摘要:云南化工有限公司兩套80萬(wàn)噸硫酸尾氣環(huán)保減排脫硫，利用稀氨水吸收硫酸生產(chǎn)外排氣中的二氧化硫，洗滌吸收的硫氨液密度 是個(gè)重要的工藝指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制難度大，本文詳細(xì)介紹了利用公司生產(chǎn)的質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行硫氨液密度測(cè)量的原理、現(xiàn)場(chǎng)使用及維護(hù)方法，可供同行或儀表維護(hù)員工學(xué)習(xí)參考。

1、工藝流程簡(jiǎn)介：
    云南天安化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱公司)兩套年產(chǎn)go萬(wàn)噸硫酸生產(chǎn)裝置，利用硫磺燃燒制取硫酸，生產(chǎn)過程中的外排尾氣中含有二氧化硫，隨著新標(biāo)準(zhǔn)GB 26132-2015《硫酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》頒布實(shí)施，要求硫酸企業(yè)二氧化硫污染物排放濃度限值為200mg/m3。 2012年底，公司進(jìn)行尾氣氨法脫硫改造。利用稀氨水對(duì)尾氣進(jìn)行循環(huán)洗滌，吸收尾氣中的二氧化硫，當(dāng)吸收后的硫氨液密度達(dá)到設(shè)定值后，吸收效果變差，這時(shí)自動(dòng)開啟硫氨液外送調(diào)節(jié)閥，排出部分硫氨液到氧化塔，同時(shí)補(bǔ)充稀氨水及工藝水到吸收塔中，控制好吸收塔液位，繼續(xù)完成尾氣的吸收。簡(jiǎn)單的工藝流程圖如圖1所不。
    脫硫過程中的硫氨液是一種腐蝕性液體，分子式為(NH4) ZS03，經(jīng)過氧化塔氧化后成為硫酸氨溶液(Nh4)zS04送磷肥系統(tǒng)生產(chǎn)使用。

2、質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量密度的原理：

圖1尾氣吸收工藝圖
    質(zhì)量流量計(jì)可以直接測(cè)量流體的質(zhì)量流量，同時(shí)直接測(cè)量液體的在線密度。
    質(zhì)量流量計(jì)可視為是一種簡(jiǎn)單的彈性體系統(tǒng)，如圖2所示。

    流量管本身的質(zhì)量加上流體的質(zhì)量構(gòu)成這個(gè)彈性體系的總質(zhì)量Motai。在質(zhì)鼠流量計(jì)的共振或諧振頻率下振動(dòng)的流量管，則發(fā)揮著彈簧的功用;整個(gè)簡(jiǎn)單的彈性體系統(tǒng)中，諧振頻率與剛度同質(zhì)量比值的平方根成正比，如下等式(1)所示。由于等式(1)的總質(zhì)量是由流體質(zhì)量和流量管質(zhì)以所構(gòu)成，因此等式1可以將流體質(zhì)量獨(dú)立出來，如等式(2)所示。等式(2)是質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行密度測(cè)量的理論公式。質(zhì)量流量計(jì)的諧振頻率是隨著流體質(zhì)量(密度P)的改變而改變。因此，在線介質(zhì)的流體密度可以根據(jù)諧振頻率的變化來測(cè)定。

    式中:  M為某一頻率下的介質(zhì)質(zhì)量;    K為流量計(jì)常數(shù);    F為流量計(jì)測(cè)量的振動(dòng)頻率;    M,為流量計(jì)自身質(zhì)量。    一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)由傳感器和變送器兩部分組成。傳感器用于直接測(cè)量質(zhì)量流量和密度等參數(shù)，變送器用于處理原始信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為通信信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)。傳感器內(nèi)部由過程連接和流量管組成;流量管和過程連接(如法蘭)之間由分流器或連接器過度連接;如果流量管為雙管，連接部分稱為分流器，其主要作用是均勻分流，合理疏導(dǎo)流體，減少產(chǎn)生氣穴，并達(dá)到良好抵御管道震動(dòng)。

