渦街流量計(jì)在UOP丙烷脫氫工藝裝置的應(yīng)用及維護(hù)

文雪松

（浙江石油化工有限公司，浙江舟山 316000）

丙烷脫氫獲取丙烯的生產(chǎn)工藝，因其原料、產(chǎn)品單一，投資低而收率高等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到各個(gè)廠家的重視。在目前已經(jīng)投產(chǎn)的丙烷脫氫裝置中，主要有美國(guó)UOP 公司的移動(dòng)床反應(yīng)器、催化劑連續(xù)再生的Oleflex工藝和美國(guó)Lummus 公司采用的固定床反應(yīng)器的 Catofin工藝[1]。這兩項(xiàng)工藝技術(shù)成熟可靠，均已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化且各具特點(diǎn)。本裝置由北京寰球工程公司承擔(dān)設(shè)計(jì)，采用UOP公司的 Oleflex負(fù)壓生產(chǎn)技術(shù)、催化劑連續(xù)再生工藝。催化劑的循環(huán)動(dòng)力主要來(lái)自于催化劑自身重力流流動(dòng)和提升氫氣流量，根據(jù)本裝置介質(zhì)干凈和對(duì)壓力損失要求比較嚴(yán)格的特點(diǎn)，結(jié)合渦街流量計(jì)高精度、高可靠性、價(jià)格便宜、使用場(chǎng)所要求不高的特點(diǎn)，故選用渦街流量計(jì)作為本裝置催化劑及氫氣的流量測(cè)量。

1 渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，根據(jù)卡門(mén)渦街原理來(lái)測(cè)量氣體、蒸汽或液體的體積流量。主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，能夠測(cè)量氣體、液體、蒸汽等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、黏度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小，儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。

1.2 工作原理

渦街流量計(jì)由漩渦發(fā)生體、頻率檢測(cè)器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器等組成，輸出4~20mADC信號(hào)或脈沖電壓信號(hào)。其工作原理是在流體中設(shè)置漩渦發(fā)生體，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的漩渦，這種漩渦稱為卡門(mén)渦列，如圖1卡門(mén)渦列示意圖所示，漩渦列在漩渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列[2]。

圖1 卡門(mén)渦列示意圖

根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)證明，漩渦發(fā)聲體單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率f、流速v、直徑d之間有如下關(guān)系：

式（1）中：Sr為斯特勞哈爾數(shù)。由于Sr是雷諾數(shù)的函數(shù)，由此得到：

式（2）中：A。為流通截面積；Σ為儀表常數(shù)。

根據(jù)上式可以知道，當(dāng)斯特勞哈爾數(shù)Sr為常數(shù)時(shí)，流量Qv與單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率f成正比關(guān)系。

所以，使用檢測(cè)元件測(cè)出漩渦的頻率，就可以算出流體的流量。

1.3 漩渦發(fā)聲體

常見(jiàn)的漩渦發(fā)聲體有圓柱形、T柱形、三角形等。圓柱形漩渦發(fā)聲體的斯特勞哈爾數(shù)較大，穩(wěn)定性也強(qiáng)，壓力損失小，但漩渦度較低[3]。T柱形漩渦發(fā)聲體的穩(wěn)定性高，漩渦強(qiáng)度大，但壓損較大。三角形漩渦發(fā)聲體的壓力損失適中，漩渦強(qiáng)度較大，穩(wěn)定性也好，使用較多。UOP丙烷脫氫工藝裝置的渦街流量計(jì)多使用在氫氣介質(zhì)環(huán)境下，對(duì)壓力損失要求比較嚴(yán)格，故選用的基本都是三角形漩渦發(fā)聲體。

2 渦街流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)

1）渦街流量計(jì)傳感器應(yīng)該保證盡量水平或垂直安裝在與公稱通徑相應(yīng)的管道上，如果非得垂直安裝時(shí)，流體的流向應(yīng)自下而上。

