文雪松

（浙江石油化工有限公司，浙江舟山 316000）

丙烷脫氫獲取丙烯的生產工藝，因其原料、產品單一，投資低而收率高等優(yōu)勢，越來越受到各個廠家的重視。在目前已經投產的丙烷脫氫裝置中，主要有美國UOP 公司的移動床反應器、催化劑連續(xù)再生的Oleflex工藝和美國Lummus 公司采用的固定床反應器的 Catofin工藝[1]。這兩項工藝技術成熟可靠，均已實現(xiàn)工業(yè)化且各具特點。本裝置由北京寰球工程公司承擔設計，采用UOP公司的 Oleflex負壓生產技術、催化劑連續(xù)再生工藝。催化劑的循環(huán)動力主要來自于催化劑自身重力流流動和提升氫氣流量，根據本裝置介質干凈和對壓力損失要求比較嚴格的特點，結合渦街流量計高精度、高可靠性、價格便宜、使用場所要求不高的特點，故選用渦街流量計作為本裝置催化劑及氫氣的流量測量。

1 渦街流量計結構特點和工作原理

1.1 結構特點

渦街流量計是一種速度式流量計，根據卡門渦街原理來測量氣體、蒸汽或液體的體積流量。主要用于工業(yè)管道介質流體的流量測量，能夠測量氣體、液體、蒸汽等多種介質。其特點是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、黏度等參數(shù)的影響。無可動機械零件，因此可靠性高，維護量小，儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。

1.2 工作原理

渦街流量計由漩渦發(fā)生體、頻率檢測器、信號轉換器等組成，輸出4~20mADC信號或脈沖電壓信號。其工作原理是在流體中設置漩渦發(fā)生體，從旋渦發(fā)生體兩側交替地產生有規(guī)則的漩渦，這種漩渦稱為卡門渦列，如圖1卡門渦列示意圖所示，漩渦列在漩渦發(fā)生體下游非對稱地排列[2]。

圖1 卡門渦列示意圖

根據大量實驗證明，漩渦發(fā)聲體單側漩渦產生的頻率f、流速v、直徑d之間有如下關系：

式（1）中：Sr為斯特勞哈爾數(shù)。由于Sr是雷諾數(shù)的函數(shù)，由此得到：

式（2）中：A。為流通截面積；Σ為儀表常數(shù)。

根據上式可以知道，當斯特勞哈爾數(shù)Sr為常數(shù)時，流量Qv與單側漩渦產生的頻率f成正比關系。

所以，使用檢測元件測出漩渦的頻率，就可以算出流體的流量。

1.3 漩渦發(fā)聲體

常見的漩渦發(fā)聲體有圓柱形、T柱形、三角形等。圓柱形漩渦發(fā)聲體的斯特勞哈爾數(shù)較大，穩(wěn)定性也強，壓力損失小，但漩渦度較低[3]。T柱形漩渦發(fā)聲體的穩(wěn)定性高，漩渦強度大，但壓損較大。三角形漩渦發(fā)聲體的壓力損失適中，漩渦強度較大，穩(wěn)定性也好，使用較多。UOP丙烷脫氫工藝裝置的渦街流量計多使用在氫氣介質環(huán)境下，對壓力損失要求比較嚴格，故選用的基本都是三角形漩渦發(fā)聲體。

2 渦街流量計安裝注意事項

1）渦街流量計傳感器應該保證盡量水平或垂直安裝在與公稱通徑相應的管道上，如果非得垂直安裝時，流體的流向應自下而上。

2）渦街流量計在用作流量調節(jié)時，應將渦街流量計的傳感器安裝在調節(jié)閥的前面，否則在小流量時，調節(jié)閥產生的射流會對渦街流量計的測量產生影響，會出現(xiàn)閥門開小，流量反而增大的現(xiàn)象。

3）前后直管段要求流量計在安裝時，其上游和下游應配置一定長度的直管段，其長度應滿足安裝的要求。流量計上游要保證有 10D~35D的直管段，流量計下游直管段應大于 5D，上游直管段的長短，根據上游管線是否有直角彎、擴大管、縮徑管而定。

4）防震安裝。管道的強烈震動會對渦街流量計的測量產生一定的影響，故渦街流量計應盡量避免安裝在強烈震動的管道上，特別是橫向振動，以免影響測量精度。若必須安裝在存在震動的管道上時，可以采取下面的方法來減少震動引起的干擾：在管道適當?shù)奈恢迷O置固定支架、導向支架、滑動支架或限位裝置，必要時設置減振器或阻尼器，達到降低振動噪聲目的。

5）測量高溫介質時的安裝。根據工藝介質操作溫度大于100℃時，可選用分體式渦街流量計，傳感器側裝或朝下安裝。工藝管線做保溫時，保溫不超過儀表標記的最大保溫截至線，避免由于高溫的原因造成傳感器內電氣元件故障。

