介紹了硫磺制酸 HＲS 系統(tǒng)流量計的選擇及外夾式超聲波流量計測量探頭安裝方式、安裝位置要求及注意事項(xiàng)。威頓達(dá)州 2 套硫磺制酸裝置 HＲS 系統(tǒng)一級吸收酸流量計均采用 FLUXUS ADM 7407 外夾式超聲波流量計，目前裝置已穩(wěn)定運(yùn)行 4 年，2 臺流量計測量準(zhǔn)確，未發(fā)生故障。

硫磺制酸 HＲS 系統(tǒng)吸收三氧化硫過程中，反應(yīng)熱的情況比較復(fù)雜。目前一般認(rèn)為，該反應(yīng)包括了三氧化硫生成 w ( H2 SO4 ) 100% 硫酸液的反應(yīng)熱、 w( H2 SO4 ) 100% 硫酸稀釋到出塔酸濃度的稀釋熱以及進(jìn)塔酸濃度提高到出塔酸濃度時的濃縮熱。其中濃縮熱負(fù)值，其他是正值，他們的代數(shù)和即為吸收過程的反應(yīng)熱。反應(yīng)式如下:

nSO3 + H2 O  →H2 SO4 + ( n － 1 ) SO3 + 89 247 J吸收 SO3 產(chǎn)生的熱量占整個硫酸生產(chǎn)過程中總熱量的 25% ，而 HＲS 系統(tǒng)回收的熱量又占整個硫酸生產(chǎn)吸收熱的 95% 。HＲS 系統(tǒng)回收熱能同時又大大減少了循環(huán)水的用量。

HＲS 熱回收塔主要回收的熱能包括: HＲS 熱回收塔吸收 SO3 時產(chǎn)生的反應(yīng)熱、進(jìn)入 HＲS 熱回收塔煙氣帶入的顯熱和稀釋器加水產(chǎn)生的稀釋熱。

HＲS 工序的 3 個換熱設(shè)備是 HＲS 預(yù)熱器、HＲS 加熱器和 HＲS 鍋爐。HＲS 預(yù)熱器利用 HＲS 產(chǎn)酸的熱量將 20 ℃脫鹽水預(yù)熱到 70 ℃，HＲS 加熱器利用 HＲS 產(chǎn)酸的熱量將 100 ℃ 除氧水加熱到 150 ℃，HＲS 鍋爐利用 HＲS 循環(huán)酸的熱量將 HＲS 加熱器送來150 ℃ 除氧水加熱產(chǎn)生 0. 8 MPa 左右的飽和蒸汽。

HＲS 系統(tǒng)在一個特殊工藝條件下工作，系統(tǒng)對工藝指標(biāo)要求苛刻，設(shè)置多個工藝聯(lián)鎖來保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備安全; 要保證裝置長周期安全運(yùn)行，對現(xiàn)場儀表的可靠性要求極高。該系統(tǒng)工藝介質(zhì)具有高溫、強(qiáng)腐蝕的特點(diǎn)，且管道尺寸大，特別是系統(tǒng)安全的幾個重要參數(shù): 一級吸收酸濃度、一級吸收酸流量、泵槽液位等的控制非常重要。下面介紹高溫一級吸收酸流量計的應(yīng)用情況。

1.HＲS 系統(tǒng)一級吸收酸流量計選擇

HＲS 系統(tǒng)接觸酸的材料均采用孟莫克公司提供的專用材料。一級吸收酸流量計設(shè)計工作溫度170℃ ，介質(zhì)為 w( H2 SO4 ) 99. 5% 的濃硫酸。

1.1差壓式流量計

流量計取壓元件( 耐高溫濃硫酸的特殊材料)直接與介質(zhì)接觸，隨著運(yùn)行時間增加，取壓元件由于流體沖刷易造成壓差偏離設(shè)計范圍、測量精度差、日常儀表運(yùn)行維護(hù)量大、差壓式流量計管道阻力增加，消耗更多酸泵功率，長周期運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，增加單位噸酸能耗。

1. 2 電磁流量計

電磁流量計襯里的絕緣材料和勵磁線圈的絕緣材料暫時還沒有能測量高于 160 ℃ 的介質(zhì)，因此該位置無法選用電磁流量計。

1. 3 超聲波流量計

超聲波流量計是近十幾年隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種非接觸式儀表。由超聲波換能器( 探頭) 、電子線路及流量計算儀三部分組成。超聲波換能器( 探頭) 用來發(fā)送和接收超聲波，超聲波在流體中傳播速度受被測流體流速的影響，超聲波流量計就是根據(jù)這一原理進(jìn)行流體流量測量的。根據(jù)檢測的方法不同，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計。

