硫酸生產(chǎn)裝置的自動化儀表大都處于強腐蝕、高磨損的工藝環(huán)境中，儀表選擇合理的型式和防腐方案，不僅是儀表正常工作的前提，也決定了DCS自動控制系統(tǒng)能否正常運行，繼而影響到工藝指標(biāo)以及產(chǎn)能、成本等各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的實現(xiàn)。接下來小編簡單介紹一篇關(guān)于硫酸系統(tǒng)儀表的論文。

　　1稀酸流量、壓力儀表的選用

　　1.1一級洗滌器工藝介質(zhì)的特點一級洗滌器需要檢測的工藝參數(shù)主要有：1)洗滌器進、出口煙氣的溫度、壓力;

　　2)洗滌酸入塔、出塔的溫度;

　　3)洗滌酸上、下噴淋支管壓力;

　　4)洗滌酸總管流量等。其中第1，2項溫度、壓力等測量儀表，通常根據(jù)介質(zhì)參數(shù)采用316L不銹鋼護套或普通聚四氟乙烯襯里，不再贅述。現(xiàn)重點探討第3，4項，即洗滌稀酸的壓力、流量等工藝檢測儀表的防腐耐磨和選型問題。硫鐵礦或冶煉煙氣制酸系統(tǒng)凈化工段多采用封閉酸洗工藝，其一級洗滌器無論是采用逆噴湍沖洗滌器還是文氏管洗滌器，都是工況條件最惡劣的設(shè)備，具有強腐蝕、高磨損的特點，對儀表型式和防腐方案的選擇有著決定性的影響。某100kt/a鉛冶煉煙氣制酸裝置建成投產(chǎn)后3d內(nèi)測得一級洗滌器洗滌酸的部分工藝特性參數(shù)為：溫度55～65℃，噴淋各支管壓力0.15～0.2MPa，w(H2SO4)5%～15%，ρ(Cl-)0.098g/L，ρ(F-)0.165g/L，沉淀物(PbO、PbSO4、懸浮物等)質(zhì)量分?jǐn)?shù)25g/L，并有顆粒直徑為0.5～4mm的焊渣、鐵屑等，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約2.2g/L，曾發(fā)現(xiàn)過8mm長焊條頭。

　　1.2儀表襯里層選擇需要考慮的因素

　　在正常的工藝條件下，介質(zhì)溫度55～65℃，流速3.5～4.5m/s，洗滌酸中幾乎所有成分都是強腐蝕介質(zhì)，對大部分金屬都會產(chǎn)生非常強烈的腐蝕，Cl-則對包括316L在內(nèi)的所有常用的奧氏體不銹鋼晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕和破壞，F(xiàn)-則對硅酸鹽類陶瓷材料和鈦、鉭等耐蝕性強的金屬產(chǎn)生腐蝕和破壞。但防腐問題只是儀表選用所需考慮的第一個因素，實際上，單純解決儀表的防腐問題并不難：對于壓力變送器或壓力表，只要選用帶聚四氟乙烯(PTFE，又稱“F44”)襯里的隔膜式儀表，而避免使用直通式儀表即可解決;對于流量儀表(根據(jù)介質(zhì)特點，此處通常選用三電極電磁流量計)，采用聚四氟乙烯襯里防腐效果也非常好。儀表襯里所面對的還有“磨損”和“負(fù)壓”的問題。洗滌酸中的金屬顆粒在高速流動狀態(tài)下，甚至?xí)�直�?ldquo;撞破”襯里層;即使系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行，金屬顆粒大為減少，但其他固體顆粒也仍舊會持續(xù)磨損襯里，影響儀表的正常使用壽命;“負(fù)壓”則可能將襯里層從壓力表隔膜或流量計管道內(nèi)壁上剝離，形成“鼓肚”，從而影響襯里層的機械強度，使之更容易破損。襯里層面臨的“負(fù)壓”現(xiàn)象發(fā)生在系統(tǒng)停車的初期，主要原因有兩個：①系統(tǒng)停車檢修時，系統(tǒng)內(nèi)外溫度差較大，系統(tǒng)高處打開的人孔會向外“抽風(fēng)”。根據(jù)經(jīng)驗，這個負(fù)壓可高達0.5kPa以上，持續(xù)時間可達8h以上;②由于洗滌酸泵停運時，洗滌酸從管道高處迅速向低處回流而形成負(fù)壓，這個負(fù)壓持續(xù)時間只有5～10s左右，但負(fù)壓值卻高達10～20kPa，對襯里破壞最大。豫光鋅業(yè)有限公司硫酸系統(tǒng)在試產(chǎn)過程中，一個月內(nèi)曾損壞了3臺電磁流量計和2臺隔膜式壓力變送器，其中有1臺壓力變送器才換上去一天就順著導(dǎo)壓軟管漏酸，拆下來后發(fā)現(xiàn)隔膜幾乎被“吃光”，硅油全部流失。分析儀表損壞的原因，3臺電磁流量計全部是因為襯里層“鼓肚”而破損，壓力變送器則是因為襯里層“鼓肚”后而被鐵屑等撞破。

