因造成传感器内电气元件故障。

6）连接传感器的专用电缆尽可能远离强电磁场，决不允许与高压电缆平行敷设。涡街流量计表头格兰接线做好防水、防潮处理，防止电气元件损坏。

3 常见故障分析及处理方法

由于涡街流量计流量信号很弱，属于毫伏级、微安级或更低。这些微弱的信号，有的还要用较长的分体式电缆送到仪表的检测放大器，中间耗损很大。同时由于仪表安装的现场都在装置内，供电电缆密集，大功率的电力设备启动频繁，在周围产生强大的电磁场，导致涡街流量计电源不稳并对流量信号产生干扰，直接影响变送器的流量测量[4]。

3.1 故障现象：测量值波动大

（1）分析原因：阻尼时间设置过小或者灵敏度值设置过大。

（2）解决办法：设置setup—电流输出current output— 阻尼output damping默认3s，在不影响安全操作的前提下，可以适当增大阻尼时间。另外设置菜单中还有灵敏度值，值越高越灵敏，值越低越迟钝。另外涡街小流量切除LF-cut off推荐采用默认值0和50%，这个50%意思是如果切除值设了10kg/h，那么当流量低于该值时会被切掉，然后再重新超过10kg/h的50%也就是15kg/h以上才会重新显示，防止流量来回在小流量切除值附近震荡。

3.2 故障现象：涡街小流量测不到

（1）分析原因：灵敏度值设置过大。

（2）解决办法：专家Expert—输入授权的密码—传感器Sensor—传感器调整Sensor adjust—最小流量系数min.flow.coefficient可从11改为8到3。这个系数类似于灵敏度，值越小越对小流量敏感，但太小3以下也容易引入干扰产生波动。极个别小流量工况如果设为2、1、0还没有流量显示，可把传感器调整菜单中涡街最小频率设为0进行观察。该步骤的所有参数建议都采用默认，除非特殊情况工况的流量确实很小测不到，可修改进行观察。另外每次修改后，需要等待0.5min才能生效产生新的测量值。

3.3 故障现象：面板不亮或启动异常

（1）分析原因：通常是传感器脖子内圆形预放板故障导致，偶尔变送器右边腔室电源模块也会引起上述现象，另外分体式涡街传感器四个端子的半圆形接线板进水或故障也会导致上述现象。

（2）解决办法：如果现场介质温度超过200℃，表头必须侧装或下装，100℃以上则建议侧装或下装，避免传感器脖子内圆形预放板被烫坏。由于高温和安装等原因，圆形预放板是相对容易坏的板件。使用排除法更换圆形预放板、电源模块、半圆形接线板。

4 涡街流量计维护

从装置开工后的使用和维护来看，涡街流量计是一种结构简单、测量精度高、校验方便、故障低、易于维修的流量测量表。但想要其保持可靠、长周期的使用还是要加强平时的巡检维护。

（1）由于本装置地理位置身处海岛，空气湿度较大，日常多做巡检时，如发现表内有潮湿现象，要及时进行干燥处理。建议在天气干燥条件允许的情况下，将受潮仪表盖打开，通风透气几小时。

（2）对于工艺管线振动较大地方，增加管道支撑等减震措施，防止涡街流量计内部元器件振松或脱落。

5 结论

涡街流量计的检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，可靠性高，能够长期运行，压力损失较小，量程范围大，精度高，与采用了UOP工艺的丙烷脱氢装置的介质洁净，压力和流量控制要求高的特点完美契合，通过综合实用性、经济型的考虑，本装置循环氢气的流量测量，选用涡街流量计具有广泛的优点。前期做好选型、正确规范安装，做好设备的防水、防潮措施，加上日常的维护保养，既减少仪表维护人员的工作量，又能保证了装置的平稳运行。美国UOP公司的 Oleflex 工艺，选用了Pt/A1203催化剂，又使用串联的四个加热炉和四个绝热式移动床，反应器的操作温度范围600~650℃，操作压力-0.01MPa 进行脱氢反应。脱氢反应为强吸热反应，循环氢气操作温度较高，对涡街流量计的安装与保温有特殊的要求，涡街流量计表头要求侧装或垂直朝下安装。