浅谈乙二醇装置的仪表选型及安装

浅谈乙二醇装置的仪表选型及安装

梁颖杏

广西博世科环保科技有限公司 广西南宁 530007

【摘要】现场仪表是化工生产控制系统的重要组成部分。仪表选型是否合适会影响整个生产过程控制。本文以一家乙二醇生产企业为例，根据该乙二醇装置的工艺生产要求的特点，对流量仪表的选型进行讨论。

【关键字】乙二醇装置；仪表选型；流量

he Ethyleme Glycol Process

Name：LiangYingXing

[Abstract] Local instruments are the important composition of engineering control process system in chemical engineering .Whether the instruments selection are suitable, that will influence the whole producing control. In this article, the local flow instruments selection was analyzed. This was in accordance with ethylemeglycol process.

[KeyWords] EthylemeGlycol process；Instruments selection；Flow

1. 引言

现场仪表是化工生产控制系统的重要组成部分，仪表的选型合适与否、安装是否符合特定要求，都直接影响着整个生产过程^［1］。我们在进行初步设计、详细设计时，对于自控专业，首先需要考虑的就是现场仪表的选型问题，仪表型式确定了，方能进行下一步工作，使项目顺利完成。本文以乙二醇生产装置的仪表选型及安装问题为例，讨论流量仪表的选型的相关问题，也为其他化工生产装置的流量仪表选型问题提供借鉴。

二、工艺特点及仪表选型共性问题

本文介绍的乙二醇装置以地处西北沙漠地带的一家乙二醇生产企业为例，乙二醇装置的工艺流程如图1所示：煤基经过造气变压吸附分离成CO、H2；CO经脱氢催化剂、羟基合成催化剂反应后制成草酸酯；草酸酯和造气分离出的H2经加氢催化剂生成粗乙二醇，粗乙二醇再经过精馏后得到聚酯级乙二醇^［2］。

该乙二醇装置主要包括氧化酯化、羰化反应、草酸酯加氢、乙二醇精制、中间罐区、尾气处理、乙二醇回收、草酸酯回收等工艺单元，以及循环水站、汽车灌装站公用工程和辅助单元组成。工艺介质中含有氢气、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、四氧化二氮、乙二醇（EG）、甲醇（CH3OH）等易燃、易爆，有毒介质，介质种类较多。仪表的选型遵循先进、可靠、经济实用相结合的原则^［3］，流量仪表的选型亦是如此。

图1 乙二醇工艺流程示意图

三、流量仪表的选型讨论。

流量仪表是化工仪表选型的重点和难点，流量仪表种类繁多，如差压式流量计，电磁流量计，涡街流量计，靶式流量计，质量流量计等等，每种流量计都有特定的适用范围，需综合考虑具体的工艺生产要求、工艺介质的特性等方面选择合适的流量仪表，如选择不合适，会带来很大误差，甚至会造成操作失误，涉及到经济核算的流量计，还会造成很大的浪费。在乙二醇装置中，介质种类较多，有乙醇、乙二醇、甲醇等粘度低的非导电液体，还有混合醇、粗乙二醇等高粘度的非导电介质，也有碱液，锅炉循环水等导电介质，管径也各有不同，选择合适的流量计尤为重要。

为了提高精度，缩短直管段要求，乙醇、乙二醇、甲醇等粘度低的非导电液体，管径小于DN300选用一体化平衡流量计。平衡流量计是一种革命性的差压式流量仪表，对传统节流装置进行了极大地改进，且该流量计具有平衡整流等显著特征，其工作原理与其他差压式流量计一样。平衡流量传感器是一个多孔的圆盘节流整流器，安装在管道的截面上，每个孔的尺寸和分布是基于特殊的公式和测试数据而定制的，称为函数孔。当流体穿过圆盘的函数孔时，流体将被平衡整流，涡流被最小化，形成近似理想流体，通过取压装置，可获得稳定的差压信号，也使精确度比传统节流装置提升了5~10倍。平衡流量传感器能将流场平衡，调整稳定，且压力恢复比传统节流装置快两倍，大大缩短了对直管段的要求，安装直管段要求一般为前5D,后3D^［4］。

