鍋爐高溫蒸汽流量計在氮肥生產(chǎn)廠家的工作情況及維護要求
點擊次數(shù)：2611 發(fā)布時間：2021-01-07 15:26:04
1 鍋爐高溫蒸汽流量計概述
流量計是工業(yè)領(lǐng)域中使用量*大的物理量測量儀表之一，基于不同的工作原理研制出了許多不同種類的流量計產(chǎn)品，比如電磁流量計、超聲波流量計、差壓式流量計、渦輪流量計、鍋爐高溫蒸汽流量計等產(chǎn)品，我們可以根據(jù)產(chǎn)品名稱就可以知道此類流量計的工作方式，其中鍋爐高溫蒸汽流量計的工作原理就是基于“卡門渦街”來工作的。卡門渦街是流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象，在自然界中常可遇到，在一定條件下的定常來流繞過某些物體時，物體兩側(cè)會周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，經(jīng)過非線性作用后，形成卡門渦街。如水流過橋墩，風(fēng)吹過高塔、煙囪、電線等都會形成卡門渦街。此物理現(xiàn)象*早是因匈牙利裔美國空氣動力學(xué)家西奧多·馮·卡門*先從理論上闡明而得名卡門渦街。
鍋爐高溫蒸汽流量計利用“卡門渦街”測量原理，測量封閉管道內(nèi)介質(zhì)的工況體積流量，它具有其他流量計不可兼得的較多優(yōu)點，20世紀(jì)70年代以來得到了迅速的發(fā)展。與渦輪流量計相比，它沒有可動的機械部件，從而維護量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定，容易在工作環(huán)境中保證精度；與孔板相比，它的測量范圍大，壓力損失小，準(zhǔn)確度高。鍋爐高溫蒸汽流量計屬于流體振動式流量計，可用于測量飽和蒸汽、過熱蒸汽、各種氣體（如煤氣、天然氣、壓縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氫氣、二氧化碳等）、水及低粘度、低溫液體（如鹽水、液氮）。汽液通用，無需實液標(biāo)定；可準(zhǔn)確測量封閉管道中蒸汽、氣體和液體的流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類型供選用。通徑DN200以上為插入式鍋爐高溫蒸汽流量計；適用于冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業(yè)過程、能源管理和環(huán)境工程行業(yè)。塔西南化肥廠32臺鍋爐高溫蒸汽流量計主要用于蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等的測量。
本文簡要介紹了鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠的成功應(yīng)用，敘述了鍋爐高溫蒸汽流量計的工作原理、安裝及使用過程中的注意事項；總結(jié)了鍋爐高溫蒸汽流量計在現(xiàn)場應(yīng)用中的故障處理及常規(guī)維護。
圖1 卡門漩渦
鍋爐高溫蒸汽流量計是根據(jù)卡門渦街原理制成的，在流動的液體中插入一個非流線型柱狀物，則在柱體下游會產(chǎn)生如圖1所示的兩列不對稱且又有規(guī)律的漩渦。該漩渦在柱體的側(cè)后方產(chǎn)生、分開，形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或者卡門渦列。當(dāng)滿足h'/1=0.281時，所產(chǎn)生的卡門漩渦是穩(wěn)定的，而且產(chǎn)生單列漩渦的頻率與圓柱體的直徑和流體流速有如下關(guān)系：
式中：f-旋渦的釋放頻率/Hz；υ-流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度/m/s；d-旋渦發(fā)生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數(shù)，無量綱，數(shù)值范圍為0.14~0.27，St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（l/Re）。
當(dāng)雷諾數(shù)Re在102～105范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。
由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。
鍋爐高溫蒸汽流量計由檢測器、放大器和轉(zhuǎn)換器等組成，當(dāng)旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號，再將頻率信號進行放大和整形，直接以數(shù)字輸出，與數(shù)字顯示儀表配套，也可以通過D/A轉(zhuǎn)換成4mA～20mADC輸出，以便進行測量指示、記錄、積算和控制等。
