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简述几种常用流量计在稀硝酸装置中的应用及选型
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一、本文概述
在稀硝酸的制取过种，对于各种生产原料的流量测量是一项重的工作，使用的测量仪表种类也有很多种，选用时应根据仪表性能、介质特性、环境条件、安装条件和经济因素方面综合考虑。本文结合稀硝酸装置的工艺特点，介绍了标准孔板、威力巴、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计、转子流量计等流量仪表，阐述了这几种常用流量计在稀硝酸装置中的具体应用情况。
二、 稀硝酸装置中的流量测量
2.1 差压式流量计
2.1.1 孔板流量计
标准节流装置与差压变送器组合，可用于测量液体、气体、蒸汽的流量，具有结构简单、安装方便、性能稳定可靠、价格低廉的优势，其标准测量元件——孔板符合全世界的工业标准。在稀硝酸装置中，测量低压蒸汽、蒸汽冷凝液等介质时，在精度和压力损失允许的情况下，常采用孔板流量计测量其流量。但经过长期实际应用，发现该流量计存在以下缺点：
(1)孔板安装的精度以及孔板与差压变送器之间所装引压管导致的信号失真，使得孔板流量计测量准确性不高，因此当测量精度要求较高时，该流量计难以满足工艺要求。
(2)孔板流量计量程较小，量程比一般为3：1，当介质流量变化较大时，将影响其准确性。
(3)引压管容易产生泄露、堵塞、冻结等故障，且较脏的介质易引起取压孔堵塞，维护工作量较大。
(4)孔板入口的边缘易磨损会导致测量精度降低，性能不稳定，需定期进行更换。
2.1.2 威力巴流量计
在上世纪90年代，美国VERIS公司推出全新匀速流量探头——威力巴，它通过多组取压孔来检测流体产生的差压，取平均差压后将信号送至变送器来检测流量。该流量计也是一种差压式流量计，它提高了一次源的测量精度，但压力损失与传统孔板流量计相比，仅为孔板流量计的十分之一。
下面以年产10万吨稀硝酸装置中，进汽轮机的过热蒸汽为例，比较选用威力巴与选用孔板流量计二者的在能量损耗方面的差别。进汽轮机蒸汽管径为 %O159 mm、压力为3.9Mpa（表压）、温度为450℃，正常流量是15T/h，在正常工况流量下，威力巴流量计产生的压力损失为0.126KPa，孔板流量计产生压力损失为26.898 Kpa。通过计算，将差压损失折合成蒸汽，孔板流量计比威力巴流量计每小时多损失40Kg过热蒸汽。
威力巴流量计与孔板流量计相比，测量精度高、量程比大、管道压损小、高效节能，同时安装简单，仅需要几厘米的焊接孔，安装费用小很多。
稀硝酸装置中，进氨空混合器前气氨及空气的流量测量也采用威力巴流量计，可以最大程度地减少氨和空气的压力损失，同时测量精度较高，有利于氨空比的调整，提高了整个系统的性能。汽轮机的过热蒸汽和汽包出口至减温器的饱和蒸汽，及外供蒸汽的流量测量均可选用威力巴流量计，可节省蒸汽，降低能耗，工厂实际运行结果表明其长期经济效益明显。
2.2 电磁流量计
电磁流量计根据法拉第电磁感应定律制成，它是一种用来测量导电流体的体积流量的仪表，具有以下特点：
(1)由于传感器结构牢固可靠，内部没有活动或突出部件，测量压力损失极小。
(2)一般情况，只要是导电率大于5 0-6S/cm的液体均可测量。可以用来检测酸、碱等腐蚀性液体，也可检测含有固体颗粒或悬浮物的流体、泥浆。
(3)流量计输出信号不受液体温度、压力、密度等影响，且输出电流与体积流量成线性关系。
