旋渦流量計在氫氣計量中的應用

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生產(chǎn)合成鹽酸外， 其余氫氣全部放空處理。 上海自動化儀表隨著用氫用戶進入周邊化工園區(qū)，氫氣也就作為一種貿易產(chǎn)品采用管道輸送的方式銷售給用戶。 為了保證供需雙方進行公平的貿易結算，我廠在對外輸送氫氣管道上增加了氫氣計量儀表。

2 工藝情況介紹

從上游鹽硝廠化鹽裝置送來的鹽水通過一次精制和二次精制后進入離子膜電解裝置進行電解，生產(chǎn)出燒堿、氯氣和氫氣，電解裝置生產(chǎn)的濕氫氣通過管道送入氫氣處理裝置進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，是一種不容易準確測量的工業(yè)氣體。 當前，根據(jù)氫氣壓力和工藝管徑不同，選擇測量用的儀表主要有熱式質量流量計、科里奧利質量流量計、渦街流量計和孔板流量計等。我廠的生產(chǎn)工藝導致了外輸氫氣管線的壓力較低，先后使用過差壓式流量計（孔板和普洛巴）和渦街流量計等，實際使用效果都不理想。非常后只有雙方協(xié)商解決， 流量計的測量數(shù)據(jù)僅供參考。 通過不斷的學習，對低壓力氫氣流量測量的認識不斷提高，無論孔板流量計、渦街流量計還是科氏力質量流量計，都對氫氣壓力有一定的要求， 曾經(jīng)考慮選擇熱式質量流量計， 但此流量計的工作原理決定了對氫氣中的水分有嚴格的要求。 又正好了解到一個氯堿企業(yè)給周邊用戶供應氯氣用的某知名品牌的熱式質量流量計，產(chǎn)生了計量糾紛。 因不能保證氫氣干燥裝置始終正常運行，所以熱式質量流量計就沒有考慮。經(jīng)過多次調研、論證，決定嘗試使用在天然氣行業(yè)應用廣泛的旋進旋渦流量計來進行氫氣流量測量，此流量計有信號強、低流速特性較好的優(yōu)勢。 并且能夠同時測量氫氣的工況流量、溫度和壓力，然后自動進行溫壓補償轉換成標況流量。 所有數(shù)據(jù)既可以在現(xiàn)場就地顯示，又能通過 RS485 通訊傳輸?shù)街锌厥摇?/p>

4 測量原理及優(yōu)點

流量傳感器的流通剖面類似文丘里管的型式。在入口側安放一組螺旋形導流葉片，當流體進入流量傳感器時， 導流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。 當流體進入擴散段時，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉，形成陀螺式的渦流進動現(xiàn)象。 該進動頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質和密度的影響，檢測組件測得流體二次旋轉進動頻率就能在較寬的流量范圍內獲得良好的線性度。 信號經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉換為與流速成正比的脈沖信號，然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進行積算處理，非常后在液晶顯示屏上顯示出測量結果（瞬時流量、累積流量及溫度、壓力數(shù)據(jù)）。

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

4.2 因為流量計產(chǎn)生的旋渦信號比渦街流量計強，受上游阻流件的影響比渦街流量計小，所以對上游直管段長度要求短得多。

4.3 儀表系數(shù) K 比渦街流量計大 1～2 倍。

5 使用情況及改進措施

旋進旋渦流量計投入使用后， 運行較為穩(wěn)定，計量數(shù)據(jù)和工藝計算的理論數(shù)據(jù)基本相符。 但由于現(xiàn)場環(huán)境受干擾因素比較多，在使用過程中也出現(xiàn)了一些問題，通過采取改進措施，問題得到了解決。

5.1 要根據(jù)流量范圍選擇合適量程儀表

當流量計經(jīng)常在下限流量附近工作時，計量精度難以得到保證。 為了使流量計的使用性能達到非常佳， 要保證流量計的常用流量在量程范圍的 20％～80％內比較合適。 用戶提供的流量范圍一般是標況流量， 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?shù)氐膶嶋H大氣壓進行換算，以選擇合適的流量計。

5.2 流量計在停產(chǎn)期間有流量顯示問題

曾有用戶反映流量計在停產(chǎn)期間仍有流量顯示的問題，通過查看中控室 DCS 歷史趨勢，分析認為:①DCS 曲線有矩形波，判斷為振動引起，一般顯示為（200～300）m3/h 左右，而所用的 DN200 流量計下限為 360 m3/h，通過調整小信號切除值，把 300m3/h以下的全部切除； ②DCS 曲線有時有大的跳變，分析認為現(xiàn)場有干擾信號，將儀表外殼接地。 通過采取措施后，運行良好。

5.3 氫氣含水對流量計的影響

在使用過程中發(fā)現(xiàn)旋進旋渦流量計對氫氣含水量也有一定要求，如果比較高時會出現(xiàn)儀表示值嚴重失真的情況。 要求工藝人員加強對氫氣干燥處理的監(jiān)控。

5.4 小信號切除值的設置問題

設置小信號切除值是根據(jù)現(xiàn)場的實際情況來確定儀表的始動流量。 如果小信號切除值設定得太大，那么儀表的始動流量也就相應增大，就會造成在小流量時沒有計量；如果小信號切除值設定得太小，那么儀表的靈敏度相應提高，工藝管道的一些微弱振動或電氣干擾就有可能導致在沒有氣體通過的情況下流量計開始工作，從而造成流量的“無中生有”，引起不必要的爭議。 我廠結合 DCS 系統(tǒng)的歷史趨勢曲線，選擇合適的小信號切除值。 既避免了現(xiàn)場的干擾，又保證了流量計的正常測量。

6 結束語

旋進旋渦流量計在我廠低密度、低壓力氫氣的流量測量應用效果良好，上海自動化儀表對于類似工況的氣體計量有一定的借鑒作用。