乙二醇装置中有混合醇、粗乙二醇等非导电介质，粘度大于25mPa.s，粘度较高，且含有固体颗粒，一体化平衡流量计不适用于这些介质，而选用靶式流量计。靶式流量计于六十年代开始应用于工业流量测量，主要应用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量。其工作原理是：在测量管中心同轴放置一圆形靶板，当流体冲击靶板时，靶板上受到一个力，它与流速，密度和靶板受力面积之间的关系成正比。经力转换器转变成电信号输出，输出信号与流量的关系就可求出

^［5］。直管段要求一般为前10D,后5D。

对于碱液，锅炉排污水，都是导电介质，则可选用电磁流量计。电磁流量计是一种测量导电性液体的体积流量仪表。其测量原理是基于法拉第电磁感应定律，导体在磁场中运动时切割磁力线，在导体的两端产生感应电动势，计算式为：

E=kBDv (3-1)

式3-1中，E—感应电动势，即流量信号

k—系数

B—磁感应强度

D—测量管内径

v—流体平均流速

设液体体积流量为Qv：

Qv= D2v (3-2)

由式3-1，3-2，整理得：

E= Qv (3-3)

电磁流量计适用于电导率大于5μS/cm的导电液体^［6］，对有机溶剂，脱盐水等介质是不适用的，亦不能测量气体，蒸汽及含有气泡的液体。电磁流量计可安装于水平、垂直的管道上，对直管段的要求也较低，一般为前5D,后3D。

对装置中管径小于DN300的脱盐水，蒸汽等介质的流量测量，选用涡街流量计。涡街流量计是在流体中设置非流线型阻流体，从旋涡发生体两侧交替产生有规则的旋涡，在一定的流量范围内旋涡分离频率与管道内的平均流速成正比，通过检测元件测出旋涡频率则可推算出流体的流量^［7］。涡街流量计是速度式流量计，对管道机械振动较敏感，不适用于脉动流，流量计的安装位置，应尽可能避开机械振动大、温度高、磁场干扰强的环境。与涡街流量计相比仪表系数较低，口径越大仪表系数越低，从而影响测量精度，目前适用于中小口径（DN25~DN300）^［7］。流量计上游尽可能有较长的直管段。直管段要求为前15D、后7D。

乙二醇装置中，管径大于DN300的循环水，蒸汽等介质的流量测量，可选用巴类流量计。巴类流量计即匀速管流量计，是一种适合大口径管道测量的流量仪表，根据皮托管测量原理，利用一根沿直径插入管道内的中空金属管，在迎向流体流动方向有成对的测压孔，迎流面的多点测压孔测量的是总压，与全压管相连通，引出平均全压P1,背流面的中心处开有一只取压孔，与静压管相通，引出静压P2。均速管是利用测量流体的全压与静压差来测量流速，从而得到速度流量^［8］。如图4所示：

1、全压孔（迎流孔）；2、检测杆；3、总压测量管；4、静压孔；5、静压引出管

图4 巴类流量计示意图

流量计算公式为：

Qv= D2 (3-4)

式3-4中， —流量系数

—流束膨胀系数

D—测量管内径

—流体密度

-压差，

由以上分析可知，巴类流量计的安装位置，应尽可能避开机械振动大环境，上游也要求有较长的直管段，以达到稳流的要求。直管段要求至少为前8D、后4D。

装置中对液体原料、成品的计量，涉及成本核算，要求精度较高，应选用质量流量计。质量流量计由两端固定的薄壁测量管，在中点处以测量管谐振所激励，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管中点前后两半段产生方向相反的挠曲，用光学或电磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。质量流量计的测量精度很高，没有上、下游直管段长度要求。流量计的安装应尽可能避开机械振动大、温度高、磁场干扰强的环境。目前产品只做到了DN150mm，仅适用于中小管径的测量，且价格昂贵，所以大多用在计量场合。

四、结论

由上述分析可以看出，在乙二醇装置中流量计种类的选择，综合考虑了测量介质的特性，如导电性，粘度，物质形态等等，也考虑工艺用途，只需现场指示功能？或是远程控制功能？是否用于计量用途？流量计安装位置对直管段的要求也需考虑，如安装位置没法满足直管段的要求，考虑采用对直管段要求较短的流量计是很有必要的，这需要与管道专业很好地配合。对于EPC项目，也需考虑仪表的性价比问题，既能满足用户要求，也能满足投资的合理性要求。

[参考文献]

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