在化工生產(chǎn)過(guò)程中，為了有效指導(dǎo)工藝的操作和控制，需要檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的各類介質(zhì) ( 包括氣體、液體、蒸汽) 的流量參數(shù)，為工藝的監(jiān)視和控制提供有效依據(jù)。此外，各裝置或單元間的物料平衡、公用工程能耗與成本核算，也要求對(duì)進(jìn)出物料、蒸汽等介質(zhì)流量進(jìn)行有效的計(jì)量。因此，流量檢測(cè)對(duì)于化工生產(chǎn)至關(guān)重要。

 

      在實(shí)際的化工生產(chǎn)過(guò)程中，由于不同的介質(zhì)、工況、工藝操作與控制要求以及成本等因素的影響，流量檢測(cè)是一件非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程［4］。流量計(jì)的分類方式有很多，根據(jù)不同的原則，也有不同的分類方法。其中根據(jù)測(cè)量原理，可分為容積式、速度式、差壓式、質(zhì)量式等［1，2］。下面將根據(jù)乙二醇裝置生產(chǎn)過(guò)程中一些常用的流量測(cè)量工況，并兼顧流量計(jì)選型的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 

 

1 乙二醇裝置生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

      目前國(guó)內(nèi)合成氣制乙二醇的主流工藝路線是利用上游來(lái)的合成氣分離出來(lái)的一氧化碳 ( CO) 和氫氣 ( H2 ) ，其中一氧化碳 ( CO) 與亞硝酸甲酯( MN) 反應(yīng)生成草酸二甲酯 ( DMO) ，精餾后的草酸二甲酯 ( DMO) 加氫 ( H2 ) 反應(yīng)生成乙二醇( EG) 和甲醇 ( CH3OH) 。中間工藝過(guò)程還包括了草酸二甲酯 ( DMO) 精餾、碳酸二甲酯 ( DMC)精制、乙二醇 ( EG) 精餾、甲醇精餾等單元，其中甲醇又作為原料去 DMO 合成單元。主要副產(chǎn)物包括碳酸二甲酯 ( DMC) 、乙醇、二元醇等。

 

      在乙二醇的生產(chǎn)工藝流程中，主要的流量測(cè)量參數(shù)包括 CO 循環(huán)氣、H2 循環(huán)氣、O2 等氣體介質(zhì)， DMO、DMC、乙二醇等液體介質(zhì)。還包括作為原料的甲醇、硝酸、堿類，以及蒸汽、氮?dú)�、循環(huán)水等公用工程的流量測(cè)量。

 

      其中，草酸二甲酯 ( DMO) 的熔點(diǎn)約 54℃，常溫下會(huì)變成固態(tài)。而且遇水生成草酸，腐蝕性很強(qiáng)。在 DMO 合成反應(yīng)中，除了 DMO 之外，還生成了碳酸二甲酯 ( DMC) 、甲酸甲酯 ( MF) 、二甲氧基甲烷 ( ML) 等副產(chǎn)物，其物理化學(xué)特性詳見(jiàn)表 1。

      在乙二醇合成反應(yīng)中，除了生成乙二醇外，還有乙醇、二元醇等副產(chǎn)物。

 

2 乙二醇裝置中的流量測(cè)量

 

2. 1 速度式流量計(jì)

2. 1. 1 渦街流量計(jì)

       渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門渦街原理，介質(zhì)的流速跟漩渦頻率成正比。渦街流量計(jì)的應(yīng)用非常廣泛，基本不受流體的壓力、溫度、密度和成分的影響。高溫介質(zhì)可選擇分體式結(jié)構(gòu)。渦街流量計(jì)直接安裝在管道上，與導(dǎo)壓管取壓測(cè)量的方式相比，降低了

泄漏風(fēng)險(xiǎn)，且無(wú)需伴熱，安裝維護(hù)都非常方便。

 

渦街流量計(jì)對(duì)介質(zhì)的流速有一定的要求，介質(zhì)流速太低，旋渦發(fā)生體無(wú)法產(chǎn)生旋渦，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量。這時(shí)可在滿足壓損要求的前提下，通過(guò)縮徑來(lái)提高介質(zhì)的流速。一些制造商可提供內(nèi)縮徑的產(chǎn)品供選擇，避免了管道需要縮徑的麻煩。此外，渦街流量計(jì)還有雙傳感器的產(chǎn)品供用戶選擇。

 