　　1.3襯里材料和襯里工藝的選擇

　　循環(huán)酸內(nèi)的固體顆粒和系統(tǒng)中的“負(fù)壓”是客觀存在的，解決儀表襯里層的破壞問題，只能從襯里層的材料和襯里工藝入手。河南正海實業(yè)作為儀表安裝單位，經(jīng)過與生產(chǎn)單位及儀表、襯里材料生產(chǎn)廠家等多家單位共同協(xié)商、研討，最終采用了加厚的可溶性聚四氟乙烯(PFA)制作襯里層，采用“緊襯”工藝，解決了磨損和負(fù)壓損壞襯里的問題。普通聚四氟乙烯(PTFE)雖然防腐性能優(yōu)異，但抗磨損能力較差;且溫度較高時會變軟，機械強度下降，抗負(fù)壓性能更差。而且其黏結(jié)性不好，作為襯里材料難以避免與基面間形成氣隙，這是儀表在高溫和負(fù)壓時損壞的主要原因�？扇苄跃鬯姆�乙烯(PFA)又稱“過氟烷基化物”，是一種四氟乙烯和全氟烷氧基乙烯的共聚物。其材料強度、耐磨性、耐老化性、耐溫性均優(yōu)于PT-FE、F46。更為優(yōu)異的是其與金屬良好的黏結(jié)性能，能與壓力變送器的膜盒、電磁流量計內(nèi)管壁的金屬基面形成“緊襯”，消除氣隙，同時加厚了襯里層(壓力變送器襯里厚度由0.5mm提高到1mm，電磁流量計襯里厚度由3mm提高到5mm)，徹底解決了這個問題。另外需要提出的是電磁流量計的電極材料推薦選用哈氏合金C(HC)或鉑(Pt)，其他金屬材料對F-、Cl-離子的耐腐性能均不如前者。

　　2濃硫酸濃度計的選擇

　　硫酸濃度是干吸工段最重要的工藝指標(biāo)，根據(jù)工藝要求，硫酸濃度的調(diào)整范圍只有0.2%～0.5%。很多單位就是由于該儀表的選型問題，造成儀表精度不夠、可靠性不足而不得不放寬工藝要求，從而降低了指標(biāo)控制的精準(zhǔn)度。不僅影響到煙氣含水率、吸收率、尾氣酸霧含量等工藝指標(biāo)，同時也影響成品酸質(zhì)量和催化劑、管道等設(shè)備的使用壽命，因此濃硫酸濃度計是干吸工段最重要的儀表。硫酸濃度計的型式，根據(jù)其工作原理主要有密度式和電導(dǎo)式兩大類，其他還有沸點式、諧振式、折線式等。其中，稱重式濃度計由于受硫酸的溫度、流速、傳感器標(biāo)定等外界因素影響較大，測量誤差大和儀表維護、調(diào)校工作量大等缺點，近年來已較少采用。而沸點式、諧振式和折線式則在國內(nèi)只有極少數(shù)廠家使用，在此重點討論電導(dǎo)式濃度計。

　　2.1電導(dǎo)式酸濃計的工作原理

　　電導(dǎo)式酸濃計是根據(jù)硫酸電導(dǎo)率與硫酸濃度和溫度之間具有對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系而設(shè)計的。因此，只要能夠精準(zhǔn)地測量硫酸的電導(dǎo)率和溫度，儀表芯片便能及時計算出硫酸的濃度。濃度計根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，傳感器初級繞組輸入一個交流電壓，電導(dǎo)率的變化在次級感生出一個變化的電動勢，采用無電級電導(dǎo)傳感器(俗稱磁頭)檢測流經(jīng)傳感器導(dǎo)流孔的硫酸的電阻及電導(dǎo)率，再根據(jù)Pt100鉑電阻實時測量的硫酸溫度，計算出相對應(yīng)的硫酸濃度。根據(jù)檢測取樣方式的不同，電導(dǎo)式硫酸濃度計主要有“抽出式”和“插入式”兩大系列產(chǎn)品，所謂“抽出式”，是指在硫酸主管道上安裝閥門，把硫酸樣品引到一特制的測量槽中進行檢測。在測量槽接引出管，把槽內(nèi)硫酸釋放到低位酸槽中。采用這種方式的儀表主要有Foxboro公司的871FT酸濃分析儀、南京捷森化工自動化有限公司的DWL-1L型酸濃分析儀等。所謂“插入式”，是指酸濃分析儀直接插入到硫酸主管道中進行測量，樣品不再引出。采用這種方式的儀表主要有“E+H”公司的CLS50型硫酸分析儀，無錫市某廠的LM系列硫酸濃度儀等。