外夾式超聲波流量計是管外安裝型超聲波流量計，由于其測量探頭與測量介質(zhì)不接觸，所以外夾式超聲波流量計不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行，因而是一種理想的節(jié)能型流量計。

外夾式超聲波流量計流量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、黏度、密度等參數(shù)的影響，尤其適合應(yīng)用在測量強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量。因此，在 HＲS 系統(tǒng)一級吸收酸流量測量中選用外夾式超聲波流量計是適合該工況的***佳選擇。

2.外夾式超聲波流量計安裝

外夾式超聲波流量計是不和被測流體接觸的流量測量儀表，沒有接液部件和阻流元件，使得安裝、使用、維修非常方便，不必斷流、不用切開管道、不影響生產(chǎn)過程，沒有壓力損失。由于外夾式超聲波流量計在流量測量儀表中屬于產(chǎn)品，很多用戶對于該儀表的安裝還比較陌生。外夾式超聲波流量計測量探頭安裝是外夾式超聲波流量計能否正常工作的關(guān)鍵。

2. 1 測量探頭安裝方式

2.1. 1  反射式安裝( Ｒeflect)

時差式換能器在安裝時，一組換能器可以安裝在管道的同側(cè)，超聲波需要借助于對面的管道壁反射。在條件允許的情況下，使用反射式安裝。反射式安裝的好處有: ①一組探頭安裝在管道同側(cè)，安裝簡便，安裝精度較高，測量精度好; ②反射式安裝可以克服橫向流場的干擾，因此抗擾動性能更好。如圖 1 所示。

2.1. 2  直射式安裝( Direct)

直射式安裝時，一組換能器安裝在管道的對側(cè)，這種安裝方式超聲波聲束的聲程***短，可以提高信號強(qiáng)度，當(dāng)管道和液體的聲導(dǎo)性能差時，要考慮使用直射式安裝。如圖 2 所示。

2.2  探頭安裝位置要求及注意事項(xiàng)

選擇一個合適的安裝位置，對于順利地通過安裝程序，獲得***高的測量精度是至關(guān)重要的。一般在選擇安裝位置時需要考慮下面的因素。

1) ***小直管段要求。上游直管段大于 10D，下游直管段大于 5D( 其中 D 為管道直徑) ，如果現(xiàn)場條件允許盡量多一些。這個條件是為了在安裝探頭的位置能夠獲得穩(wěn)定的流態(tài)分布，有利于提高測量精度和測量的穩(wěn)定性。

2) 需保證管道始終滿管，如果流體不滿管，就會造成測量誤差偏大或超聲波信號的阻斷，無法正常測量。

3) 不要直接安裝在能夠產(chǎn)生壓降的設(shè)備下游，如擴(kuò)徑、閥門、插入裝置等，由于管道內(nèi)的液體當(dāng)壓力降低時會不同程度地釋放出氣體，產(chǎn)生氣泡，液體中氣體含量增加會降低信號的強(qiáng)度，同時增加了噪聲。

 4) 所選位置管道的口徑和儀表編程一致。管道外徑必須地實(shí)際測量。

5) 探頭安裝在垂直管道時，實(shí)惠的流體方向是自下而上，只有在現(xiàn)場條件不具備時，才考慮自上而下，但是這時必須保證管道內(nèi)的背壓，確保管道內(nèi)液體處于滿管狀態(tài)。

6)  遠(yuǎn)離管道焊縫，不要把探頭裝在焊縫上。

7) 避免把探頭安裝于水平管道的底部或頂部位置，由于管道底部會經(jīng)常有沉積物，頂部會聚集一些氣體，這樣都會影響超聲波信號的傳輸。

8) 按照流量計主機(jī)安裝菜單中提示的探頭間距處理管道表面，除去表面的油脂、砂礫、腐蝕、鐵銹、疏松的油漆等。使用研磨塊處理管道，使和探頭接觸的管道表面干凈平滑。研磨的區(qū)域要比探頭的發(fā)射/ 接收面略大，大概兩側(cè)多出探頭面積的一半即可。

2. 3 外夾式超聲波流量計安裝基本步驟

①收集現(xiàn)場數(shù)據(jù); ②選擇合適的探頭安裝位置; ③探頭安裝位置管道表面的處理; ④進(jìn)入主機(jī)安裝菜單輸入下列數(shù)據(jù)并保存: 探頭安裝位置管道數(shù)據(jù); 工藝介質(zhì)數(shù)據(jù); 流量量程、單位; 體積流量或質(zhì)量流量; ⑤把探頭安裝在管道上與主機(jī)連接;⑥設(shè)置相關(guān)的參數(shù)結(jié)束安裝。