2）渦街流量計(jì)在用作流量調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)將渦街流量計(jì)的傳感器安裝在調(diào)節(jié)閥的前面，否則在小流量時(shí)，調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的射流會(huì)對(duì)渦街流量計(jì)的測(cè)量產(chǎn)生影響，會(huì)出現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)小，流量反而增大的現(xiàn)象。

3）前后直管段要求流量計(jì)在安裝時(shí)，其上游和下游應(yīng)配置一定長(zhǎng)度的直管段，其長(zhǎng)度應(yīng)滿足安裝的要求。流量計(jì)上游要保證有 10D~35D的直管段，流量計(jì)下游直管段應(yīng)大于 5D，上游直管段的長(zhǎng)短，根據(jù)上游管線是否有直角彎、擴(kuò)大管、縮徑管而定。

4）防震安裝。管道的強(qiáng)烈震動(dòng)會(huì)對(duì)渦街流量計(jì)的測(cè)量產(chǎn)生一定的影響，故渦街流量計(jì)應(yīng)盡量避免安裝在強(qiáng)烈震動(dòng)的管道上，特別是橫向振動(dòng)，以免影響測(cè)量精度。若必須安裝在存在震動(dòng)的管道上時(shí)，可以采取下面的方法來(lái)減少震動(dòng)引起的干擾：在管道適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置固定支架、導(dǎo)向支架、滑動(dòng)支架或限位裝置，必要時(shí)設(shè)置減振器或阻尼器，達(dá)到降低振動(dòng)噪聲目的。

5）測(cè)量高溫介質(zhì)時(shí)的安裝。根據(jù)工藝介質(zhì)操作溫度大于100℃時(shí)，可選用分體式渦街流量計(jì)，傳感器側(cè)裝或朝下安裝。工藝管線做保溫時(shí)，保溫不超過(guò)儀表標(biāo)記的最大保溫截至線，避免由于高溫的原因造成傳感器內(nèi)電氣元件故障。

6）連接傳感器的專用電纜盡可能遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)，決不允許與高壓電纜平行敷設(shè)。渦街流量計(jì)表頭格蘭接線做好防水、防潮處理，防止電氣元件損壞。

3 常見(jiàn)故障分析及處理方法

由于渦街流量計(jì)流量信號(hào)很弱，屬于毫伏級(jí)、微安級(jí)或更低。這些微弱的信號(hào)，有的還要用較長(zhǎng)的分體式電纜送到儀表的檢測(cè)放大器，中間耗損很大。同時(shí)由于儀表安裝的現(xiàn)場(chǎng)都在裝置內(nèi)，供電電纜密集，大功率的電力設(shè)備啟動(dòng)頻繁，在周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，導(dǎo)致渦街流量計(jì)電源不穩(wěn)并對(duì)流量信號(hào)產(chǎn)生干擾，直接影響變送器的流量測(cè)量[4]。

3.1 故障現(xiàn)象：測(cè)量值波動(dòng)大

（1）分析原因：阻尼時(shí)間設(shè)置過(guò)小或者靈敏度值設(shè)置過(guò)大。

（2）解決辦法：設(shè)置setup—電流輸出current output— 阻尼output damping默認(rèn)3s，在不影響安全操作的前提下，可以適當(dāng)增大阻尼時(shí)間。另外設(shè)置菜單中還有靈敏度值，值越高越靈敏，值越低越遲鈍。另外渦街小流量切除LF-cut off推薦采用默認(rèn)值0和50%，這個(gè)50%意思是如果切除值設(shè)了10kg/h，那么當(dāng)流量低于該值時(shí)會(huì)被切掉，然后再重新超過(guò)10kg/h的50%也就是15kg/h以上才會(huì)重新顯示，防止流量來(lái)回在小流量切除值附近震蕩。

