摘要: 介紹了硫磺制酸裝置各種介質(zhì)流量計的選型及使用情況，探討了流量計應用的考量點(diǎn)、流量計檢定及能源計量的合規性等多方面問(wèn)題。實(shí)踐證明: 自動(dòng)化儀表控制是減少裝置安全風(fēng)險的根本性手段。自動(dòng)化儀表方案一定要簡(jiǎn)單有效，配置的檢測設備要能很好適應所測量的環(huán)境，*好能達到 3年免維護穩定可靠運行，并且價(jià)格不高。
流量、物位、溫度、壓力是過(guò)程控制的四大參數，但流量的測量*為復雜。如何選用好流量計一直是行業(yè)難點(diǎn)。流量計相關(guān)的理論書(shū)籍很多，產(chǎn)品資料也很豐富，一方面很好地指導了流量計的應用，另一方面也容易產(chǎn)生選用流量計上的困惑。借鑒各行業(yè)積累的成功應用案例，是減小選用風(fēng)險*為有效的途徑。如選用的儀表能一步測量到位、長(cháng)期穩定運行，不僅能提高生產(chǎn)控制的安全可靠性，還能有效控制環(huán)保指標，節能降耗。
硫磺制酸裝置涉及的流量測量有工藝水、循環(huán)水、生活水、脫鹽水、污水、硫酸銨、硫酸鈉、液氨( 氣液混合氨) 、液體硫磺、130 ℃ 以下硫酸、230 ℃ 以下硫酸、低壓蒸汽、中壓蒸汽、壓縮空氣、儀表空氣、主風(fēng)機風(fēng)量、尾氣等。
 1 各介質(zhì)流量計的選用
1. 1 工藝水、循環(huán)水、生活水流量測量工藝水、循環(huán)水、生活水流量測量可選用差壓類(lèi)、電磁類(lèi)、渦街類(lèi)、旋翼螺翼類(lèi)、渦輪類(lèi)、超聲波等流量計。
水類(lèi)介質(zhì)一般不復雜，旋翼螺翼流量計( 或帶傳訊裝置) 和液體渦輪計量表是較好的選擇。旋翼螺翼流量計阻力小，較為節能，量程比在 100 以上，有的甚至達到 250。在水流量大范圍變化時(shí)也能實(shí)現準確測量，其壽命一般超過(guò) 10 年，基本免維護。旋翼螺翼流量計價(jià)格非常便宜，是液體渦輪計量表的 1 /2 以 下。如要液體渦輪計量表運行超過(guò) 10 年，建議選用進(jìn)口品*產(chǎn)品。
其他類(lèi)型流量計量程比都比較小，一般在 30 以下; 有的價(jià)格高，有的需要維護，有的有可動(dòng)部件。旋翼螺翼流量計也有可動(dòng)部件，但大品*壽命一般在 10 年以上。
對于 DN800 以上大口徑流量測量，如輸送泵帶變頻裝置，仍推薦選用進(jìn)口液體渦輪計量表，可靠又節能; 如選國產(chǎn)產(chǎn)品，建議做好表頭備件。如對管路阻力不敏感，可考慮選用孔板流量計，其測量系統非常便宜。選超聲波流量計要慎重，因為管道的結垢、銹蝕和腐蝕*可能造成超聲波失信或信號品質(zhì)差，從而導致測量失靈。
1. 2 污水流量測量
污水流量測量可選液體渦輪計量表、差壓類(lèi)流量計、超聲波流量計。硫酸的污水流量變化較大，推薦選用液體渦輪計量表，其電*材質(zhì)可考慮選用哈氏合金、鉭。
1. 3 脫鹽水流量測量
脫鹽水流量測量可選用差壓類(lèi)流量計、旋渦類(lèi)流量計。差壓類(lèi)流量計如孔板或噴嘴流量計價(jià)格便宜，如量程比要求不高，可以選用。旋渦流量計推薦選用橫河 DY 型，筆者使用過(guò)十幾臺該類(lèi)型的流量計，歷經(jīng) 10 多年沒(méi)有一臺出現問(wèn)題，該流量計還可以耐受很高程度的振動(dòng)。對電導率較高的脫鹽水，也有建議選用電容式液體渦輪計量表，但該流量計比較貴，并且在低電導率下運行不太穩定。
1. 4 硫酸銨、硫酸鈉流量測量
硫酸銨、硫酸鈉流量測量可選用液體渦輪計量表、質(zhì)量流量計。質(zhì)量流量計可增選密度輸出，對硫酸銨、硫酸鈉的操作指標控制有幫助。不過(guò)結垢對質(zhì)量流量計密度測量影響比較明顯，需定期清理，比如配管增加熱水或蒸汽的沖洗接口。
