摘要:在硫磺回收(shōu)的工藝裝置中,由(you)于測量特殊酸性(xing)氣體的質量流量(liang)較困難,提出了具(jù)有可測量相對分(fen)🔞子質量,能💛夠應☀️對(dui)多🐆組分氣體并通(tōng)過壓力補償,以及(ji)溫度補償計算的(de)氣體超聲波流量(liàng)計 測量方案。介紹(shào)了硫磺回收工藝(yì)裝置中氣體流量(liang)的特點、氣體超聲(sheng)波流量計原理以(yǐ)及安裝設計、出現(xiàn)的問題及技術改(gai)⭕造,爲同類型裝置(zhi)提供參考和選擇(zé)。
　　随着中國煉化一(yi)體化項目的快速(sù)發展，硫磺回收裝(zhuang)置🈲規模快速增大(dà)及套數不斷增多(duō)，同時國家對化工(gong)裝置清潔生産、環(huán)保排放的要求更(geng)加嚴苛,作爲煉化(hua)一體化項目配🚶套(tao)環保裝置,硫📱磺回(hui)收裝置的重要性(xing)不言而喻。作爲硫(liú)磺回收裝置主進(jìn)料,酸性氣體積流(liu)量的測量要🚩求穩(wěn)定且精度高,關系(xì)到☔酸性氣與燃燒(shāo)空氣、燃料氣的配(pei)比控制,對裝置安(ān)㊙️全穩定長周期運(yun)行至關重要。
1硫磺(huang)回收裝置簡介
　　16Mt/a煉(liàn)化一體化配套建(jiàn)設總規模爲4X0.15Mt/a硫磺(huang)回收裝置,硫磺回(huí)收裝置🈲配套尾氣(qì)處理設施以保證(zheng)硫回收率達到99.99%以(yi)上,SO2排放質量濃度(du)ρ(SO2)<35mg/m3的要求。
　　硫磺回收(shou)裝置三級克勞斯(si)工藝流程如圖1所(suǒ)示。硫磺回收裝置(zhi)采用三級常規克(ke)勞斯主燃燒爐和(he)氨法煙‼️氣脫硫工(gōng)🧡藝,并煙氣排放ρ(SO2)≤35mg/m3的(de)超潔淨排放的措(cuo)施,适應将來更嚴(yan)格的👉環保要求。
2硫(liu)磺回收裝置酸性(xing)氣流量的特點
　　主(zhu)燃燒爐有三路酸(suān)性氣,分别是從溶(róng)劑再生及加😍氫酸(suān)性水汽提來的清(qing)潔酸性氣、非加氫(qing)酸性水汽提來的(de)含氨酸性氣、IGCC裝置(zhì)🔴(即氣化裝置、淨化(hua)裝置、甲烷化裝置(zhi)及清潔中心)來的(de)IGCC酸性氣,三路酸性(xing)氣經分液罐氣液(ye)分離後,部分清潔(jie)酸性氣與IGCC酸性氣(qì)混合,經加熱後再(zài)與含氨酸性氣混(hun)合,進入主燃燒爐(lu)反應室的主燃👅燒(shao)器,剩餘部分的清(qīng)潔酸性氣從主燃(ran)燒爐中部進入。與(yǔ)酸性氣燃燒反應(yīng)所需的燃燒空氣(qi)供給量需根據主(zhǔ)燃燒爐反應需氧(yǎng)量通過比☀️值複雜(za)調節嚴格控制，經(jīng)燃燒将酸性氣中(zhōng)的氨和🎯烴類等有(yǒu)機物全部分解,在(zài)燃燒爐内大部分(fen)H2S進行高溫克勞斯(si)反應後轉化爲硫(liú),餘下的H2S中小部分(fen)轉化爲SO2。

 
1)三路酸性(xìng)氣參考組分見表(biǎo)1所列,可見三路酸(suan)性氣的組分差别(bie)較大,混合後酸性(xìng)氣組分範圍更大(da)。因此,從組分角度(dù)看,酸🌈性氣體積流(liú)量測量難度大,特(tè)🔴别是相對分子質(zhi)量的測量。
 