渦街流量計(jì)在安裝時(shí)，需要一定的前后直管段，以保證獲得良好的漩渦信號(hào)。同時(shí)，需要注意遠(yuǎn)離振動(dòng)和電磁干擾的場(chǎng)合，尤其是小口徑測(cè)量更需要關(guān)注振動(dòng)的干擾。在乙二醇裝置中，DMO、 DMC、甲醇、中低壓蒸汽等介質(zhì)，渦街流量計(jì)應(yīng)用非常廣泛。

 

2. 1. 2 靶式流量計(jì)

靶式流量計(jì)也是速度式流量計(jì)的一種，作為工業(yè)流量測(cè)量，具有適用范圍廣、量程比大、靈敏度高、響應(yīng)速度快、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

 

其工作原理是，當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沖擊在靶上，靶受力作用在靶桿上，使之產(chǎn)生微小的彎曲變形，此變形由壓敏電阻應(yīng)變片感知，經(jīng)應(yīng)變片電橋把力轉(zhuǎn)換成與流速的平方成正比關(guān)系的電信號(hào): F = QAρV2 /2g

 

式中，F(xiàn) 為靶板所受的作用力; Q 為阻尼系數(shù); A為靶板面積; ρ 為流體密度; V 為介質(zhì)在測(cè)量管中的流速; g 為重力加速度。

 

對(duì)于小口徑管道，可選擇管道式安裝方式; 大口徑管道，可選擇插入式安裝方式。還可選擇在線插拔式靶式流量計(jì)，能夠在不停產(chǎn)不停流的前提下實(shí)現(xiàn)流量計(jì)安裝、拆卸、調(diào)試及維護(hù)。在乙二醇裝置上，靶式流量計(jì)主要用于解決高粘度、低流速、低雷諾數(shù)的流量測(cè)量。對(duì)于 DMO、 EG 等高粘度介質(zhì)，運(yùn)用效果非常好。但與渦街流量計(jì)相比，價(jià)格較高。 

 

2. 1. 3 電磁流量計(jì)

        對(duì)于乙二醇裝置中的硝酸、堿類等腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)流量檢測(cè)，如采用一般型式的流量計(jì)，會(huì)對(duì)流量計(jì)本體材質(zhì)提出比較苛刻的要求，制造成本相對(duì)較高。電磁流量計(jì)可通過(guò)選擇不同的電極和襯里材料，達(dá)到耐腐蝕的目的，從而實(shí)現(xiàn)各類導(dǎo)電介質(zhì)的測(cè)量，而其本體材質(zhì)選擇碳鋼即可，因此可以大幅降低制造成本。電磁流量計(jì)常用的電極材料可選擇 316L、鎳合金 276、鉭、鈦等，襯里材料可選擇 PFA、聚四氟乙烯 ( PTFE) 、橡膠等。針對(duì)不同介質(zhì)的耐腐蝕性、耐磨性以及溫度適用范圍，來(lái)選擇實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的電極和襯里材質(zhì)。 

 

2. 2 差壓式流量計(jì)

2. 2. 1 孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)作為應(yīng)用非常廣泛的一種流量計(jì)形式，被大量應(yīng)用在乙二醇裝置的各類介質(zhì)的檢測(cè)中�？装辶髁坑�(jì)有著明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，且流量測(cè)量較穩(wěn)定。在滿足 GB /T 2624 － 2006 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍內(nèi)的流體介質(zhì)，測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，孔板流量計(jì)是常見(jiàn)的選擇［3］。乙二醇裝置中的中低壓蒸汽、低壓氧氣、氮?dú)狻⒀�環(huán)水等潔凈介質(zhì)，均可采用孔板測(cè)量。 

 

2. 2. 2 巴類流量計(jì)