1. 5 氨流量測量
氨屬于價(jià)值較高的介質(zhì)，且易氣化，建議氨流量測量直接選用質(zhì)量流量計。該流量計不僅準確，且量程比高。選用前需對氨的壓力和溫度作細致考證。如確定氨存在氣液混相，建議選橫河質(zhì)量流量計，流量大時(shí)還需多個(gè)流量計并聯(lián)使用。筆者有連續 4 年使用該流量計的經(jīng)歷，該流量計可測量程比超過(guò) 600，物料核算合理且長(cháng)期穩定。
1. 6 液體硫磺流量測量
液體硫磺流量測量可選用質(zhì)量流量計、轉子流量計、超聲波流量計、楔式流量計、渦街流量計等。如該流量計長(cháng)期測量穩定準確，可為有效預防升華硫提供條件，也便于核算消耗。經(jīng)驗表明，羅斯蒙特 CMF 質(zhì)量流量計可實(shí)現該目標。筆者曾用過(guò)一款 E+H 質(zhì)量流量計，有時(shí)零漂特別大。橫河質(zhì)量流量計據說(shuō)也有成功運行的業(yè)績(jì)。有條件的單位盡量選用進(jìn)口質(zhì)量流量計。有資料或廠(chǎng)家對質(zhì)量流量計有如下使用要求: 需要加支撐，手不能摸，風(fēng)吹大了有影響，不能有安裝應力。實(shí)際這些要求都可忽略，現實(shí)應用中幾乎沒(méi)有這么理想的條件。轉子流量計容易出現卡澀。筆者認為，設備供應商可以對導向結構進(jìn)行改進(jìn)，以解決轉子流量計卡澀的問(wèn)題。
超聲波流量計國外有應用業(yè)績(jì)，施工安裝稍顯麻煩，且價(jià)格較高。
楔式流量計因采用差壓原理，會(huì )有零漂，量程比偏低，準確性也不太高。
渦街流量計*好選用國產(chǎn)機械濾波產(chǎn)品，響應速度快，結構簡(jiǎn)單，準確性尚可。如是卡片式，可不需要夾套。渦街流量計是以上流量計中價(jià)格*便宜的，可測量量程比在 10 以上; 如表頭質(zhì)量好，可實(shí)現 3 年免維護運行。限于雷諾數考慮，表壓損稍大。筆者用過(guò)橫河 DY 產(chǎn)品，該流量計不穩定，甚至不能測量，可能其柱塞結構并不適合該測量環(huán)境。其他如 E+H 電容式流量計有撓舌結構，間隙小，有硅油; 羅斯蒙特流量計采用波紋管結構，下限死區大，探頭可在線(xiàn)更換。這些進(jìn)口的渦街流量計結構比較復雜，不一定適用液體硫磺流量測量。
1. 7 130 ℃以下硫酸、230 ℃以下硫酸流量測量
130 ℃以下硫酸流量測量可采用液體渦輪計量表，準確穩定。貿易計量時(shí)建議采用 2 個(gè)進(jìn)口液體渦輪計量表串聯(lián)對比使用，其精度可媲美質(zhì)量流量計。也可采用質(zhì)量流量計，但價(jià)格較高。筆者曾見(jiàn)過(guò) 2個(gè)進(jìn)口質(zhì)量流量計在常溫硫酸介質(zhì)使用不到 3 年，振蕩管均在同一位置出現了裂紋。 230 ℃以下硫酸流量測量可采用弗萊克森超聲波流量計、多孔孔板流量計。如管道內壁腐蝕比較嚴重，超聲波流量計有可能會(huì )出現測量失靈。采用蒸發(fā)器酸側本身的壓差，也可以模擬出流量的測量，完全可滿(mǎn)足操作控制、聯(lián)鎖的需要。
1. 8 低壓蒸汽、中壓蒸汽流量測量
低壓蒸汽、中壓蒸汽流量測量可采用的流量計有差壓類(lèi)( 孔板、多孔孔板、噴嘴、德?tīng)査?、阿牛巴、V 錐) 流量計、渦街流量計。如需要測量范圍大、測量精度高，450 ℃ 以下蒸汽流量測量?jì)?yōu)先選用橫河 DY 渦街流量計，427 ℃以下也可選用其他進(jìn)口品*產(chǎn)品。如測量元件需要檢定，則選標準孔板、噴嘴類(lèi)流量計?，F在使用文丘里流量計的用戶(hù)已經(jīng)很少了。如溫度太高，口徑太大，特別是飽和蒸汽并需要檢定，噴嘴流量計幾乎是**的選擇。