2)克勞斯(si)反應部分流程(酸(suan)性氣部分)如圖2所(suǒ)示，酸性氣有三路(lu),清潔酸性氣來自(zì)溶劑再生裝置和(he)加氫汽提裝置,溶(róng)劑再生裝置有4套(tao);含氨酸性氣來自(zi)非加氫汽提裝置(zhi)🏃🏻‍♂️;IGCC酸性氣來自煤氣(qì)化淨化裝置，煤氣(qi)化淨化裝置有2套(tào)。酸🛀性氣路數較多(duō)且相互獨立，每🆚路(lu)酸性氣裝🌈置運行(háng)工況直接影響三(san)⭐路酸性氣的工況(kuang),特别是🌈酸性氣的(de)流量。從上遊酸性(xing)氣裝置運行工況(kuang)角度看,酸性氣體(tǐ)積流量測量難度(dù)也大。
3)主燃燒爐控(kong)制方案是前饋-比(bi)值-反饋複雜控制(zhi),其目的是控制💔主(zhǔ)燃燒爐燃燒反應(ying)，控制合适的爐膛(tang)溫度,并合理配風(feng)使去尾氣淨化單(dān)元的過程氣中φ(H2S)-2φ(SO2)=0,保(bǎo)證硫磺回收單元(yuán)的最大硫回收率(lǜ)。供給主燃燒室合(hé)适的空氣量是重(zhòng)要的，如空氣不足(zú)将産生過剩H2S;反之(zhī),空氣過量将使SO2過(guo)剩。以上兩種情況(kuang)都将導緻主燃燒(shao)爐硫回收減少,爲(wei)了避免上述情形(xíng),主配風通過對清(qīng)潔酸性氣、含氨酸(suān)性氣酸、IGCC酸性氣和(he)燃料氣的體積流(liu)量進行比值控制(zhi)。從工藝控制角度(dù)🔴看,酸性氣體積流(liu)量測量很關鍵。
 
4）清(qing)潔酸性氣安全儀(yi)表系統(SIS)聯鎖如圖(tú)3所示,因三路酸👄性(xìng)氣對主🔞燃燒爐正(zheng)常運行是相互獨(du)立的，同時👈考慮到(dao)其💛中一路或兩路(lù)酸性氣突然中斷(duàn)或體積流量降低(di),防止酸性氣倒竄(cuan)回火,三路🌍酸性氣(qi)流量低低參與🈚清(qing)潔酸性氣SIS聯鎖。綜(zōng)上四點，三路酸性(xìng)氣流量計測量結(jie)果的正确性及穩(wěn)定性至關重要。

 
3氣(qì)體超聲波流量計(jì)在硫磺回收裝置(zhì)中的應用
　　硫磺回(hui)收裝置一般位于(yú)煉油裝置的下遊(yóu),從上遊裝置🏒排❓放(fàng)出⭐來的酸性氣體(tǐ)進人該裝置。三路(lu)酸性氣體的組🌏分(fèn)是一個動态🔞變化(hua)的過程,要求流量(liang)計量具備對氣體(tǐ)🐕組分變化識别的(de)能力,具有大量程(cheng)🌏比，且考慮到酸性(xìng)氣體的劇毒💋性,要(yao)求選擇一種可以(yǐ)現場密閉🌈測量、在(zai)線維護和自動标(biao)㊙️定的儀表。
　　以往國(guó)内很多煉化企業(ye)采用傳統的流量(liàng)測量，如熱式氣體(ti)流量計 、氣體渦街(jiē)流量計 和氣體質(zhì)量流量計等,但在(zài)實際應用中并不(bú)能滿足硫磺回收(shōu)裝置酸性氣體測(ce)量的要求,例如:熱(rè)式氣體流量計響(xiang)應慢、被測量氣體(tǐ)組分變化大的場(chǎng)所,測量值會有較(jiao)大的變化而産生(sheng)誤差;氣體渦街流(liú)量計的發生體易(yì)被介質污染,改變(biàn)幾㊙️何尺寸之後,對(dui)測量精度造成很(hen)大影響。因此，可以(yǐ)選擇氣體超聲波(bō)流量計用于硫磺(huang)回收裝置三路酸(suān)性氣體的體積流(liú)量測量♉。
4氣體超聲(sheng)波流量計的測量(liàng)原理
　　氣體超聲波(bo)流量計測量原理(lǐ)如圖4所示。它是利(lì)用👅1對超聲波傳✊感(gǎn)器安裝在管段上(shàng)下遊兩側，傳感器(qì)A和傳🌈感器B相互發(fa)送和接收超聲波(bō)信号,通過觀測超(chao)聲波在介質🐪中的(de)順流和逆流傳播(bo)的時間差值來計(jì)算流速,從而可應(yīng)用流速來計算介(jie)質體積流量的一(yi)種間接測量方法(fǎ)。
 
