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            孔板流量計

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            汽水分離器在徹底消除凝結水對孔板流量計差壓值的影響應用

            作者:高春喜 來源:唐山三友集團,河北 唐山 發布時間:2021-02-21 15:22:32

             摘 要 :為了解決氣體流量測量中,壓縮氣體時常嚴重帶水的問題,從理論和實際兩個方面,運用液體與氣體在重力場中有分離的傾向,利用汽水分離器把碳化三段氣中所含水分分離出來,保證被測氣體直接傳遞到檢測儀表,達到了在純堿制造過程中三段氣流量測量準確的目的。結果表明,使用汽水分離器可以有效消除因氣體帶水而造成的儀表測量誤差,同時利用回收裝置把凝結水進行綜合利用,也可以防止分離后的凝結水外排污染環境。汽水分離器徹底消除了凝結水對孔板流量計差壓值的影響,為生產提供了準確的測量數據,有效地保證了產品質量,解決了影響三段氣氣體測量數據不準的瓶頸問題。

            引言

            目前,隨著市場競爭日益激烈,能源價格不斷上漲,生產成本也日益增加。為此,通過技術改造,達到節能降耗、提高能源利用率、降低產品成本,已成為企業在新形式下持續發展的重要目標。在制造純堿生產過程中,碳化塔是制造純堿的主要設備,它運行的正常與否直接影響到純堿(碳酸鈉)的產品質量和產品產量。而在碳化塔內部參與反應的氨鹽水量、二氧化碳濃度、二氧化碳氣體流量

            則是工藝需要控制的重要指標。當氨鹽水的濃度達標,碳酸氫鈉的結晶效果取決于二氧化碳的濃度和流量。自 2013年公司投產以來,受碳化三段氣(二氧化碳)氣體流量測量不準的影響,造成碳化塔結晶效果差,嚴重影響產品質量,同時增大了原材料的消耗,使公司制造成本增加。

            汽水分離裝置是能源化工行業中常用的設備,尤其是核電站中不可缺少的設備。壓水堆核電廠利用蒸汽發生器產生的蒸汽驅動汽輪機轉子旋轉,進而將熱能轉換為電能。蒸汽濕度直接影響汽輪機葉片的使用壽命和汽輪機的效率,蒸汽濕度過高,易導致汽輪機葉片和通流部分發生腐蝕 [1]。汽水分離器作為自然循環式蒸汽發生器的關鍵部件,其主要作用就是對蒸汽發生器中產生的汽水混合物進行分離,確保出口蒸汽濕度滿足汽輪機入口要求。

            目前,汽水分離器在國內應用較為廣泛,竇曉慧 [2] 研究了汽水分離器在蒸發系統的應用,在隔膜法燒堿蒸發裝置中,用汽水分離器代替偏心阻汽排水器后,減少了蒸汽流失,達到了節能減排的目的。李哲、文午琪 [3] 等人分別從設計和運行兩方面,分析了影響工業鍋爐濕度的因素,介紹了外置汽水分離器的結構和外置汽水分離器在鍋爐上的應用情況。杜利鵬、張慧 [4] 等人也對汽水分離技術在能源動力行業中的應用、研究現狀和發展趨勢進行了分析。

            實際應用情況表明,外置汽水分離器可有效解決蒸氣帶水問題,有效節約能源,使用效果較好。為了解決碳化三段氣氣體流量測量不準的問題,采取了不同的方法,經過多次試驗,zui后采用汽水分離裝置用于三段氣的儀表測量,解決了由于氣體帶水嚴重造成儀表測量數據不準確的問題。

            1 原因分析

            碳化塔在制堿過程中使用的三段氣包括清洗氣、中段氣、下段氣。它們所含氣體都是二氧化碳,只是氣體中所含二氧化碳濃度不同而已,下面以下段氣(三段氣的一種)氣體流量測量進行說明。

            1.1 造成下段氣氣體流量測量不準的原因

            如圖 1 所示,測量下段氣流量的節流裝置——孔板流量計采用普通標準孔板。由于受廠房及工藝管道的限制,同時還要滿足儀表孔板流量計前后直管段的要求,孔板流量計只能垂直安裝在工藝管道上,儀表差壓變送器安裝在孔板流量計上方約 500mm 的位置,孔板流量計的正、負取壓口經過根部取壓球閥與差壓變送器連接。為了便于日常儀表的維護和維修,導壓管選用 304 鋼絲編織軟管,鋼絲編織軟管的長度為 1200mm。因為安裝距離所限,軟管與差壓變送器之間的連接處產生 U 型弧度。

