摘要:云南化工有限公司兩套80萬噸硫酸尾氣環(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 是個重要的工藝指標，實現(xiàn)在線監(jiān)測及自動控制難度大，本文詳細介紹了利用公司生產(chǎn)的質(zhì)量流量計進行硫氨液密度測量的原理、現(xiàn)場使用及維護方法，可供同行或儀表維護員工學(xué)習(xí)參考。

1、工藝流程簡介：
    云南天安化工有限公司(以下簡稱公司)兩套年產(chǎn)go萬噸硫酸生產(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，隨著新標準GB 26132-2015《硫酸工業(yè)污染物排放標準》頒布實施，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，公司進行尾氣氨法脫硫改造。利用稀氨水對尾氣進行循環(huán)洗滌，吸收尾氣中的二氧化硫，當吸收后的硫氨液密度達到設(shè)定值后，吸收效果變差，這時自動開啟硫氨液外送調(diào)節(jié)閥，排出部分硫氨液到氧化塔，同時補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)量流量計測量密度的原理：

圖1尾氣吸收工藝圖
    質(zhì)量流量計可以直接測量流體的質(zhì)量流量，同時直接測量液體的在線密度。
    質(zhì)量流量計可視為是一種簡單的彈性體系統(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)成這個彈性體系的總質(zhì)量Motai。在質(zhì)鼠流量計的共振或諧振頻率下振動的流量管，則發(fā)揮著彈簧的功用;整個簡單的彈性體系統(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)量獨立出來，如等式(2)所示。等式(2)是質(zhì)量流量計進行密度測量的理論公式。質(zhì)量流量計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定。

    式中:  M為某一頻率下的介質(zhì)質(zhì)量;    K為流量計常數(shù);    F為流量計測量的振動頻率;    M,為流量計自身質(zhì)量。    一臺質(zhì)量流量計由傳感器和變送器兩部分組成。傳感器用于直接測量質(zhì)量流量和密度等參數(shù)，變送器用于處理原始信號，并轉(zhuǎn)換為通信信號傳輸至控制系統(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，并達到良好抵御管道震動。

    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)動線圈，用于給流鼠管的振動能量，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線圈，用于測景由于科里奧利力產(chǎn)生的流量管兩側(cè)“扭曲”后產(chǎn)生的兩組正弦信號的相位時間差;其中一組檢測線圈所產(chǎn)生的正弦信號對應(yīng)的諧振頻率，可以反映在線介質(zhì)的實時密度。
    目前，艾默生的質(zhì)量流量計不僅在液體質(zhì)量流量測量中實現(xiàn)***高測鼠精度，而且確保在線液體密度全量程范圍內(nèi)也達到行業(yè)***高測量精度。
    此外，密度測量的精度還與被測介質(zhì)的均勻性有關(guān)。當由溫度和壓力變化引起被測液體發(fā)生氣穴或氣化現(xiàn)象，介質(zhì)中含有氣體，此時的混合密度變化性很大。從測量原理角度出發(fā)，彎形測量管的諧振頻率較低，能獲取較強的信號源，在兩相流介質(zhì)的測量性能對比中，表現(xiàn)非常卓越。

3、質(zhì)量流量計用于密度測量的現(xiàn)場應(yīng)：
   用3.1選型    2012年底首次用于在線測量硫氨液密度，根據(jù)現(xiàn)場工藝條件及介質(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;美國艾默生的質(zhì)量流量計彎形流量管的諧振頻率較低，能獲取較強的原始測量信號，在潛在的兩相流介質(zhì)測量中性能穩(wěn)定而卓越。

    在選型中遇到的一個主要問題是選擇流量管的形狀。質(zhì)量流量計的形狀大致分為彎管和直管，各有不同的使用場合。經(jīng)過仔細的對比分析，得出彎管比較適合于對密度精度的要求，原因如下:測量密度的原理是測量流量管的振動周期來計算密度，理論上振動周期和密度為線性的正比關(guān)系，所以廠家都會用兩點標定法來確定振動周期和密度間的關(guān)系。但是在實際使用中，振動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。所以直管流量計除非在現(xiàn)場多點標定，否則根本無法得到滿意的密度精度。而現(xiàn)場標定需要很高的條件，幾乎無法實現(xiàn)。因此，我們選擇的F系列彎管流量計。