6）連接傳感器的專用電纜盡可能遠離強電磁場，決不允許與高壓電纜平行敷設。渦街流量計表頭格蘭接線做好防水、防潮處理，防止電氣元件損壞。

3 常見故障分析及處理方法

由于渦街流量計流量信號很弱，屬于毫伏級、微安級或更低。這些微弱的信號，有的還要用較長的分體式電纜送到儀表的檢測放大器，中間耗損很大。同時由于儀表安裝的現(xiàn)場都在裝置內，供電電纜密集，大功率的電力設備啟動頻繁，在周圍產生強大的電磁場，導致渦街流量計電源不穩(wěn)并對流量信號產生干擾，直接影響變送器的流量測量[4]。

3.1 故障現(xiàn)象：測量值波動大

（1）分析原因：阻尼時間設置過小或者靈敏度值設置過大。

（2）解決辦法：設置setup—電流輸出current output— 阻尼output damping默認3s，在不影響安全操作的前提下，可以適當增大阻尼時間。另外設置菜單中還有靈敏度值，值越高越靈敏，值越低越遲鈍。另外渦街小流量切除LF-cut off推薦采用默認值0和50%，這個50%意思是如果切除值設了10kg/h，那么當流量低于該值時會被切掉，然后再重新超過10kg/h的50%也就是15kg/h以上才會重新顯示，防止流量來回在小流量切除值附近震蕩。

3.2 故障現(xiàn)象：渦街小流量測不到

（1）分析原因：靈敏度值設置過大。

（2）解決辦法：專家Expert—輸入授權的密碼—傳感器Sensor—傳感器調整Sensor adjust—最小流量系數(shù)min.flow.coefficient可從11改為8到3。這個系數(shù)類似于靈敏度，值越小越對小流量敏感，但太小3以下也容易引入干擾產生波動。極個別小流量工況如果設為2、1、0還沒有流量顯示，可把傳感器調整菜單中渦街最小頻率設為0進行觀察。該步驟的所有參數(shù)建議都采用默認，除非特殊情況工況的流量確實很小測不到，可修改進行觀察。另外每次修改后，需要等待0.5min才能生效產生新的測量值。

3.3 故障現(xiàn)象：面板不亮或啟動異常

（1）分析原因：通常是傳感器脖子內圓形預放板故障導致，偶爾變送器右邊腔室電源模塊也會引起上述現(xiàn)象，另外分體式渦街傳感器四個端子的半圓形接線板進水或故障也會導致上述現(xiàn)象。

（2）解決辦法：如果現(xiàn)場介質溫度超過200℃，表頭必須側裝或下裝，100℃以上則建議側裝或下裝，避免傳感器脖子內圓形預放板被燙壞。由于高溫和安裝等原因，圓形預放板是相對容易壞的板件。使用排除法更換圓形預放板、電源模塊、半圓形接線板。

4 渦街流量計維護

從裝置開工后的使用和維護來看，渦街流量計是一種結構簡單、測量精度高、校驗方便、故障低、易于維修的流量測量表。但想要其保持可靠、長周期的使用還是要加強平時的巡檢維護。

（1）由于本裝置地理位置身處海島，空氣濕度較大，日常多做巡檢時，如發(fā)現(xiàn)表內有潮濕現(xiàn)象，要及時進行干燥處理。建議在天氣干燥條件允許的情況下，將受潮儀表蓋打開，通風透氣幾小時。

（2）對于工藝管線振動較大地方，增加管道支撐等減震措施，防止渦街流量計內部元器件振松或脫落。

5 結論

渦街流量計的檢測傳感器不直接接觸被測介質，性能穩(wěn)定，可靠性高，能夠長期運行，壓力損失較小，量程范圍大，精度高，與采用了UOP工藝的丙烷脫氫裝置的介質潔凈，壓力和流量控制要求高的特點完美契合，通過綜合實用性、經濟型的考慮，本裝置循環(huán)氫氣的流量測量，選用渦街流量計具有廣泛的優(yōu)點。前期做好選型、正確規(guī)范安裝，做好設備的防水、防潮措施，加上日常的維護保養(yǎng)，既減少儀表維護人員的工作量，又能保證了裝置的平穩(wěn)運行。美國UOP公司的 Oleflex 工藝，選用了Pt/A1203催化劑，又使用串聯(lián)的四個加熱爐和四個絕熱式移動床，反應器的操作溫度范圍600~650℃，操作壓力-0.01MPa 進行脫氫反應。脫氫反應為強吸熱反應，循環(huán)氫氣操作溫度較高，對渦街流量計的安裝與保溫有特殊的要求，渦街流量計表頭要求側裝或垂直朝下安裝。