(4)检测量程比较高，可达100：1；测量范围大，仪表口径1mm～2m以上均可选择；测量精度一般优于0.5%。
(5)安装维护方便，可水平、垂直或倾斜任意角度安装，使用寿命较长。
由于其独特的优点及较高的性价比，目前已广泛应用于稀硝酸装置。在测量稀酸泵出口酸流量，低压反应水冷凝器入口循环酸等流量时，均可选用不同压力等级的电磁流量计。根据稀硝酸的腐蚀性、磨耗性，其电极材料可选用钽，衬里材料可选用特氟隆PFA。同时可根据环境和温度及管径大小，安装方式可选择管道式或插入式，型式可选择一体型或分体型。
2.3 涡街流量计
涡街流量计是在流体中设置漩涡发生体，从漩涡发生体两侧交替产生有规则的漩涡即卡曼涡街，旋涡频率转变成与被测介质流速大小成正比的脉冲信号，从而计算出其瞬时流量。涡街流量计的特点是结构简单牢固，安装方便，无需导压管和伴热，维护费较低，可适用液体、气体和蒸汽，精度较高，范围度宽，压损小，无可动部件，可靠性高。在稀硝酸装置中，测量氨、空气、脱盐水及低压蒸汽流量时均可采用涡街流量计。
涡街流量计是对流畅畸变、旋转流等较敏感的流量计，它不适用于低雷诺数测量，安装时上下游侧必须保证足够长的直管段，同时管道振动对涡街流量计影响较大，应尽量安装在院里振动源和电磁干扰较强的地方，因此实际应用中须综合考虑，以保证其测量精度。
2.4 科里奥利质量流量计
科里奥利质量流量计利用科里奥利效应测量流体的质量数量，它由流量传感器和转换器组成，流体通过流量传感器时产生一定频率的振动，检测的频率信号经转换器处理后变成与质量流量成正比的标准信号。质量流量计测量精度、重复性高，几乎无直管段要求，可测流体广泛，介质黏度、密度变化对测量几乎没有影响，是所有流量计中综合性能最优越的，但价格昂贵，一般用于贸易计量或精确测量时，才选用质量流量计。在硝酸装置中，对进硝酸装置的原料——液氨的流量测量和漂白塔出口的成品酸的流量测量常采用质量流量计。
质量流量计安装需注意：为了消除测量管安装时产生的应力，测量管上不允许加装支撑点，支撑点应设置在管道上，并保证流量计两边管线的法兰口平行同心。
2.5 转子流量计
转子流量计又称浮子流量计，其检测件是一根由下向上扩大的垂直锥管和一只可随流体流量变化沿锥管上下移动的浮子构成，浮子在椎管中的不同位置代表着不同的流量大小。转子流量计分玻璃管转子流量计和金属管浮子流量计两种，检测量程一般为10：1，直管段长度要求较低，一般上游侧5D即可。
在稀硝酸装置中，吸收塔不同塔板层上稀硝酸的流量测量常选用金属转子流量计，即可现场明显指示流量值的大小，又可满足测量精度要求并实现信号远传指示。
三、流量计的选型
流量计的选型是仪表应用中非常重要的工作，在实际工况应用中有2/3的仪表故障是仪表的错误选型和错误安装造成。在稀硝酸装置中选择流量计时，应按照以下步骤进行：
(1)首先考虑流体特性，包括温度、压力、密度、粘度、电导率等，根据流体特初选合适的流量计类型。
(2)其次考虑安装条件，包括直管段要求、振动、电气干扰等对流量计测量精度的影响。
(3)在生产管道上长期运行的接触式仪表，还应考虑流量测量元件所造成的能量损失。一般情况下，在同一生产管道中不应选用多个压损较大的测量元件。
(4)在投资允许的情况下，保证精确测量的同时，应本着节能高效的原则，确定流量计的类型并选择质量可靠的生产厂家。
4 结束语
总之，没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应的，不同的流量仪表都有各自特有的优缺点。因此，稀硝酸装置中选择流量计时，应在对各种仪表特性作全面比较的基础上结合工厂实际情况，选择适于生产要求的，既安全可靠又经济耐用的最佳型式