3 鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠的應(yīng)用
塔西南化肥廠主要生產(chǎn)裝置合成氨裝置和尿素裝置流量儀表共116塊，其中鍋爐高溫蒸汽流量計32塊，占28%，主要用于測量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽測量的鍋爐高溫蒸汽流量計的效果*為明顯，在塔西南化肥廠的中壓蒸汽中加入了磷酸三鈉，磷酸三鈉易結(jié)晶，采用差壓式流量計，如果現(xiàn)場一次表的排污閥等有泄漏現(xiàn)象，磷酸三鈉就會在引壓管線中沉淀、析出，造成引壓管線的堵塞，從而導(dǎo)致流量儀表指示不準(zhǔn)確或者波動大，給工藝人員的正常操作和控制帶來困難。下面結(jié)合塔西南化肥廠用于中壓蒸汽測量的鍋爐高溫蒸汽流量計FT-3002，談?wù)?strong>鍋爐高溫蒸汽流量計的安裝、故障處理及常規(guī)維護。
3.1 鍋爐高溫蒸汽流量計的安裝
（1）鍋爐高溫蒸汽流量計盡量安裝在遠離振動源和電磁干擾較強的地方，F(xiàn)T-3002安裝位置附近無電磁流量計等高頻率電磁設(shè)備。
（2）閥門位置和直管段長度選擇。一般來講，把鍋爐高溫蒸汽流量計安裝在閥門的上游，直管段較長，前后直管段要滿足鍋爐高溫蒸汽流量計的要求。塔西南化肥廠的中壓蒸汽由輔助鍋爐提供，中壓蒸汽的流量控制由調(diào)節(jié)閥完成，F(xiàn)T-3002的安裝位置距離調(diào)節(jié)閥大約200m左右，流量計前后直管段約20m左右，這樣由于調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)帶來的流體振動就不會對鍋爐高溫蒸汽流量計的測量產(chǎn)生任何影響，保證了測量的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。
（3）有縮頸、擴頸和彎管時，應(yīng)配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一個彎管接頭，那么流量計和旋渦發(fā)生體與彎管接頭應(yīng)在同一平面。
（4）設(shè)計流量計的安裝管道時，應(yīng)設(shè)計旁路管道，方便拆卸、維修和調(diào)試。新安裝的管道或維修過的管道，運行前應(yīng)沖洗掉管內(nèi)的鐵銹、水垢渣和污泥。FT-3002安裝位置較高，搭建了專門的維護平臺，這樣保證了儀表維護人員的人生安全。
（5）要做好鍋爐高溫蒸汽流量計的防雨、防雷電工作。如果鍋爐高溫蒸汽流量計安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進水，造成電子元件故障；安裝鍋爐高溫蒸汽流量計的地方應(yīng)當(dāng)遠離高大設(shè)備及建筑物，以防雷擊。
用通訊器調(diào)整好鍋爐高溫蒸汽流量計的量程、單位等參數(shù)。蒸汽流量受介質(zhì)溫度和壓力的影響很大，所以在距離鍋爐高溫蒸汽流量計較近的合適位置應(yīng)當(dāng)安裝壓力變送器和溫度計，在DCS系統(tǒng)里，應(yīng)當(dāng)做好溫壓補償?shù)慕M態(tài)，保證測量的準(zhǔn)確。
3.2 常見故障處理及常規(guī)維護
（1）參數(shù)整定故障。由于參數(shù)錯誤，導(dǎo)致儀表指示有誤。參數(shù)錯誤使得二次儀表滿度頻率計算錯誤。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準(zhǔn)，實際滿度頻率大于計算的滿度頻率的使得指示大范圍波動，無法讀數(shù)，而資料上參數(shù)的不一致性又影響了參數(shù)的*終確定，*終通過重新標(biāo)定結(jié)合相互比較確定了參數(shù)，解決了這一問題。
（2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線之處，量程設(shè)定有個別位顯示壞，K系數(shù)設(shè)定有個別位顯示壞，使得無法確定量程設(shè)定以及K系數(shù)設(shè)定，通過修復(fù)相應(yīng)的故障，問題得以解決。
（3）四路線路連接問題。部分回路表面上看線路連接很好，仔細(xì)檢查，有的接頭實際已松動造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線問題緊固螺釘緊固在了線皮上，也使得回路中斷。
（4）漩渦變送器輸出信號不穩(wěn)。漩渦發(fā)生體和儀表測量管結(jié)垢或阻塞，清洗變送器即可解決問題。
（5）如果是分體式的鍋爐高溫蒸汽流量計，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常檢查接線是否正常。