    在流量管上分別有3組電磁線圈，其中位于流量管中心部分的一組為驅(qū)動(dòng)線圈，用于給流鼠管的振動(dòng)能量，確保流量管在諧振頻率下工作;另外兩組線圈分別為左右檢測(cè)線圈，用于測(cè)景由于科里奧利力產(chǎn)生的流量管兩側(cè)“扭曲”后產(chǎn)生的兩組正弦信號(hào)的相位時(shí)間差;其中一組檢測(cè)線圈所產(chǎn)生的正弦信號(hào)對(duì)應(yīng)的諧振頻率，可以反映在線介質(zhì)的實(shí)時(shí)密度。
    目前，艾默生的質(zhì)量流量計(jì)不僅在液體質(zhì)量流量測(cè)量中實(shí)現(xiàn)***高測(cè)鼠精度，而且確保在線液體密度全量程范圍內(nèi)也達(dá)到行業(yè)***高測(cè)量精度。
    此外，密度測(cè)量的精度還與被測(cè)介質(zhì)的均勻性有關(guān)。當(dāng)由溫度和壓力變化引起被測(cè)液體發(fā)生氣穴或氣化現(xiàn)象，介質(zhì)中含有氣體，此時(shí)的混合密度變化性很大。從測(cè)量原理角度出發(fā)，彎形測(cè)量管的諧振頻率較低，能獲取較強(qiáng)的信號(hào)源，在兩相流介質(zhì)的測(cè)量性能對(duì)比中，表現(xiàn)非常卓越。

3、質(zhì)量流量計(jì)用于密度測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)：
   用3.1選型    2012年底首次用于在線測(cè)量硫氨液密度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝條件及介質(zhì)特性，考慮到在脫硫吸收二氧化硫的硫氨液可能含有少量氣體;美國(guó)艾默生的質(zhì)量流量計(jì)彎形流量管的諧振頻率較低，能獲取較強(qiáng)的原始測(cè)量信號(hào)，在潛在的兩相流介質(zhì)測(cè)量中性能穩(wěn)定而卓越。

    在選型中遇到的一個(gè)主要問題是選擇流量管的形狀。質(zhì)量流量計(jì)的形狀大致分為彎管和直管，各有不同的使用場(chǎng)合。經(jīng)過仔細(xì)的對(duì)比分析，得出彎管比較適合于對(duì)密度精度的要求，原因如下:測(cè)量密度的原理是測(cè)量流量管的振動(dòng)周期來計(jì)算密度，理論上振動(dòng)周期和密度為線性的正比關(guān)系，所以廠家都會(huì)用兩點(diǎn)標(biāo)定法來確定振動(dòng)周期和密度間的關(guān)系。但是在實(shí)際使用中，振動(dòng)周期和密度不完全是線性關(guān)系，而且其線性關(guān)系取決于流量管形狀。如果流量管越彎，則線性關(guān)系越好。反之流量管越直，線性關(guān)系越差。所以直管流量計(jì)除非在現(xiàn)場(chǎng)多點(diǎn)標(biāo)定，否則根本無法得到滿意的密度精度。而現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定需要很高的條件，幾乎無法實(shí)現(xiàn)。因此，我們選擇的F系列彎管流量計(jì)。

    傳感器選用型號(hào):F025S172CQBZMZIZZ,DN25，傳感器材質(zhì):SS，***大工作壓力:4000KPao變送器選用型號(hào):2700型分體式。

3.2、安裝：
    根據(jù)質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理可知，質(zhì)量流量計(jì)所測(cè)到的質(zhì)量流量與流體的溫度、壓力、勃度、電導(dǎo)率和流動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，但是流體介質(zhì)充滿測(cè)量管才是質(zhì)量流量計(jì)正常運(yùn)行的保證，如果氣化或氣穴現(xiàn)象在流量傳感器內(nèi)產(chǎn)生，流量計(jì)的操作和性能將受到影響。    實(shí)際安裝中還要考慮避免管道振動(dòng)，避開電磁輻射干擾。要注意工藝管道應(yīng)對(duì)中，兩側(cè)法蘭應(yīng)平行;傳感器的安裝方向要保證被測(cè)介質(zhì)能夠完全充滿傳感器，對(duì)于本文所測(cè)量的介質(zhì)為液體故安裝時(shí)傳感器測(cè)量管應(yīng)向下部安裝。現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器位置如圖3所示。