如是生產(chǎn)操作控制需要，則以上流量計均可作為選用對象。但不推薦 DN150 以下選用差壓類(lèi)流量計。該類(lèi)流量計價(jià)格較高、測量范圍窄、精度較低。筆者曾遇到這種情況: 蒸汽管道 DN150 選用了多參量阿牛巴流量計，該流量計量程差壓不足 1 kPa，使用時(shí)出現測量波動(dòng)范圍大( 0. 5 ～ 6. 0 t /h) ，物流核算偏大或不穩定; 換成進(jìn)口渦街流量計后，流量基本穩定在 2. 2 t /h，完全符合工藝狀態(tài)，物流核算也準確，該流量計價(jià)格還便宜。但如下情況可以直接選高壓差標準孔板流量計: 流量波動(dòng)范圍不大、對壓損不敏感、精度要求不高、要求投資成本低。
1. 9 主風(fēng)機風(fēng)量、尾氣流量測量主風(fēng)機風(fēng)量、尾氣流量測量建議直接選巴類(lèi)流量計，有條件的廠(chǎng)家可選進(jìn)口產(chǎn)品。進(jìn)口巴類(lèi)流量計一般壓差大、測量穩定性好、適應流態(tài)好、數學(xué)模型準確。巴類(lèi)流量計壓損低，在大流量測量中，*低的阻力降具備很大運行效益。不建議選多孔板、V 錐、孔板等高壓差類(lèi)型產(chǎn)品。尾氣在線(xiàn)分析廠(chǎng)家往往使用皮托管測量流量，測量值多只有實(shí)際值的 65%。能不能用該類(lèi)流量計測量值得分析探討。筆者建議選巴類(lèi)流量計。其有均壓結構，容易實(shí)現準確測量。
1. 10 壓縮空氣、儀表空氣流量測量壓縮空氣、儀表空氣流量測量可選用橫河 DY等進(jìn)口品*渦街流量計，*好減小一級選型。該類(lèi)流量計價(jià)格不高，量程比*大。
2 有關(guān)流量計應用的探討
2. 1 流量計是否可用的基本考量點(diǎn)
實(shí)際流量發(fā)生變化時(shí)流量計測量的值也要相應變化; 實(shí)際流量為 0 時(shí)，流量計測量結果也要為零( 可有限切除) 。無(wú)論什么產(chǎn)品，如不能連續 1 年以上實(shí)現這兩點(diǎn)要求，產(chǎn)品質(zhì)量都值得懷疑。如產(chǎn)品經(jīng)過(guò)認真分析整改仍然實(shí)現不了，就應考慮改型或改換產(chǎn)品。
流量測量是否正常，有時(shí)受安裝因素影響。比如曾有一臺 V 錐流量計測量蒸汽，原來(lái)經(jīng)常出現蒸汽實(shí)際流量為 0 時(shí)流量計測量值卻為滿(mǎn)值，且不隨實(shí)際蒸汽流量的變化而變化的問(wèn)題。但該流量計取壓整改后恢復正常。
筆者曾試驗過(guò) 2 個(gè)國產(chǎn)品*渦街流量計測量壓縮空氣流量，均出現實(shí)際流量變大時(shí)渦街流量計測得的流量反而變小，而串聯(lián)的橫河 DY 渦街流量計反應正常。說(shuō)明實(shí)現上述兩個(gè)考量點(diǎn)并不容易。
2. 2 流量計檢定
有些流量計實(shí)際上是無(wú)法得到法定檢定結果的，比如測量蒸汽的 V 錐、德?tīng)査偷攘髁坑?，但?shí)際應用中仍會(huì )大量使用。一些產(chǎn)品樣本所宣稱(chēng)的精度或檢定也**于水的標定結果，實(shí)際精度大多沒(méi)有實(shí)際標準去驗證，也得不到蒸汽條件下的檢定**。迄今為止，筆者沒(méi)有了解到哪個(gè)用戶(hù)能全面地、真正地按規范要求對強檢流量計實(shí)施檢定，檢定往往是選擇性的、局部的。這當然也不能完全怪用戶(hù)的不作為，操作上實(shí)在有難度，財力物力消耗巨大; 某些介質(zhì)能有一個(gè)流量?jì)x表反映流量變化趨勢就不錯了。這些難題值得行業(yè)人員不斷地研究和探討。