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

3.2、安裝：
    根據(jù)質(zhì)量流量計的測量原理可知，質(zhì)量流量計所測到的質(zhì)量流量與流體的溫度、壓力、勃度、電導(dǎo)率和流動狀態(tài)無關(guān)，但是流體介質(zhì)充滿測量管才是質(zhì)量流量計正常運行的保證，如果氣化或氣穴現(xiàn)象在流量傳感器內(nèi)產(chǎn)生，流量計的操作和性能將受到影響。    實際安裝中還要考慮避免管道振動，避開電磁輻射干擾。要注意工藝管道應(yīng)對中，兩側(cè)法蘭應(yīng)平行;傳感器的安裝方向要保證被測介質(zhì)能夠完全充滿傳感器，對于本文所測量的介質(zhì)為液體故安裝時傳感器測量管應(yīng)向下部安裝?，F(xiàn)場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)。高準質(zhì)量流量計2700型變送器組態(tài)可以用變送器上帶的兩個光敏按鍵組態(tài)，也可用1臺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)項目 
  ①組態(tài)測量單位:根據(jù)需要選擇測量變時的過程單位，這里選用密度測量，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應(yīng)的量程:這里組態(tài)4}20mA輸出對應(yīng)的密度測量范圍為1~1.5。
 ④回路測試(如果需要數(shù)據(jù)遠傳):確認現(xiàn)場通訊器給定的輸出信號到DCS系統(tǒng)顯示一致。
 (2)其他組態(tài)項目
    ①組態(tài)小流量切除值:根據(jù)實際顯示確認切除量的大小; 
    ②態(tài)過程變量的阻尼和附加阻尼:根據(jù)實際變量顯示波動情況確定阻尼系數(shù)。
    ③組態(tài)流向:根據(jù)據(jù)確認流量為正流量輸出。
    ④組態(tài)團狀流和故障輸出:根據(jù)實際組態(tài)成故障時輸出***小值。
    ⑤組態(tài)儀表系數(shù):根據(jù)傳感器銘牌上所標注的儀表系統(tǒng)，組態(tài)到變送器中，保證測tit:精度。

4、投運后的問題及效果測試：
    2012年底項目完成，試車生產(chǎn)。硫氨液密度測量值可靠，與工藝手動分析值比較，數(shù)據(jù)接近，整個尾氣洗滌系統(tǒng)性能指標較好，尾氣經(jīng)洗滌后的外排二氧化硫含量達到規(guī)定。
    2016年大修前儀表測量值與工藝手動分析值之間存在+0.35g/cm，左右偏差，大修時拆開傳感器法蘭檢查，內(nèi)管壁上有少量黃色垢層，用稀硫酸做簡單沖洗后仍有少量垢層，影響測量精度。安裝投運后，與工藝手動分析值比較，仍有+0.20g/cm'左右誤差，之后，根據(jù)實際情況對儀表進行了校正。在此給出簡單的校正方法:    在確認按工藝分析值做為真實值時，對流I-i (_計進行校正，用375通信器掛接變送器，進入主菜單第5項詳細設(shè)置(Detailed setup)—第I項特性化傳感器(Charize Sensor)—第6項儀表因素(MeterFactors)—第3項密度因素(Dens factor)，之后改這個數(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值之間誤差不超過O.OSg/cm3o    2016年1月，根據(jù)儀表維護要求，做了一次儀表實測值與工藝分析值之間的對比，如表1所示。

表1 硫氮液手動分析與儀表在線分析值對比
    從表中可以看出，質(zhì)量流量計測量出的值與工藝認可的值之間較吻合。同時，脫硫裝置對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實時截圖，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'，遠遠低于要求的上限指示。密度測量儀表DIC-20001與調(diào)節(jié)閥DV-20001實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。

5、小結(jié)：
    使用公司生產(chǎn)的質(zhì)量流量計測量硫氨液的密度，儀表從選型及實際運用，效果較好，運行中維護較小，確保證首次安裝符合規(guī)范，測11.值是可信的。
    對分析儀表運行中出現(xiàn)的問題，要根據(jù)流徽測以的原理及故障處理方法進行，不能盲目修改儀表參數(shù)。
    硫氨液密度測以的準確度直接影響洗滌吸收效果，同時也影響洗滌氨水I`i%的多少，對脫硫成本及裝置環(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量提供較好的借鑒。