　　由圖4可知,1對超聲(sheng)波流量計傳感器(qì)A和傳感器B分别安(an)📱裝在🍓管段兩側,即(ji)順流傳感器和逆(ni)流傳感器,并相距(jù)⭕-定的距離☂️,管段内(nèi)徑爲d,超聲波在介(jie)質中傳播路徑爲(wei)L,介質流速ʋ和L的夾(jiá)角爲θ,超聲波👣順流(liu)方向傳😘播時間tAB和(he)超聲波逆流方向(xiang)傳播時間tBa,可用公(gōng)式(1)來表示:
 
　　式中:c一(yi)超聲波在非流動(dong)介質中的聲速
　　利(lì)用tAB和tBA之差計算介(jie)質流速如式(2)所示(shi):
 
　　由式(2)可見:當c和Lcosθ爲(wei)固定常數時,v和△t成(cheng)正比,體積流量qv計(jì)算如式(3)所🐆示:
 
　　以上(shàng)即爲測量所得的(de)流體流速和體積(ji)流量，在對流體的(de)溫度和壓力測量(liàng)值補償運算後得(de)到正确的流量值(zhí)🐕。
5氣體超聲波流量(liàng)計的性能和特點(diǎn)
　　酸性氣超聲波流(liú)量計測量時采用(yòng)時差法原理,利用(yong)⛹🏻‍♀️超聲💃🏻波🌈信号在流(liú)體中的傳播速度(du)和流體流動速度(dù)的疊💞加和疊減關(guān)系進行測量。該型(xíng)流量計能🌈夠通過(guò)去除各種無效✔️信(xìn)号、接⭐收有效信号(hào),經過補❌償後,較于(yú)同類型産品精度(du)更高,且能識👌别不(bú)同的流場。通過修(xiū)正參數,大幅提高(gāo)時間計算和測量(liàng)的😍精度。該型流🛀量(liang)計可測量相對分(fèn)子質量,能夠應對(dui)多組分氣㊙️體并正(zheng)确監測到氣體變(bian)化，并且通過壓力(li)🐆補償以及溫度補(bu)償計算出體積流(liú)💋量,相對于傳統的(de)流量計，氣體超聲(sheng)波流量計優勢明(ming)顯。
　　該流量計可以(yǐ)雙向測量,配置1對(duì)、2對、3對或4對測量探(tan)🌈頭。1對探頭測量時(shi)，當正向流速和反(fǎn)向流速爲0.03~120m/s,正向和(hé)反向流量測🧡量精(jīng)度均滿足讀數的(de)1.5%~3.0%;2對探頭測量時，當(dāng)正向流速♊和反向(xiang)流速爲0.03~120m/s,正向和反(fǎn)身流量測量精度(du)均🛀滿足讀數的1.5%~2.0%。3對(dui)探頭測量時,當正(zhèng)向流速和反向流(liú)速爲0.03~120m/s,正向和反向(xiàng)流量測量精度均(jun)滿足讀數的1.0%~1.5%。4對探(tan)頭♉測量時，當正向(xiang)💁流速和反向流速(su)爲0.03~120m/s時,正向和反向(xiàng)流🔞量測量精度均(jun1)滿足讀數的0.5%~1.5%。
　　綜上(shàng)所述，該型流量計(jì)滿足測量大量程(cheng)比、腐蝕性🔞有毒👅氣(qì)💁體💜流量的要求。
6超(chāo)聲波流量計在硫(liú)磺回收裝置上的(de)安裝設計
　　該型流(liu)量計包括1對傳感(gan)器前置放大器和(he)變送器,流㊙️量計采(cai)用😘偏置垂直90°安裝(zhuāng),傳感器插入到預(yù)先安裝好的便于(yu)在🈲線插拔的球閥(fa)中。球閥主要結構(gòu)由連接支管、球閥(fa)主體、在線插拔♌附(fù)件組成,該設計實(shí)現了不停産情況(kuàng)下在線維護裝卸(xiè)。變送器和傳感器(qi)連接線纜🌏長度最(zuì)大可以達到300m,适用(yòng)于任何特殊現場(chang)狀況。