（6）定期對鍋爐高溫蒸汽流量計進行校驗。校驗時應(yīng)當(dāng)選擇具有相關(guān)資質(zhì)的校驗機構(gòu)。
（7）在非鑒定期內(nèi)，如果工藝條件具備，應(yīng)當(dāng)拆下流量計，清洗漩渦發(fā)生體，清除發(fā)生體上的結(jié)垢。
（8）儀表的數(shù)據(jù)資料的管理應(yīng)引起足夠的重視，以利于日后的工作。
4 結(jié)語
鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠的 成功應(yīng)用表明，鍋爐高溫蒸汽流量計故障率低，減少了儀表維護人員的工作量，節(jié)約了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保證了裝置的正常運行，提高了經(jīng)濟效益。值得同行借鑒。
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鍋爐高溫蒸汽流量計利用“卡門渦街”測量原理，測量封閉管道內(nèi)介質(zhì)的工況體積流量，它具有其他流量計不可兼得的較多優(yōu)點，20世紀(jì)70年代以來得到了迅速的發(fā)展。與渦輪流量計相比，它沒有可動的機械部件，從而維護量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定，容易在工作環(huán)境中保證精度；與孔板相比，它的測量范圍大，壓力損失小，準(zhǔn)確度高。鍋爐高溫蒸汽流量計屬于流體振動式流量計，可用于測量飽和蒸汽、過熱蒸汽、各種氣體（如煤氣、天然氣、壓縮空氣、氧氣、氮氣、氬氣、氫氣、二氧化碳等）、水及低粘度、低溫液體（如鹽水、液氮）。汽液通用，無需實液標(biāo)定；可準(zhǔn)確測量封閉管道中蒸汽、氣體和液體的流量。有抗振、耐腐、高溫、防爆等多種類型供選用。通徑DN200以上為插入式鍋爐高溫蒸汽流量計；適用于冶金、化工、石油、煤氣、城市供排水、食品、紡織、礦山等工業(yè)過程、能源管理和環(huán)境工程行業(yè)。塔西南化肥廠32臺鍋爐高溫蒸汽流量計主要用于蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等的測量。
本文簡要介紹了鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠的成功應(yīng)用，敘述了鍋爐高溫蒸汽流量計的工作原理、安裝及使用過程中的注意事項；總結(jié)了鍋爐高溫蒸汽流量計在現(xiàn)場應(yīng)用中的故障處理及常規(guī)維護。
圖1 卡門漩渦
鍋爐高溫蒸汽流量計是根據(jù)卡門渦街原理制成的，在流動的液體中插入一個非流線型柱狀物，則在柱體下游會產(chǎn)生如圖1所示的兩列不對稱且又有規(guī)律的漩渦。該漩渦在柱體的側(cè)后方產(chǎn)生、分開，形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或者卡門渦列。當(dāng)滿足h'/1=0.281時，所產(chǎn)生的卡門漩渦是穩(wěn)定的，而且產(chǎn)生單列漩渦的頻率與圓柱體的直徑和流體流速有如下關(guān)系：
式中：f-旋渦的釋放頻率/Hz；υ-流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度/m/s；d-旋渦發(fā)生體特征寬度/m；St為斯特羅哈數(shù)，無量綱，數(shù)值范圍為0.14~0.27，St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（l/Re）。
當(dāng)雷諾數(shù)Re在102～105范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102～105，旋渦頻率f＝0.2υ/d。
由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。
鍋爐高溫蒸汽流量計由檢測器、放大器和轉(zhuǎn)換器等組成，當(dāng)旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號，再將頻率信號進行放大和整形，直接以數(shù)字輸出，與數(shù)字顯示儀表配套，也可以通過D/A轉(zhuǎn)換成4mA～20mADC輸出，以便進行測量指示、記錄、積算和控制等。
3 鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠的應(yīng)用
