旋渦流量計(jì)在氫氣計(jì)量中的應(yīng)用

引 言

鹽化工總廠所屬氯堿分廠生產(chǎn)的氫氣在非常初除少量氫氣和氯氣反應(yīng)生產(chǎn)合成鹽酸外， 其余氫氣全部放空處理。 上海自動(dòng)化儀表隨著用氫用戶進(jìn)入周邊化工園區(qū)，氫氣也就作為一種貿(mào)易產(chǎn)品采用管道輸送的方式銷(xiāo)售給用戶。 為了保證供需雙方進(jìn)行公平的貿(mào)易結(jié)算，我廠在對(duì)外輸送氫氣管道上增加了氫氣計(jì)量?jī)x表。

2 工藝情況介紹

從上游鹽硝廠化鹽裝置送來(lái)的鹽水通過(guò)一次精制和二次精制后進(jìn)入離子膜電解裝置進(jìn)行電解，生產(chǎn)出燒堿、氯氣和氫氣，電解裝置生產(chǎn)的濕氫氣通過(guò)管道送入氫氣處理裝置進(jìn)行干燥處理得到干燥的氫氣送到下游裝置。 生產(chǎn)工藝的特性決定了外送氫氣壓力較低，并且流速也比較低，通常氫氣控制在常溫 25℃左右，壓力控制在表壓 0.1MPa 左右。

3 計(jì)量方式的選擇

由于氫氣的氫分子量小，密度低，是一種不容易準(zhǔn)確測(cè)量的工業(yè)氣體。 當(dāng)前，根據(jù)氫氣壓力和工藝管徑不同，選擇測(cè)量用的儀表主要有熱式質(zhì)量流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、渦街流量計(jì)和孔板流量計(jì)等。我廠的生產(chǎn)工藝導(dǎo)致了外輸氫氣管線的壓力較低，先后使用過(guò)差壓式流量計(jì)（孔板和普洛巴）和渦街流量計(jì)等，實(shí)際使用效果都不理想。非常后只有雙方協(xié)商解決， 流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)僅供參考。 通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)，對(duì)低壓力氫氣流量測(cè)量的認(rèn)識(shí)不斷提高，無(wú)論孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)還是科氏力質(zhì)量流量計(jì)，都對(duì)氫氣壓力有一定的要求， 曾經(jīng)考慮選擇熱式質(zhì)量流量計(jì)， 但此流量計(jì)的工作原理決定了對(duì)氫氣中的水分有嚴(yán)格的要求。 又正好了解到一個(gè)氯堿企業(yè)給周邊用戶供應(yīng)氯氣用的某知名品牌的熱式質(zhì)量流量計(jì)，產(chǎn)生了計(jì)量糾紛。 因不能保證氫氣干燥裝置始終正常運(yùn)行，所以熱式質(zhì)量流量計(jì)就沒(méi)有考慮。經(jīng)過(guò)多次調(diào)研、論證，決定嘗試使用在天然氣行業(yè)應(yīng)用廣泛的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)來(lái)進(jìn)行氫氣流量測(cè)量，此流量計(jì)有信號(hào)強(qiáng)、低流速特性較好的優(yōu)勢(shì)。 并且能夠同時(shí)測(cè)量氫氣的工況流量、溫度和壓力，然后自動(dòng)進(jìn)行溫壓補(bǔ)償轉(zhuǎn)換成標(biāo)況流量。 所有數(shù)據(jù)既可以在現(xiàn)場(chǎng)就地顯示，又能通過(guò) RS485 通訊傳輸?shù)街锌厥摇?/p>

4 測(cè)量原理及優(yōu)點(diǎn)

流量傳感器的流通剖面類(lèi)似文丘里管的型式。在入口側(cè)安放一組螺旋形導(dǎo)流葉片，當(dāng)流體進(jìn)入流量傳感器時(shí)， 導(dǎo)流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。 當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí)，旋渦流受到回流的作用，開(kāi)始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。 該進(jìn)動(dòng)頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響，檢測(cè)組件測(cè)得流體二次旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻率就能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。 信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉(zhuǎn)換為與流速成正比的脈沖信號(hào)，然后再與溫度、壓力等檢測(cè)信號(hào)一起被送往微處理器進(jìn)行積算處理，非常后在液晶顯示屏上顯示出測(cè)量結(jié)果（瞬時(shí)流量、累積流量及溫度、壓力數(shù)據(jù)）。