在稀硝酸的制取过种，对于各种生产原料的流量测量是一项重的工作，使用的测量仪表种类也有很多种，选用时应根据仪表性能、介质特性、环境条件、安装条件和经济因素方面综合考虑。本文结合稀硝酸装置的工艺特点，介绍了标准孔板、威力巴、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计、转子流量计等流量仪表，阐述了这几种常用流量计在稀硝酸装置中的具体应用情况。
二、 稀硝酸装置中的流量测量
2.1 差压式流量计
2.1.1 孔板流量计
标准节流装置与差压变送器组合，可用于测量液体、气体、蒸汽的流量，具有结构简单、安装方便、性能稳定可靠、价格低廉的优势，其标准测量元件——孔板符合全世界的工业标准。在稀硝酸装置中，测量低压蒸汽、蒸汽冷凝液等介质时，在精度和压力损失允许的情况下，常采用孔板流量计测量其流量。但经过长期实际应用，发现该流量计存在以下缺点：
(1)孔板安装的精度以及孔板与差压变送器之间所装引压管导致的信号失真，使得孔板流量计测量准确性不高，因此当测量精度要求较高时，该流量计难以满足工艺要求。
(2)孔板流量计量程较小，量程比一般为3：1，当介质流量变化较大时，将影响其准确性。
(3)引压管容易产生泄露、堵塞、冻结等故障，且较脏的介质易引起取压孔堵塞，维护工作量较大。
(4)孔板入口的边缘易磨损会导致测量精度降低，性能不稳定，需定期进行更换。
2.1.2 威力巴流量计
在上世纪90年代，美国VERIS公司推出全新匀速流量探头——威力巴，它通过多组取压孔来检测流体产生的差压，取平均差压后将信号送至变送器来检测流量。该流量计也是一种差压式流量计，它提高了一次源的测量精度，但压力损失与传统孔板流量计相比，仅为孔板流量计的十分之一。
下面以年产10万吨稀硝酸装置中，进汽轮机的过热蒸汽为例，比较选用威力巴与选用孔板流量计二者的在能量损耗方面的差别。进汽轮机蒸汽管径为 %O159 mm、压力为3.9Mpa（表压）、温度为450℃，正常流量是15T/h，在正常工况流量下，威力巴流量计产生的压力损失为0.126KPa，孔板流量计产生压力损失为26.898 Kpa。通过计算，将差压损失折合成蒸汽，孔板流量计比威力巴流量计每小时多损失40Kg过热蒸汽。
威力巴流量计与孔板流量计相比，测量精度高、量程比大、管道压损小、高效节能，同时安装简单，仅需要几厘米的焊接孔，安装费用小很多。
稀硝酸装置中，进氨空混合器前气氨及空气的流量测量也采用威力巴流量计，可以最大程度地减少氨和空气的压力损失，同时测量精度较高，有利于氨空比的调整，提高了整个系统的性能。汽轮机的过热蒸汽和汽包出口至减温器的饱和蒸汽，及外供蒸汽的流量测量均可选用威力巴流量计，可节省蒸汽，降低能耗，工厂实际运行结果表明其长期经济效益明显。
2.2 电磁流量计
电磁流量计根据法拉第电磁感应定律制成，它是一种用来测量导电流体的体积流量的仪表，具有以下特点：
(1)由于传感器结构牢固可靠，内部没有活动或突出部件，测量压力损失极小。
(2)一般情况，只要是导电率大于5 0-6S/cm的液体均可测量。可以用来检测酸、碱等腐蚀性液体，也可检测含有固体颗粒或悬浮物的流体、泥浆。
(3)流量计输出信号不受液体温度、压力、密度等影响，且输出电流与体积流量成线性关系。
(4)检测量程比较高，可达100：1；测量范围大，仪表口径1mm～2m以上均可选择；测量精度一般优于0.5%。