            改造前儀表測量裝置圖

            正常情況下,當氣體流量增加或減少時,孔板產生的壓降通過正、負取壓口傳遞給差壓變送器,經過差壓變送器的轉換便測出準確的氣體流量值。由于從壓縮工序過來的下段氣中含有大量水分,所以當 0.32MPa 的下段氣流過孔板流量計時,因孔板的節流作用,氣體在孔板流量計處產生局部收縮,流速增加,此時下段氣中所含的水份部分被滯留在孔板的正、負取壓口處形成凝結水,凝結水隨氣體流動滯留在鋼絲編織軟管的 U 型彎處并產生靜壓,并且由于 U 型彎弧度不等,所以產生的靜壓也不相同。當氣體流量變化時,由于金屬編織軟管中有滯留的水分,所以孔板前后產生的壓降沒有被完全地傳送到差壓變送器上,部分壓降被凝結水柱的靜壓所抵消,而且凝結水柱還不是固定不變的,它隨氣體含水量的大小而變化,因而它所產生的靜壓也是變化的。所以,儀表測量的下段氣流量值也是變化的,嚴重影響儀表測量,同時也給工藝操作帶來很大影響,對碳酸氫鈉結晶效果影響也非常大。

            1.2 理論依據

            根據重力沉降的原理,由于氣體與液體的密度不同,液體在與氣體一起流動時,液體會受到重力的作用,產生一個向下的速度,而氣體仍然朝著原來的方向流動,也就是說液體與氣體在重力場中有分離的傾向。汽水分離器采用重力法技術,在氣體流量測量過程中,將碳化三段氣中所含的水分分離出來。汽水分離器在工藝原理和結構設計上均有不少獨到之處,因而產品工作可靠,使用安全,維護保養簡便,加之體積小,能耗低,無噪音,使用壽命極長,無二次污染。

            2 測量裝置的應用

            根據上述原理,在孔板流量計正、負取壓根部與差壓變送器之間的導壓管處安裝汽水分離器,達到下段氣氣體流量測量數據準確的目的。

            2.1 汽水分離器的選擇

            下段氣的工作壓力為 0.32MPa,溫度 28℃,凝結水中

            含有微量的碳酸根離子,顯弱酸性。為了防止分離器腐蝕,汽水分離器選擇耐壓 1.6MPa 的不銹鋼罐體。形狀尺寸如圖2 所示。

            汽水分離器圖

            2.2 儀表取壓裝置連接圖

            如圖 3 所示,孔板選用一體式焊接孔板,根部取壓閥選用不銹鋼焊接球閥,取壓管選用 304 鋼絲編織軟管,差壓變送器選用 EJA 系列差壓變送器,分離器排水管至集水管之間安裝自動排水閥。

            改造后儀表測量裝置圖

            2.3 測量過程

            當來自壓縮工序壓力為 0.32MPa 的下段氣流過孔板流量計時,在孔板前后產生壓降,壓降隨氣體流速的增減而增減。下段氣中所帶的水份在孔板正、負取壓口出處產生凝結,凝結的水份隨氣體的流動進入汽水分離器,由于兩種介質的密度不同,在重力的作用下,凝結水被分離并儲存到分離器中,氣體通過分離器出口進入差壓變送器的正、負測量室。當凝結的水位達到汽水分離器入口以下的位置時,自動排水閥打開,在氣體壓力和凝結水重力的作用下,分離器中的積水被排到集水管中。當積水排凈后,閥門自動關閉。集水管與敞口儲水槽連接,zui后積水全部流到儲水槽中。這樣,汽水分離器就克服了由于軟管中凝水柱靜壓對孔板壓降的影響,差壓變送器接受的差壓值就是孔板流量計所測氣體的真實流量值。

            3 凝結水的綜合利用

            目前,本公司生產能力是年產純堿 110 萬噸,共有 15臺碳化塔,每臺碳化塔均有一組三段氣流量測量儀表,共計 45 臺孔板氣體流量儀表,需要使用 90 個汽水分離器,因此凝結水的量還是很大的。由于凝結水中含有碳酸根離子(CO32-),所以具有腐蝕性,隨意外排會造成環境污染。為了消除環境污染,達到環保要求,設計了敞口儲水槽凝結水回收裝置。

            凝結水綜合利用圖

            如圖 4 所示,把 90 個汽水分離器排出的積水匯合到一個總管,然后引到敞口儲水槽中。在儲水槽頂部安裝 1 臺雷達液位計,測量儲水槽中液位的高度,在出口安裝 1 臺排水泵,排水泵連接濁水池。當儲水槽的液位高于設定值時,通過控制器啟動排水泵,把凝結水送到濁水泵房進行綜合利用。當液位低于設定值時,停止排水泵。這樣就達到了凝結水的綜合利用,滿足環保的要求。

            4 結束語

            本文對汽水分離器在碳化三段氣流量測量中的應用進行了分析,事實表明,安裝汽水分離器后,徹底消除了凝結水對孔板流量計差壓值的影響。由于碳化三段氣流量計測量準確,為工藝操作提供了準確的數據,大大提高了碳化塔的結晶效率,使產品質量和數量得到了提高,解決了影響三段氣氣體測量數據不準的瓶頸問題。同時利用回收裝置把凝結水進行綜合利用,防止了分離后的凝結水外排污染環境,保證了氣體流量測量的可持續性發展。

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