3.2 故障現(xiàn)象：渦街小流量測(cè)不到

（1）分析原因：靈敏度值設(shè)置過(guò)大。

（2）解決辦法：專家Expert—輸入授權(quán)的密碼—傳感器Sensor—傳感器調(diào)整Sensor adjust—最小流量系數(shù)min.flow.coefficient可從11改為8到3。這個(gè)系數(shù)類(lèi)似于靈敏度，值越小越對(duì)小流量敏感，但太小3以下也容易引入干擾產(chǎn)生波動(dòng)。極個(gè)別小流量工況如果設(shè)為2、1、0還沒(méi)有流量顯示，可把傳感器調(diào)整菜單中渦街最小頻率設(shè)為0進(jìn)行觀察。該步驟的所有參數(shù)建議都采用默認(rèn)，除非特殊情況工況的流量確實(shí)很小測(cè)不到，可修改進(jìn)行觀察。另外每次修改后，需要等待0.5min才能生效產(chǎn)生新的測(cè)量值。

3.3 故障現(xiàn)象：面板不亮或啟動(dòng)異常

（1）分析原因：通常是傳感器脖子內(nèi)圓形預(yù)放板故障導(dǎo)致，偶爾變送器右邊腔室電源模塊也會(huì)引起上述現(xiàn)象，另外分體式渦街傳感器四個(gè)端子的半圓形接線板進(jìn)水或故障也會(huì)導(dǎo)致上述現(xiàn)象。

（2）解決辦法：如果現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)溫度超過(guò)200℃，表頭必須側(cè)裝或下裝，100℃以上則建議側(cè)裝或下裝，避免傳感器脖子內(nèi)圓形預(yù)放板被燙壞。由于高溫和安裝等原因，圓形預(yù)放板是相對(duì)容易壞的板件。使用排除法更換圓形預(yù)放板、電源模塊、半圓形接線板。

4 渦街流量計(jì)維護(hù)

從裝置開(kāi)工后的使用和維護(hù)來(lái)看，渦街流量計(jì)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、校驗(yàn)方便、故障低、易于維修的流量測(cè)量表。但想要其保持可靠、長(zhǎng)周期的使用還是要加強(qiáng)平時(shí)的巡檢維護(hù)。

（1）由于本裝置地理位置身處海島，空氣濕度較大，日常多做巡檢時(shí)，如發(fā)現(xiàn)表內(nèi)有潮濕現(xiàn)象，要及時(shí)進(jìn)行干燥處理。建議在天氣干燥條件允許的情況下，將受潮儀表蓋打開(kāi)，通風(fēng)透氣幾小時(shí)。

（2）對(duì)于工藝管線振動(dòng)較大地方，增加管道支撐等減震措施，防止渦街流量計(jì)內(nèi)部元器件振松或脫落。

5 結(jié)論

渦街流量計(jì)的檢測(cè)傳感器不直接接觸被測(cè)介質(zhì)，性能穩(wěn)定，可靠性高，能夠長(zhǎng)期運(yùn)行，壓力損失較小，量程范圍大，精度高，與采用了UOP工藝的丙烷脫氫裝置的介質(zhì)潔凈，壓力和流量控制要求高的特點(diǎn)完美契合，通過(guò)綜合實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)型的考慮，本裝置循環(huán)氫氣的流量測(cè)量，選用渦街流量計(jì)具有廣泛的優(yōu)點(diǎn)。前期做好選型、正確規(guī)范安裝，做好設(shè)備的防水、防潮措施，加上日常的維護(hù)保養(yǎng)，既減少儀表維護(hù)人員的工作量，又能保證了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。美國(guó)UOP公司的 Oleflex 工藝，選用了Pt/A1203催化劑，又使用串聯(lián)的四個(gè)加熱爐和四個(gè)絕熱式移動(dòng)床，反應(yīng)器的操作溫度范圍600~650℃，操作壓力-0.01MPa 進(jìn)行脫氫反應(yīng)。脫氫反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，循環(huán)氫氣操作溫度較高，對(duì)渦街流量計(jì)的安裝與保溫有特殊的要求，渦街流量計(jì)表頭要求側(cè)裝或垂直朝下安裝。