旋進(jìn)旋渦流量計在氫氣計量中的應用

鹽化工總廠(chǎng)所屬氯堿分廠(chǎng)生產(chǎn)的氫氣在非常初除少量氫氣和氯氣反應生產(chǎn)合成鹽酸外， 其余氫氣全部放空處理。上海上儀股份公司隨著(zhù)用氫用戶(hù)進(jìn)入周邊化工園區，氫氣也就作為一種貿易產(chǎn)品采用管道輸送的方式銷(xiāo)售給用戶(hù)。 為了保證供需雙方進(jìn)行公平的貿易結算，我廠(chǎng)在對外輸送氫氣管道上增加了氫氣計量?jì)x表。

2 工藝情況介紹

從上游鹽硝廠(chǎng)化鹽裝置送來(lái)的鹽水通過(guò)一次精制和二次精制后進(jìn)入離子膜電解裝置進(jìn)行電解，生產(chǎn)出燒堿、氯氣和氫氣，電解裝置生產(chǎn)的濕氫氣通過(guò)管道送入氫氣處理裝置進(jìn)行干燥處理得到干燥的氫氣送到下游裝置。 生產(chǎn)工藝的特性決定了外送氫氣壓力較低，并且流速也比較低，通常氫氣控制在常溫 25℃左右，壓力控制在表壓 0.1MPa 左右。

3 計量方式的選擇

由于氫氣的氫分子量小，密度低，是一種不容易準確測量的工業(yè)氣體。 當前，根據氫氣壓力和工藝管徑不同，選擇測量用的儀表主要有熱式質(zhì)量流量計、科里奧利質(zhì)量流量計、渦街流量計和孔板流量計等。我廠(chǎng)的生產(chǎn)工藝導致了外輸氫氣管線(xiàn)的壓力較低，先后使用過(guò)差壓式流量計（孔板和普洛巴）和渦街流量計等，實(shí)際使用效果都不理想。非常后只有雙方協(xié)商解決， 流量計的測量數據僅供參考。 通過(guò)不斷的學(xué)習，對低壓力氫氣流量測量的認識不斷提高，無(wú)論孔板流量計、渦街流量計還是科氏力質(zhì)量流量計，都對氫氣壓力有一定的要求， 曾經(jīng)考慮選擇熱式質(zhì)量流量計， 但此流量計的工作原理決定了對氫氣中的水分有嚴格的要求。 又正好了解到一個(gè)氯堿企業(yè)給周邊用戶(hù)供應氯氣用的某知名品牌的熱式質(zhì)量流量計，產(chǎn)生了計量糾紛。 因不能保證氫氣干燥裝置始終正常運行，所以熱式質(zhì)量流量計就沒(méi)有考慮。經(jīng)過(guò)多次調研、論證，決定嘗試使用在天然氣行業(yè)應用廣泛的旋進(jìn)旋渦流量計來(lái)進(jìn)行氫氣流量測量，此流量計有信號強、低流速特性較好的優(yōu)勢。 并且能夠同時(shí)測量氫氣的工況流量、溫度和壓力，然后自動(dòng)進(jìn)行溫壓補償轉換成標況流量。 所有數據既可以在現場(chǎng)就地顯示，又能通過(guò) RS485 通訊傳輸到中控室。

4 測量原理及優(yōu)點(diǎn)

流量傳感器的流通剖面類(lèi)似文丘里管的型式。在入口側安放一組螺旋形導流葉片，當流體進(jìn)入流量傳感器時(shí)， 導流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。 當流體進(jìn)入擴散段時(shí)，旋渦流受到回流的作用，開(kāi)始作二次旋轉，形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現象。 該進(jìn)動(dòng)頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響，檢測組件測得流體二次旋轉進(jìn)動(dòng)頻率就能在較寬的流量范圍內獲得良好的線(xiàn)性度。 信號經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉換為與流速成正比的脈沖信號，然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進(jìn)行積算處理，非常后在液晶顯示屏上顯示出測量結果（瞬時(shí)流量、累積流量及溫度、壓力數據）。

4.1 產(chǎn)生的旋渦信號比渦街流量計強，因此下限雷諾數更低。 測量氣體流量時(shí)， 下限流速可以低至（1.5～2）m/s。

4.2 因為流量計產(chǎn)生的旋渦信號比渦街流量計強，受上游阻流件的影響比渦街流量計小，所以對上游直管段長(cháng)度要求短得多。

4.3 儀表系數 K 比渦街流量計大 1～2 倍。

5 使用情況及改進(jìn)措施

旋進(jìn)旋渦流量計投入使用后， 運行較為穩定，計量數據和工藝計算的理論數據基本相符。 但由于現場(chǎng)環(huán)境受干擾因素比較多，在使用過(guò)程中也出現了一些問(wèn)題，通過(guò)采取改進(jìn)措施，問(wèn)題得到了解決。

5.1 要根據流量范圍選擇合適量程儀表

當流量計經(jīng)常在下限流量附近工作時(shí)，計量精度難以得到保證。 為了使流量計的使用性能達到非常佳， 要保證流量計的常用流量在量程范圍的 20％～80％內比較合適。 用戶(hù)提供的流量范圍一般是標況流量， 但生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的量程范圍卻是工況流量，需要根據工作壓力、工作溫度及當地的實(shí)際大氣壓進(jìn)行換算，以選擇合適的流量計。

5.2 流量計在停產(chǎn)期間有流量顯示問(wèn)題

曾有用戶(hù)反映流量計在停產(chǎn)期間仍有流量顯示的問(wèn)題，通過(guò)查看中控室 DCS 歷史趨勢，分析認為:①DCS 曲線(xiàn)有矩形波，判斷為振動(dòng)引起，一般顯示為（200～300）m3/h 左右，而所用的 DN200 流量計下限為 360 m3/h，通過(guò)調整小信號切除值，把 300m3/h以下的全部切除； ②DCS 曲線(xiàn)有時(shí)有大的跳變，分析認為現場(chǎng)有干擾信號，將儀表外殼接地。 通過(guò)采取措施后，運行良好。

5.3 氫氣含水對流量計的影響

在使用過(guò)程中發(fā)現旋進(jìn)旋渦流量計對氫氣含水量也有一定要求，如果比較高時(shí)會(huì )出現儀表示值嚴重失真的情況。 要求工藝人員加強對氫氣干燥處理的監控。

5.4 小信號切除值的設置問(wèn)題

設置小信號切除值是根據現場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)確定儀表的始動(dòng)流量。 如果小信號切除值設定得太大，那么儀表的始動(dòng)流量也就相應增大，就會(huì )造成在小流量時(shí)沒(méi)有計量；如果小信號切除值設定得太小，那么儀表的靈敏度相應提高，工藝管道的一些微弱振動(dòng)或電氣干擾就有可能導致在沒(méi)有氣體通過(guò)的情況下流量計開(kāi)始工作，從而造成流量的“無(wú)中生有”，引起不必要的爭議。 我廠(chǎng)結合 DCS 系統的歷史趨勢曲線(xiàn)，選擇合適的小信號切除值。 既避免了現場(chǎng)的干擾，又保證了流量計的正常測量。

6 結束語(yǔ)

旋進(jìn)旋渦流量計在我廠(chǎng)低密度、低壓力氫氣的流量測量應用效果良好，上海上儀股份公司對于類(lèi)似工況的氣體計量有一定的借鑒作用。