旋进旋涡流量计在氢气计量中的应用

 

引 言

盐化工总厂所属氯碱分厂生产的氢气在非常初除少量氢气和氯气反应生产合成盐酸外， 其余氢气全部放空处理。 随着用氢用户进入周边化工园区，氢气也就作为一种贸易产品采用管道输送的方式销售给用户。 为了保证供需双方进行公平的贸易结算，我厂在对外输送氢气管道上增加了氢气计量仪表。

 

2 工艺情况介绍

从上游盐硝厂化盐装置送来的盐水通过一次精制和二次精制后进入离子膜电解装置进行电解，生产出烧碱、氯气和氢气，电解装置生产的湿氢气通过管道送入氢气处理装置进行干燥处理得到干燥的氢气送到下游装置。 生产工艺的特性决定了外送氢气压力较低，并且流速也比较低，通常氢气控制在常温 25℃左右，压力控制在表压 0.1MPa 左右。

 

3 计量方式的选择

由于氢气的氢分子量小，密度低，是一种不容易准确测量的工业气体。 当前，根据氢气压力和工艺管径不同，选择测量用的仪表主要有热式质量流量计、科里奥利质量流量计、涡街流量计和孔板流量计等。我厂的生产工艺导致了外输氢气管线的压力较低，先后使用过差压式流量计（孔板和普洛巴）和涡街流量计等，实际使用效果都不理想。 非常后只有双方协商解决， 流量计的测量数据仅供参考。 通过不断的学习，对低压力氢气流量测量的认识不断提高，无论孔板流量计、涡街流量计还是科氏力质量流量计，都对氢气压力有一定的要求， 曾经考虑选择热式质量流量计， 但此流量计的工作原理决定了对氢气中的水分有严格的要求。 又正好了解到一个氯碱企业给周边用户供应氯气用的某知名品牌的热式质量流量计，产生了计量纠纷。 因不能保证氢气干燥装置始终正常运行，所以热式质量流量计就没有考虑。经过多次调研、论证，决定尝试使用在天然气行业应用广泛的旋进旋涡流量计来进行氢气流量测量，此流量计有信号强、低流速特性较好的优势。 并且能够同时测量氢气的工况流量、温度和压力，然后自动进行温压补偿转换成标况流量。 所有数据既可以在现场就地显示，又能通过 RS485 通讯传输到中控室。

 

4 测量原理及优点

流量传感器的流通剖面类似文丘里管的型式。在入口侧安放一组螺旋形导流叶片，当流体进入流量传感器时， 导流叶片迫使流体产生剧烈的旋涡流。 当流体进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用，开始作二次旋转，形成陀螺式的涡流进动现象。 该进动频率与流量大小成正比，不受流体物理性质和密度的影响，检测组件测得流体二次旋转进动频率就能在较宽的流量范围内获得良好的线性度。 信号经前置放大器放大、滤波、整形转换为与流速成正比的脉冲信号，然后再与温度、压力等检测信号一起被送往微处理器进行积算处理，非常后在液晶显示屏上显示出测量结果（瞬时流量、累积流量及温度、压力数据）。 其工作原理图如下：

尽管旋进旋涡流量计和涡街流量计都是属于流体振动类流量计，但旋进旋涡流量计还有以下优点：

 

4.1 产生的旋涡信号比涡街流量计强，因此下限雷诺数更低。 测量气体流量时， 下限流速可以低至（1.5～2）m/s。

4.2 因为流量计产生的旋涡信号比涡街流量计强，受上游阻流件的影响比涡街流量计小，所以对上游直管段长度要求短得多。

4.3 仪表系数 K 比涡街流量计大 1～2 倍。

 

5 使用情况及改进措施

旋进旋涡流量计投入使用后， 运行较为稳定，计量数据和工艺计算的理论数据基本相符。 但由于现场环境受干扰因素比较多，在使用过程中也出现了一些问题，通过采取改进措施，问题得到了解决。

 

5.1 要根据流量范围选择合适量程仪表

当流量计经常在下限流量附近工作时，计量精度难以得到保证。 为了使流量计的使用性能达到非常佳， 要保证流量计的常用流量在量程范围的 20％～80％内比较合适。 用户提供的流量范围一般是标况流量， 但生产厂家提供的量程范围却是工况流量，需要根据工作压力、工作温度及当地的实际大气压进行换算，以选择合适的流量计。

 

5.2 流量计在停产期间有流量显示问题

曾有用户反映流量计在停产期间仍有流量显示的问题，通过查看中控室 DCS 历史趋势，分析认为:①DCS 曲线有矩形波，判断为振动引起，一般显示为（200～300）m3/h 左右，而所用的 DN200 流量计下限为 360 m3/h，通过调整小信号切除值，把 300m3/h以下的全部切除； ②DCS 曲线有时有大的跳变，分析认为现场有干扰信号，将仪表外壳接地。 通过采取措施后，运行良好。

 

5.3 氢气含水对流量计的影响

在使用过程中发现旋进旋涡流量计对氢气含水量也有一定要求，如果比较高时会出现仪表示值严重失真的情况。 要求工艺人员加强对氢气干燥处理的监控。

 

5.4 小信号切除值的设置问题

设置小信号切除值是根据现场的实际情况来确定仪表的始动流量。 如果小信号切除值设定得太大，那么仪表的始动流量也就相应增大，就会造成在小流量时没有计量；如果小信号切除值设定得太小，那么仪表的灵敏度相应提高，工艺管道的一些微弱振动或电气干扰就有可能导致在没有气体通过的情况下流量计开始工作，从而造成流量的“无中生有”，引起不必要的争议。 我厂结合 DCS 系统的历史趋势曲线，选择合适的小信号切除值。 既避免了现场的干扰，又保证了流量计的正常测量。

 

6 结束语

旋进旋涡流量计在我厂低密度、低压力氢气的流量测量应用效果良好，对于类似工况的气体计量有一定的借鉴作用。