7出現問題及(ji)技術改造
　　該超聲(sheng)波流量計自安裝(zhuang)投用以來,陸續出(chū)現了以下問🔞題:
1)施(shi)工單位安裝出現(xian)了部分探頭的軸(zhou)心不對中的問題(tí),造成調🔆試時接收(shou)端探頭信号強度(du)不夠。在供應商技(ji)術人員現場指導(dao)下,均已解決。
2)流量(liàng)計供電電壓的變(bian)更,由220V(AC)改爲24V(DC)。在技術(shù)的幫助下,均已解(jie)決。
3)流量溫度、壓力(lì)補償實現方式的(de)變動。起初考慮通(tong)過DCS軟件💰組态,對溫(wēn)度、壓力進行補償(chang),實現DCS配風調節控(kong)制功能，溫　　信号進(jìn)DCS,壓力信号進SIS(通過(guò)通信至DCS),SIS又設.置了(le)酸🔞性氣流💁量聯鎖(suo),但無法實現溫⭐度(du)、壓力補償。爲了避(bì)免兩系統酸性氣(qi)流量💛示值出現差(cha)别對工藝操作的(de)影響，後改爲現場(chǎng)流量計側溫度壓(yā)力補償。
4)因各路酸(suān)性氣裝置開工時(shi)序有差異或工藝(yi)介質帶有油垢等(deng)情況,出現了單路(lù)酸性氣裝置工況(kuang)突變導緻流量計(jì)示值驟降,但酸性(xìng)氣壓力未降低，從(cóng)而觸發酸性氣聯(lián)鎖。
　　探讨了清潔酸(suan)性氣在三路酸性(xìng)氣中屬于主物料(liao)❄️，針對清🐇潔酸性氣(qì)管線，開展了“清潔(jié)酸性氣流量低低(dī)與🙇‍♀️清潔酸性🏒氣壓(ya)差“二👄取二,觸發清(qīng)潔酸性氣聯鎖”技(ji)術改造。清潔酸性(xing)♌氣壓差,即清潔酸(suān)性氣壓力-主燃燒(shao)爐♻️入口空氣壓力(lì),2個壓力點信号進(jin)SIS,在SIS中作差值運算(suan)。在清潔酸性氣單(dan)法蘭壓力變送器(qi)取壓處,加Y型三通(tong)⛷️、再🔞增加1個清潔酸(suān)性氣單法蘭壓☁️力(li)檢測點。兩路壓力(li)信号,一路去現場(chang)流量計側作溫壓(ya)補㊙️償，一路去sIS參與(yǔ)聯㊙️鎖。
8結束語
　　作爲(wèi)硫磺回收裝置主(zhu)進料，酸性氣超聲(sheng)波流量計的測量(liang)要求穩定且精度(du)高,關系到酸性氣(qì)與燃燒空氣、燃料(liao)氣的配比控制，對(dui)裝置安全穩定長(zhǎng)周期⭐運行至關重(zhong)要。通過該項目氣(qì)🛀🏻體超聲波流量計(ji)的實踐,特别㊙️是一(yi)系列的技術改進(jìn)，對氣體超聲波流(liú)量計在硫磺回收(shou)裝置的應用有借(jie)鑒意義。在氣體✂️超(chao)聲波流量計發展(zhǎn)方面,如國内供應(ying)商能結合項目實(shí)踐不斷優化方案(an)設計和改進産品(pin)，将有利于提升國(guó)内産品的競✉️争力(li)。

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