3.3、組態(tài)：
    在完成傳感器、變送器的安裝、接線及設(shè)備上電后，接下來需要完成必要的組態(tài)。高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)2700型變送器組態(tài)可以用變送器上帶的兩個(gè)光敏按鍵組態(tài)，也可用1臺(tái)375手操器組態(tài)，用手操作器組態(tài)比較快捷、方便。
      (1)基本組態(tài)項(xiàng)目 
  ①組態(tài)測(cè)量單位:根據(jù)需要選擇測(cè)量變時(shí)的過程單位，這里選用密度測(cè)量，單位為克/立方厘米  ( g/cm' ): 
  ②組態(tài)毫安輸出或脈沖輸出的過程變量:這里過程變量輸出為密度; 
  ③組態(tài)毫安輸出和脈沖輸出對(duì)應(yīng)的量程:這里組態(tài)4}20mA輸出對(duì)應(yīng)的密度測(cè)量范圍為1~1.5。
 ④回路測(cè)試(如果需要數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳):確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)通訊器給定的輸出信號(hào)到DCS系統(tǒng)顯示一致。
 (2)其他組態(tài)項(xiàng)目
    ①組態(tài)小流量切除值:根據(jù)實(shí)際顯示確認(rèn)切除量的大小; 
    ②態(tài)過程變量的阻尼和附加阻尼:根據(jù)實(shí)際變量顯示波動(dòng)情況確定阻尼系數(shù)。
    ③組態(tài)流向:根據(jù)據(jù)確認(rèn)流量為正流量輸出。
    ④組態(tài)團(tuán)狀流和故障輸出:根據(jù)實(shí)際組態(tài)成故障時(shí)輸出***小值。
    ⑤組態(tài)儀表系數(shù):根據(jù)傳感器銘牌上所標(biāo)注的儀表系統(tǒng)，組態(tài)到變送器中，保證測(cè)tit:精度。

4、投運(yùn)后的問題及效果測(cè)試：
    2012年底項(xiàng)目完成，試車生產(chǎn)。硫氨液密度測(cè)量值可靠，與工藝手動(dòng)分析值比較，數(shù)據(jù)接近，整個(gè)尾氣洗滌系統(tǒng)性能指標(biāo)較好，尾氣經(jīng)洗滌后的外排二氧化硫含量達(dá)到規(guī)定。
    2016年大修前儀表測(cè)量值與工藝手動(dòng)分析值之間存在+0.35g/cm，左右偏差，大修時(shí)拆開傳感器法蘭檢查，內(nèi)管壁上有少量黃色垢層，用稀硫酸做簡(jiǎn)單沖洗后仍有少量垢層，影響測(cè)量精度。安裝投運(yùn)后，與工藝手動(dòng)分析值比較，仍有+0.20g/cm'左右誤差，之后，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)儀表進(jìn)行了校正。在此給出簡(jiǎn)單的校正方法:    在確認(rèn)按工藝分析值做為真實(shí)值時(shí)，對(duì)流I-i (_計(jì)進(jìn)行校正，用375通信器掛接變送器，進(jìn)入主菜單第5項(xiàng)詳細(xì)設(shè)置(Detailed setup)—第I項(xiàng)特性化傳感器(Charize Sensor)—第6項(xiàng)儀表因素(MeterFactors)—第3項(xiàng)密度因素(Dens factor)，之后改這個(gè)數(shù)據(jù)，儀表值偏大把數(shù)值改小，儀表值偏小把數(shù)值改大。直到儀表示值與真實(shí)值之間誤差不超過O.OSg/cm3o    2016年1月，根據(jù)儀表維護(hù)要求，做了一次儀表實(shí)測(cè)值與工藝分析值之間的對(duì)比，如表1所示。

表1 硫氮液手動(dòng)分析與儀表在線分析值對(duì)比
    從表中可以看出，質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量出的值與工藝認(rèn)可的值之間較吻合。同時(shí)，脫硫裝置對(duì)外排尾氣中二氧化硫吸收效果較好。
    圖4為2017年1月8日工藝DCS實(shí)時(shí)截圖，從圖中可以看出，經(jīng)洗滌吸收后的外排氣中二氧化硫含量只有126.38mg/m'，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于要求的上限指示。密度測(cè)量?jī)x表DIC-20001與調(diào)節(jié)閥DV-20001實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

5、小結(jié)：
    使用公司生產(chǎn)的質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量硫氨液的密度，儀表從選型及實(shí)際運(yùn)用，效果較好，運(yùn)行中維護(hù)較小，確保證首次安裝符合規(guī)范，測(cè)11.值是可信的。
    對(duì)分析儀表運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，要根據(jù)流徽測(cè)以的原理及故障處理方法進(jìn)行，不能盲目修改儀表參數(shù)。
    硫氨液密度測(cè)以的準(zhǔn)確度直接影響洗滌吸收效果，同時(shí)也影響洗滌氨水I`i%的多少，對(duì)脫硫成本及裝置環(huán)保要求起到關(guān)鍵作用，使用的成功性將為公司其他幾套硫酸裝置密度測(cè)量提供較好的借鑒。