4.1 產(chǎn)生的旋渦信號(hào)比渦街流量計(jì)強(qiáng)，因此下限雷諾數(shù)更低。 測(cè)量氣體流量時(shí)， 下限流速可以低至（1.5～2）m/s。

4.2 因?yàn)榱髁坑?jì)產(chǎn)生的旋渦信號(hào)比渦街流量計(jì)強(qiáng)，受上游阻流件的影響比渦街流量計(jì)小，所以對(duì)上游直管段長(zhǎng)度要求短得多。

4.3 儀表系數(shù) K 比渦街流量計(jì)大 1～2 倍。

5 使用情況及改進(jìn)措施

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)投入使用后， 運(yùn)行較為穩(wěn)定，計(jì)量數(shù)據(jù)和工藝計(jì)算的理論數(shù)據(jù)基本相符。 但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境受干擾因素比較多，在使用過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，通過(guò)采取改進(jìn)措施，問(wèn)題得到了解決。

5.1 要根據(jù)流量范圍選擇合適量程儀表

當(dāng)流量計(jì)經(jīng)常在下限流量附近工作時(shí)，計(jì)量精度難以得到保證。 為了使流量計(jì)的使用性能達(dá)到非常佳， 要保證流量計(jì)的常用流量在量程范圍的 20％～80％內(nèi)比較合適。 用戶提供的流量范圍一般是標(biāo)況流量， 但生產(chǎn)廠家提供的量程范圍卻是工況流量，需要根據(jù)工作壓力、工作溫度及當(dāng)?shù)氐膶?shí)際大氣壓進(jìn)行換算，以選擇合適的流量計(jì)。

5.2 流量計(jì)在停產(chǎn)期間有流量顯示問(wèn)題

曾有用戶反映流量計(jì)在停產(chǎn)期間仍有流量顯示的問(wèn)題，通過(guò)查看中控室 DCS 歷史趨勢(shì)，分析認(rèn)為:①DCS 曲線有矩形波，判斷為振動(dòng)引起，一般顯示為（200～300）m3/h 左右，而所用的 DN200 流量計(jì)下限為 360 m3/h，通過(guò)調(diào)整小信號(hào)切除值，把 300m3/h以下的全部切除； ②DCS 曲線有時(shí)有大的跳變，分析認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)有干擾信號(hào)，將儀表外殼接地。 通過(guò)采取措施后，運(yùn)行良好。

5.3 氫氣含水對(duì)流量計(jì)的影響

在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)對(duì)氫氣含水量也有一定要求，如果比較高時(shí)會(huì)出現(xiàn)儀表示值嚴(yán)重失真的情況。 要求工藝人員加強(qiáng)對(duì)氫氣干燥處理的監(jiān)控。

5.4 小信號(hào)切除值的設(shè)置問(wèn)題

設(shè)置小信號(hào)切除值是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)確定儀表的始動(dòng)流量。 如果小信號(hào)切除值設(shè)定得太大，那么儀表的始動(dòng)流量也就相應(yīng)增大，就會(huì)造成在小流量時(shí)沒(méi)有計(jì)量；如果小信號(hào)切除值設(shè)定得太小，那么儀表的靈敏度相應(yīng)提高，工藝管道的一些微弱振動(dòng)或電氣干擾就有可能導(dǎo)致在沒(méi)有氣體通過(guò)的情況下流量計(jì)開(kāi)始工作，從而造成流量的“無(wú)中生有”，引起不必要的爭(zhēng)議。 我廠結(jié)合 DCS 系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)曲線，選擇合適的小信號(hào)切除值。 既避免了現(xiàn)場(chǎng)的干擾，又保證了流量計(jì)的正常測(cè)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在我廠低密度、低壓力氫氣的流量測(cè)量應(yīng)用效果良好，上海自動(dòng)化儀表對(duì)于類(lèi)似工況的氣體計(jì)量有一定的借鑒作用。