塔西南化肥廠主要生產(chǎn)裝置合成氨裝置和尿素裝置流量儀表共116塊，其中鍋爐高溫蒸汽流量計32塊，占28%，主要用于測量蒸汽、天然氣、二氧化碳、冷凝液等。用于蒸汽測量的鍋爐高溫蒸汽流量計的效果*為明顯，在塔西南化肥廠的中壓蒸汽中加入了磷酸三鈉，磷酸三鈉易結(jié)晶，采用差壓式流量計，如果現(xiàn)場一次表的排污閥等有泄漏現(xiàn)象，磷酸三鈉就會在引壓管線中沉淀、析出，造成引壓管線的堵塞，從而導(dǎo)致流量儀表指示不準(zhǔn)確或者波動大，給工藝人員的正常操作和控制帶來困難。下面結(jié)合塔西南化肥廠用于中壓蒸汽測量的鍋爐高溫蒸汽流量計FT-3002，談?wù)?strong>鍋爐高溫蒸汽流量計的安裝、故障處理及常規(guī)維護。
3.1 鍋爐高溫蒸汽流量計的安裝
（1）鍋爐高溫蒸汽流量計盡量安裝在遠離振動源和電磁干擾較強的地方，F(xiàn)T-3002安裝位置附近無電磁流量計等高頻率電磁設(shè)備。
（2）閥門位置和直管段長度選擇。一般來講，把鍋爐高溫蒸汽流量計安裝在閥門的上游，直管段較長，前后直管段要滿足鍋爐高溫蒸汽流量計的要求。塔西南化肥廠的中壓蒸汽由輔助鍋爐提供，中壓蒸汽的流量控制由調(diào)節(jié)閥完成，F(xiàn)T-3002的安裝位置距離調(diào)節(jié)閥大約200m左右，流量計前后直管段約20m左右，這樣由于調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)帶來的流體振動就不會對鍋爐高溫蒸汽流量計的測量產(chǎn)生任何影響，保證了測量的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。
（3）有縮頸、擴頸和彎管時，應(yīng)配置合理的上、下游直管段，如果管道中有一個彎管接頭，那么流量計和旋渦發(fā)生體與彎管接頭應(yīng)在同一平面。
（4）設(shè)計流量計的安裝管道時，應(yīng)設(shè)計旁路管道，方便拆卸、維修和調(diào)試。新安裝的管道或維修過的管道，運行前應(yīng)沖洗掉管內(nèi)的鐵銹、水垢渣和污泥。FT-3002安裝位置較高，搭建了專門的維護平臺，這樣保證了儀表維護人員的人生安全。
（5）要做好鍋爐高溫蒸汽流量計的防雨、防雷電工作。如果鍋爐高溫蒸汽流量計安裝在露天，就必須加裝遮雨帽，防止變送器表頭進水，造成電子元件故障；安裝鍋爐高溫蒸汽流量計的地方應(yīng)當(dāng)遠離高大設(shè)備及建筑物，以防雷擊。
用通訊器調(diào)整好鍋爐高溫蒸汽流量計的量程、單位等參數(shù)。蒸汽流量受介質(zhì)溫度和壓力的影響很大，所以在距離鍋爐高溫蒸汽流量計較近的合適位置應(yīng)當(dāng)安裝壓力變送器和溫度計，在DCS系統(tǒng)里，應(yīng)當(dāng)做好溫壓補償?shù)慕M態(tài)，保證測量的準(zhǔn)確。
3.2 常見故障處理及常規(guī)維護
（1）參數(shù)整定故障。由于參數(shù)錯誤，導(dǎo)致儀表指示有誤。參數(shù)錯誤使得二次儀表滿度頻率計算錯誤。滿度頻率相差不多的使得指示長期不準(zhǔn)，實際滿度頻率大于計算的滿度頻率的使得指示大范圍波動，無法讀數(shù)，而資料上參數(shù)的不一致性又影響了參數(shù)的*終確定，*終通過重新標(biāo)定結(jié)合相互比較確定了參數(shù)，解決了這一問題。
（2）二次表故障。這部分故障較多，包括：一次儀表電路板有斷線之處，量程設(shè)定有個別位顯示壞，K系數(shù)設(shè)定有個別位顯示壞，使得無法確定量程設(shè)定以及K系數(shù)設(shè)定，通過修復(fù)相應(yīng)的故障，問題得以解決。
（3）四路線路連接問題。部分回路表面上看線路連接很好，仔細(xì)檢查，有的接頭實際已松動造成回路中斷，有的接頭雖連接很緊但由于副線問題緊固螺釘緊固在了線皮上，也使得回路中斷。
（4）漩渦變送器輸出信號不穩(wěn)。漩渦發(fā)生體和儀表測量管結(jié)垢或阻塞，清洗變送器即可解決問題。
（5）如果是分體式的鍋爐高溫蒸汽流量計，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常檢查接線是否正常。
（6）定期對鍋爐高溫蒸汽流量計進行校驗。校驗時應(yīng)當(dāng)選擇具有相關(guān)資質(zhì)的校驗機構(gòu)。
（7）在非鑒定期內(nèi)，如果工藝條件具備，應(yīng)當(dāng)拆下流量計，清洗漩渦發(fā)生體，清除發(fā)生體上的結(jié)垢。
（8）儀表的數(shù)據(jù)資料的管理應(yīng)引起足夠的重視，以利于日后的工作。
4 結(jié)語
鍋爐高溫蒸汽流量計在塔西南化肥廠的 成功應(yīng)用表明，鍋爐高溫蒸汽流量計故障率低，減少了儀表維護人員的工作量，節(jié)約了人工成本和材料成本，其高精度、高可靠性保證了裝置的正常運行，提高了經(jīng)濟效益。值得同行借鑒。
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