2. 3 關(guān)于直管段
大多數流量計都需要直管段，但如果實(shí)際條件實(shí)在不能滿(mǎn)足，技術(shù)人員可通過(guò)分析管路的流態(tài)、合理選 型、調整施工安裝方式，實(shí)現較好的測量效果。
比如測量鼓風(fēng)機 DN1 800 空氣管壓縮氣體流量，風(fēng)機出口直管段只有 5 m 左右，進(jìn)口直管段 4 m左右，進(jìn)、出口管兩端都是 90°彎。初始流量計安裝在出口管，流量測量值直接超過(guò)量程，后改為安裝到風(fēng)機進(jìn)口。改造后，無(wú)論采用進(jìn)口或國產(chǎn)的均速管、V 錐流量計，均實(shí)現了很好的測量效果。再如其他管段式儀表，工藝管和流量計兩者的內徑差或安裝錯位大多會(huì )導致測量值超標。 2. 4 關(guān)于差壓式流量計以筆者看來(lái)，差壓式流量計遠沒(méi)有理論所講的那么簡(jiǎn)單。
示例 1: 2 種類(lèi)型流量計串聯(lián)測量 0. 5 MPa、微過(guò)熱、20 t /h 的蒸汽流量。兩表相距 6 m 左右，采用同一溫度和壓力、使用相同溫壓補償模塊進(jìn)行補償。測量結果曲線(xiàn)見(jiàn)圖 1。

根據物料平衡反復研究，渦街流量計測量的質(zhì)量流量動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)比較客觀(guān)反映了蒸汽流量的變化; 而 V 錐流量計測量的質(zhì)量流量偏大 5%。說(shuō)明該差壓流量計元件沒(méi)能產(chǎn)生和實(shí)際流量變化對應的差壓。
示例 2: 德?tīng)査秃?V 錐流量計串聯(lián)測量某蒸汽流量。蒸汽流量在 40 t /h 左右時(shí)，德?tīng)査土髁坑嫓y量值比 V 錐流量計少 6 t /h。根據物料平衡分析結果來(lái)看德?tīng)査土髁坑嫺鼫蚀_。在運行 4 年 后，德?tīng)査蜏y量值出現下降，2 個(gè)流量計測量差增加到 10 t /h。經(jīng)各方面檢查無(wú)明顯異常。這說(shuō)明有的差壓類(lèi)流量計產(chǎn)生的差壓值穩定性不好。
示例 3: 某測量水流量的 V 錐流量計開(kāi)始時(shí)測量正常，運行 3 年后無(wú)法正常測量。技術(shù)人員多次檢查和調試都沒(méi)有效果，換液體渦輪計量表后測量非常靈敏穩定。這進(jìn)一步說(shuō)明了差壓類(lèi)流量計的復雜性。介質(zhì)流態(tài)對差壓類(lèi)流量計測量結果也有巨大影響。
有廠(chǎng)家推出槽管差壓式流量計。這種創(chuàng )新精神及解決用戶(hù)的可測量問(wèn)題值得稱(chēng)贊。但其宣稱(chēng)槽管差壓式流量計有 500 ∶ 1的量程比值得商榷。先不說(shuō)測量元件線(xiàn)性度、可重復性、普適性是否都處于數學(xué)可明確表達的范圍，至少不能把差壓變送器可測量出的差壓值，比如將幾十帕或幾百帕以下，也直接理解為能反映流量值。正如幾乎所有差壓變送器測量流量時(shí)都有零漂一樣，正負漂移都不能當做流量的測量值，多大的漂移不能算其實(shí)有時(shí)候很難界定。其對常用流量范圍的測量值有多大影響也不易評估。
2. 5 渦街流量計
渦街流量計原理上與介質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)，沒(méi)有可動(dòng)部件，沒(méi)有差壓式流量計類(lèi)似的零漂，量程比大，且國外品*產(chǎn)品測量模型成熟，產(chǎn)品不容易損壞。這也是筆者推崇進(jìn)口渦街流量計的原因。