3.超聲波流量計應(yīng)用

3.1外夾式超聲波現(xiàn)場應(yīng)用對比

 威頓達(dá)州化工有限責(zé)任公司有 800 kt / a、400 kt / a 2套硫磺制酸裝置，均采用 HＲS 系統(tǒng)［一級吸收酸 w( H2 SO4 ) 99. 5%、溫度 196 ℃］。800 kt / a 裝置 HＲS 系統(tǒng)一級吸收酸流量計采用的是 FLUXUS ADM 7407 外夾式超聲波流量計，自裝置開車至今一直正常工作。

400 kt / a 裝置 HＲS 系統(tǒng)原始設(shè)計一級吸收酸流量計采用的是另一品牌外夾式超聲波流量計( 傳感器***高工作溫度上限 200 ℃ ) 。HＲS 系統(tǒng)開車運(yùn)行后，當(dāng)一級吸收酸溫度小于 110 ℃ 時該流量計能正常工作; 當(dāng)酸溫大于 110 ℃ 、w( H2 SO4 ) 大于 99% 時，超聲波流量計開始出現(xiàn)流量輸出信號不穩(wěn)直到流量輸出消失，***終導(dǎo)致流量計無法測量一級吸收酸流量。該流量計廠家多次現(xiàn)場售后服務(wù)無法解決問題，并返廠測試該流量計性能正常，但重新安裝在現(xiàn)場故障依然存在。于是把該流量計換成了 FLUXUS ADM 7407 外夾式超聲波流量計。

FLUXUS ADM 7407 可固定安裝的外夾式超聲波流量計適用于幾乎所有液體流量測量，特別是在工業(yè)環(huán)境中。隨儀表成對提供的探頭帶內(nèi)部溫度補(bǔ)償功能 ( 符合 ANSI / ASME 規(guī)定) ，使得整個測量系統(tǒng)無漂移和零點(diǎn)穩(wěn)定，確保讀數(shù)。此外，自動識別探頭及其標(biāo)定數(shù)據(jù)，有效地縮短了設(shè)置時間。采用獨(dú)特的雙核技術(shù)，高速采樣和自動適應(yīng)信號處理技術(shù)，即使在苛刻的測量工況下，F(xiàn)LUXUS ADM 7407 也能可靠而穩(wěn)定地工作，是 HＲS 系統(tǒng)測量一級吸收酸理想儀表。這款液體流量計可測量內(nèi)徑范圍從 6 ～ 12 m 的管道( 無特殊材質(zhì)需求) 和溫度從－ 40 ～ 200 ℃ 的介質(zhì)( 通過高低溫導(dǎo)波器可測溫度為－200 ～400 ℃) 。

 3. 2 超聲波流量計維護(hù)

 3.2. 1 核實(shí)校驗(yàn)對于現(xiàn)場安裝固定外夾式超聲波流量計數(shù)量大、范圍廣的用戶來講，可以配備 1 臺同類型的便攜式超聲波流量計，用于核?，F(xiàn)場儀表的情況。①堅持一裝一校，即對每一臺新裝超聲波流量計在安裝調(diào)試時進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測量準(zhǔn); ②對在線運(yùn)行的外夾式超聲波流量計發(fā)生流量突變時，要利用便攜式超聲波流量計進(jìn)行及時核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。

3. 2. 2 定期維護(hù)

超聲波流量計的維護(hù)量相對比較小。如對于外貼換能器超聲波流量計，安裝以后無水壓損失，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，與管道之間的偶合劑是否良好即可。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計的長期穩(wěn)定運(yùn)行。目前 FLUXUS ADM 7407 外夾式超聲波流量計探頭已采用耦合片安裝，基本上實(shí)現(xiàn)流量計日常運(yùn)行免維護(hù)。

4.結(jié)語

一級吸收酸流量是 HＲS 系統(tǒng)一個重要參數(shù)，準(zhǔn)確測量是裝置經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的有力保障。威頓達(dá)州化工有限責(zé)任公司 2 套制酸裝置經(jīng)過 4 年運(yùn)行，2 臺一級吸收酸超聲波流量計均保持可靠運(yùn)行，測量準(zhǔn)確，沒有因?yàn)榱髁坑嫻收弦鹧b置聯(lián)鎖動作.