巴類流量計(jì) ( 又稱均速管流量計(jì)) 是一種基于差壓式工作原理的流量測(cè)量?jī)x表。通過(guò)一根插入管道內(nèi)的測(cè)量管 ( 傳感器) ，測(cè)量?jī)蓚?cè)的壓差值，根據(jù)伯努利方程測(cè)量出流量值。不同廠家的測(cè)量管的結(jié)構(gòu)形式略有不用。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓損小、安裝和維護(hù)方便，適用于大口徑或者要求壓力損失小的流體測(cè)量［3］。 在 DMO 合成和 EG 合成單元，CO 循環(huán)氣、H2循環(huán)氣等管道，隨著裝置規(guī)模的不斷變大，相應(yīng)的管道也在不斷的擴(kuò)大。按 60 萬(wàn)噸/年乙二醇規(guī)模， CO 循環(huán)氣管徑達(dá)到 DN1400。循環(huán)氣是通過(guò)壓縮機(jī)增壓后返回到合成塔繼續(xù)參與合成反應(yīng)，選用壓力損失小的產(chǎn)品有助于降低生產(chǎn)能耗。針對(duì)這種工況，巴類流量計(jì)是比較合適的選擇。根據(jù)實(shí)際計(jì)算，巴類流量計(jì)的壓損僅 0． 04 kPa，遠(yuǎn)低于其它類型的流量?jī)x表。

 

巴類流量計(jì)的安裝需要特別注意，對(duì)于不用的流體介質(zhì)需要注意取壓口的安裝方向。對(duì)于計(jì)算差壓值較小的場(chǎng)合，在溫度和安裝空間等條件滿足的情況下，盡量選擇與差壓變送器一體化安裝的方式，以減少測(cè)量誤差。 

 

2. 2. 3 平衡流量計(jì)

平衡流量計(jì) ( 又稱多孔孔板流量計(jì)) ，其測(cè)量原理與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似。在孔板上由一個(gè)孔變成多個(gè)孔，實(shí)現(xiàn)流體平衡測(cè)量，減少渦流的形成，從而降低渦流帶來(lái)的取壓點(diǎn)信號(hào)波動(dòng)，同時(shí)減小流體動(dòng)能的損失。與傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)相比，具有精度高、壓損小、直管段要求短等優(yōu)點(diǎn)。在乙二醇裝置中，管道布置相對(duì)緊湊，尤其對(duì)于大管徑的流量測(cè)量，傳統(tǒng)流量計(jì)的直管段很難滿足，平衡流量計(jì)很好的解決了直管段不足的問(wèn)題。 

 

2. 3 質(zhì)量式流量計(jì) ( 質(zhì)量流量計(jì))

質(zhì)量流量計(jì)是根據(jù)科里奧利原理，能直接測(cè)量出介質(zhì)的質(zhì)量流量，不受流體的密度、黏度等物理參數(shù)及溫度、壓力等狀態(tài)參數(shù)影響。針對(duì)本裝置中的高粘度乙二醇介質(zhì)、進(jìn)出物料計(jì)量等工況，質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用效果良好、精度高，且安裝維護(hù)方便。 

 

2. 4 靶式、渦街、質(zhì)量流量計(jì)對(duì)比

針對(duì)乙二醇裝置中的 DMO、DMC、乙二醇等介質(zhì)，靶式流量計(jì)、渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)均有其適用性和較多的應(yīng)用業(yè)績(jī)。從價(jià)格上考慮，同樣是進(jìn)口品牌，靶式流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)的價(jià)格都相對(duì)較高，渦街流量計(jì)價(jià)格相對(duì)較低，可優(yōu)先考慮選擇渦街流量計(jì)。在精餾單元，部分介質(zhì)流量小、流速較低，渦街流量計(jì)達(dá)不到非常低流速要求，應(yīng)考慮縮徑以提高流量計(jì)內(nèi)介質(zhì)流速。而對(duì)于泵出口回流管線的流量測(cè)量，管路振動(dòng)大，流量計(jì)安裝位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離振動(dòng)源，并在流量計(jì)前后管路上加支撐，以減少振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。由于靶式流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)在針對(duì)高粘度介質(zhì)流量測(cè)量時(shí)所表現(xiàn)出的高精度和良好穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)，因此這兩種流量計(jì)在 DMO、乙二醇的流量測(cè)量中應(yīng)用非常廣泛。 

 

3 結(jié)語(yǔ)

       流量測(cè)量需要針對(duì)不同介質(zhì)、不同工況去確定測(cè)量?jī)x表的選型方案，目前還沒(méi)有一種流量?jī)x表可以滿足所有場(chǎng)合的流量測(cè)量，每種流量?jī)x表都有其適用性和局限性。同時(shí)，不同設(shè)計(jì)人員對(duì)各類流量計(jì)的理解和使用習(xí)慣也會(huì)造成選型方案的不盡相同，因此工程設(shè)計(jì)中，不能盲目的套用，需要根據(jù)具體工況，選擇適用且經(jīng)濟(jì)的流量?jī)x表。