某國產(chǎn)產(chǎn)品宣稱(chēng)其渦街流量計量程比超過(guò)80 ∶ 1，從理論上和實(shí)踐應用上都難以置信。筆者曾就液體硫磺流量測量向其咨詢(xún)，反饋的結果是和常規渦街流量計的可測量范圍差不多，壓損還更大，價(jià)格很高，已接近質(zhì)量流量計價(jià)格了。旋進(jìn)旋渦流量計應用時(shí)*好加過(guò)濾器，以防止堵塞。
2. 6 不輕易使用插入式流量計
類(lèi)似插入式液體渦輪計量表、插入式渦街流量計、靶式流量計等，以點(diǎn)帶面測量流量本身有難度，介質(zhì)往往因為流量計的插入導致介質(zhì)流態(tài)更加惡化，更難準確測量。靶式流量計還存在非流量應力產(chǎn)生的嚴重干擾問(wèn)題。
2. 7 能源計量的合規性
GB 17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》對各能源介質(zhì)測量準確性要求很高。其實(shí)有些介質(zhì)流量的測量，不要說(shuō)準確度要求，有時(shí)連是否能穩定可靠的測量都很困難。產(chǎn)品價(jià)格昂貴、流量計的周期檢定也是生產(chǎn)廠(chǎng)家難以逾越的坎。
2. 8 安全儀表系統
2014 年，**安監總局發(fā)布〔2014〕116 號文《**安全監管總局關(guān)于加強化工安全儀表系統管理的指導意見(jiàn)》，相關(guān)內容有: 1) 從 2018 年 1 月 1 日起，所有新建涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險化學(xué)品儲存設施要設計符合要求的安全儀表系統。其他新建化工裝置、危險化學(xué)品儲存設施安全儀表系統，從 2020 年 1 月 1 日起 ，應執行功能安全相關(guān)標準要求，設計符合要求的安全儀表系統; 在役裝置 2019 年底前完成安全儀表系統評估和完善工作。 2) 老舊裝置及新建項目如未配套安全儀表系統和未進(jìn)行 SIL 定級則將不核發(fā)新的《安全生產(chǎn)許可證》。
筆者無(wú)法預測該規定是否會(huì )得到認真有效地執行，但面對日益嚴格的安全管控趨勢，硫酸行業(yè)這么多生產(chǎn)廠(chǎng)該何去何從。
安監總科技〔2016〕100 號文《關(guān)于推動(dòng)安全生產(chǎn)科技創(chuàng )新若干意見(jiàn)》指出，應系統部署機械化換人、自動(dòng)化減人這一科技創(chuàng )新在安全生產(chǎn)中對遏制重特大事故的作用。顯然，實(shí)施好的流量?jì)x表檢測方案，能促進(jìn)這些工作，也是基礎性工作。
筆者認為，自動(dòng)化儀表控制才是減少裝置安全風(fēng)險根本性的主要手段。其中需要注意以下兩點(diǎn):
1) 儀表選型要很好適應所測量的環(huán)境，*好能達到 3 年免維護穩定可靠運行，冗余的儀表也要滿(mǎn)足。筆者過(guò)去十幾年使用國產(chǎn)帶有電子線(xiàn)路的儀表中，3 年內大部分都會(huì )出現故障，甚至報廢。而進(jìn)口的( 含合資) 大多數產(chǎn)品十幾年自身不會(huì )出現故障，偶爾會(huì )有測量問(wèn)題。
2) 涉及聯(lián)鎖、控制、報警等諸多相關(guān)內容，都需要將工作做扎實(shí)。自動(dòng)化儀表方案一定要優(yōu)化有效，配置的檢測設備*好一步到位成功運營(yíng)，且價(jià)格不高。只有這樣，類(lèi)似的安全儀表系統、自動(dòng)化減人才能得到公司的大力支持，**的政策才能真正落地，企業(yè)的安全才能得到真正的、*大程度的保障。