(5)安装维护方便，可水平、垂直或倾斜任意角度安装，使用寿命较长。
由于其独特的优点及较高的性价比，目前已广泛应用于稀硝酸装置。在测量稀酸泵出口酸流量，低压反应水冷凝器入口循环酸等流量时，均可选用不同压力等级的电磁流量计。根据稀硝酸的腐蚀性、磨耗性，其电极材料可选用钽，衬里材料可选用特氟隆PFA。同时可根据环境和温度及管径大小，安装方式可选择管道式或插入式，型式可选择一体型或分体型。
2.3 涡街流量计
涡街流量计是在流体中设置漩涡发生体，从漩涡发生体两侧交替产生有规则的漩涡即卡曼涡街，旋涡频率转变成与被测介质流速大小成正比的脉冲信号，从而计算出其瞬时流量。涡街流量计的特点是结构简单牢固，安装方便，无需导压管和伴热，维护费较低，可适用液体、气体和蒸汽，精度较高，范围度宽，压损小，无可动部件，可靠性高。在稀硝酸装置中，测量氨、空气、脱盐水及低压蒸汽流量时均可采用涡街流量计。
涡街流量计是对流畅畸变、旋转流等较敏感的流量计，它不适用于低雷诺数测量，安装时上下游侧必须保证足够长的直管段，同时管道振动对涡街流量计影响较大，应尽量安装在院里振动源和电磁干扰较强的地方，因此实际应用中须综合考虑，以保证其测量精度。
2.4 科里奥利质量流量计
科里奥利质量流量计利用科里奥利效应测量流体的质量数量，它由流量传感器和转换器组成，流体通过流量传感器时产生一定频率的振动，检测的频率信号经转换器处理后变成与质量流量成正比的标准信号。质量流量计测量精度、重复性高，几乎无直管段要求，可测流体广泛，介质黏度、密度变化对测量几乎没有影响，是所有流量计中综合性能最优越的，但价格昂贵，一般用于贸易计量或精确测量时，才选用质量流量计。在硝酸装置中，对进硝酸装置的原料——液氨的流量测量和漂白塔出口的成品酸的流量测量常采用质量流量计。
质量流量计安装需注意：为了消除测量管安装时产生的应力，测量管上不允许加装支撑点，支撑点应设置在管道上，并保证流量计两边管线的法兰口平行同心。
2.5 转子流量计
转子流量计又称浮子流量计，其检测件是一根由下向上扩大的垂直锥管和一只可随流体流量变化沿锥管上下移动的浮子构成，浮子在椎管中的不同位置代表着不同的流量大小。转子流量计分玻璃管转子流量计和金属管浮子流量计两种，检测量程一般为10：1，直管段长度要求较低，一般上游侧5D即可。
在稀硝酸装置中，吸收塔不同塔板层上稀硝酸的流量测量常选用金属转子流量计，即可现场明显指示流量值的大小，又可满足测量精度要求并实现信号远传指示。
三、流量计的选型
流量计的选型是仪表应用中非常重要的工作，在实际工况应用中有2/3的仪表故障是仪表的错误选型和错误安装造成。在稀硝酸装置中选择流量计时，应按照以下步骤进行：
(1)首先考虑流体特性，包括温度、压力、密度、粘度、电导率等，根据流体特初选合适的流量计类型。
(2)其次考虑安装条件，包括直管段要求、振动、电气干扰等对流量计测量精度的影响。
(3)在生产管道上长期运行的接触式仪表，还应考虑流量测量元件所造成的能量损失。一般情况下，在同一生产管道中不应选用多个压损较大的测量元件。
(4)在投资允许的情况下，保证精确测量的同时，应本着节能高效的原则，确定流量计的类型并选择质量可靠的生产厂家。
4 结束语
总之，没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应的，不同的流量仪表都有各自特有的优缺点。因此，稀硝酸装置中选择流量计时，应在对各种仪表特性作全面比较的基础上结合工厂实际情况，选择适于生产要求的，既安全可靠又经济耐用的最佳型式