　　2.22種電導(dǎo)式濃度計的對比

　　2.2.1儀表的密封性

　　“抽出式”儀表裝設(shè)在測量槽中，對儀表的耐壓、密封要求較低，適合國內(nèi)的傳感器加工水平。由于儀表沒有直接裝設(shè)在工藝主管線上，檢修、調(diào)校比較方便。缺點是硫酸中溶解的SO2氣體，在進入測量槽后由于壓力驟降為零而析出，對現(xiàn)場操作環(huán)境不利。這種取樣方式對采樣閥的要求也較為苛刻：閥門前后壓差較大，容易造成填料函等處漏酸;且閥門平時開度很小，容易在閥座底部凹槽處沉積酸泥和沉淀，影響閥門關(guān)合性能，造成閥門“關(guān)不嚴(yán)”，需要經(jīng)常清理維護，也影響閥門壽命。“插入式”儀表直接安裝在硫酸主管道上，承受正常工藝壓力，通常為0.25～0.40MPa，因此對儀表的耐壓、密封性要求較高，傳感器承受硫酸的沖刷力也較大，一旦漏酸系統(tǒng)必須停車才能處理，儀表的檢修、調(diào)整、校驗也必須待停車后進行。因此儀表通常安裝在酸泵出口上升段的直管上，停車后酸管內(nèi)沒有酸。這種儀表工作較為穩(wěn)定，且沒有采樣閥、測量槽等附件，儀表維護量小，也不存在SO2氣體吸出的問題，對現(xiàn)場操作環(huán)境較為有利。以前這種儀表多采用進口產(chǎn)品，近年來LM系列硫酸濃度計的應(yīng)用也較為廣泛，精度可滿足工藝要求，性能較為穩(wěn)定。

　　2.2.2儀表的測量精度

　　一般來說，在傳感器性能相同的情況下，“插入式”儀表的精度比“抽出式”要高一些。這主要是由于以下3個原因：

　　1)采樣的即時性不同。“插入式”儀表安裝在硫酸主管上，傳感器可及時感知酸濃的變化;而“抽出式”由于是在測量槽內(nèi)測量，新酸入槽需要與原酸混和，因此硫酸濃度的變化相對滯后。

　　2)溫度補償?shù)木�度不同。對�?ldquo;插入式“儀表，溫度儀和濃度儀都裝在硫酸主管上，兩點之間實際溫差很小可忽略;而對于“抽出式”儀表，高溫硫酸進入測量槽后溫度很快下降，在北方冬季嚴(yán)寒的天氣條件下，即使把溫度儀裝設(shè)在測量槽中，也會由于酸溫接近或低于儀表的溫度補償下限而使誤差增大。同時在低溫度下，w(H2SO4)93%酸的電導(dǎo)率還可能出現(xiàn)“雙值”，進一步加大誤差。

　　3)氣泡的影響。進入測量槽后，硫酸中溶解的SO2會因壓力驟降而析出，形成氣泡，影響電導(dǎo)率，加大“插出式”儀表的測量誤差;而“插入式”儀表則不受此影響。“插入式”硫酸濃度儀近年來已日漸成熟普及，與“抽出式”相比，其具有精度高、安裝及維護簡便的特點，因此有取代“抽出式”儀表的趨勢。

　　3結(jié)語

　　儀表的合理選型和技術(shù)方案的正確選擇，是工業(yè)裝置實現(xiàn)自動化控制的基礎(chǔ)。作為安裝單位和儀表工作者，應(yīng)深入了解各種生產(chǎn)裝置的工藝原理和細(xì)節(jié)，才能有針對性地提出合理的儀表選型和技術(shù)方案，更貼近于生產(chǎn)實際，更好的服務(wù)生產(chǎn)。

　　閱讀期刊：《中國儀器儀表》

　　《中國儀器儀表》雜志(CHINAINSTRUMENTATION)創(chuàng)刊于1981年，是當(dāng)時國家儀器儀表總局的“官方刊物”，由國家新聞出版署批準(zhǔn)注冊、面向國內(nèi)外正式出版發(fā)行的綜合類技術(shù)期刊�，F(xiàn)由中國機械工業(yè)聯(lián)合會主管，機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會主辦。

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