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摘要：針對尿素裝置高溫、高壓及介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)的特點，簡述了尿素裝置流量計的測量方法和原理；分析了差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、渦街流量計、電磁流量計、質(zhì)量流量計等5種流量計的適用范圍；提出了尿素裝置流量計的選型要，點和安裝要求。
關(guān)鍵詞：尿素裝置；流量計；選型；安裝
尿素裝置生產(chǎn)工藝目前主要采用CO2汽提法工藝、氨汽提法工藝和水溶液全循環(huán)法工藝。CO2汽提法和氨汽提法工藝比較先進(jìn)，氨汽提法工藝設(shè)備尚未完全國產(chǎn)化，且投資較高、建設(shè)周期長、需購買專利和工藝包：水溶液全循環(huán)法的工藝技術(shù)比較落后且能耗較高：CO2汽提法工藝已完全國產(chǎn)化，國內(nèi)單位可自行設(shè)計和建設(shè)。
改進(jìn)型CO2汽提法尿素工藝技術(shù)的組成為：高壓圈（包括尿素合成塔、汽提塔、高壓甲銨冷凝器、高壓洗滌器和高壓噴射器）、低壓分解吸收系統(tǒng)、真空蒸發(fā)系統(tǒng)、水解解吸系統(tǒng)和造粒系統(tǒng)。
尿素生產(chǎn)的主要原料為氨和二氧化碳，其他中間介質(zhì)主要有尿素溶液、碳酸銨溶液、氨基甲酸銨溶液、尿素甲銨液蒸汽冷凝液等，其中腐蝕性最強(qiáng)的介質(zhì)是高溫高壓下的甲銨液和尿素甲銨液。
在尿素生產(chǎn)中，流量測量具有重要地位，由于流量計的品種繁多，并且各種流量計具有特定的適用性，因此選型的目的就是在眾多品種中揚長避短，選擇經(jīng)濟(jì)合理的儀表。筆者以下結(jié)合二氧化碳汽提法尿素工藝，針對尿素裝置的工藝及介質(zhì)特點，根據(jù)各種流量儀表的不同測量原理，簡要介紹尿素裝置流量計的選型及安裝。
1差壓式流量計
差壓式流量計是測量流體流經(jīng)動壓測定裝置或節(jié)留裝置所產(chǎn)生的靜壓差來顯示流量大小的一種流量計，通常由檢測元件和二次差壓流量變送顯示儀表組成。HG/T20507-2000《自動化儀表選型設(shè)計規(guī)定》中指出“一般流體的流量測量，應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置]”。
差壓式流量計按照檢測元件的結(jié)構(gòu)形式不同可分為標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘里管、圓缺孔板、均速管等。
節(jié)流裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長、造價低等特點，并且標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘里管為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（IS05167或GB/T2624-2006中所包括的節(jié)流裝置），在設(shè)計、制造、安裝及使用方面都遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定則無需個別校準(zhǔn)而使用。因此，此類流量計的應(yīng)用范圍特別廣泛，在封閉管道的流量測量中各種對象都有應(yīng)用。
根據(jù)差壓式流量計的測量公式，由于差壓信號與流量為平方關(guān)系，節(jié)流裝置的量程范圍寬度較窄，一般為3：1~4：1。
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測量的流體必須是單向的，在物理學(xué)和熱力學(xué)上應(yīng)是均勻的，密度和黏度己知。流體流經(jīng)節(jié)流件時不發(fā)生相變，流速穩(wěn)定，只允許流量緩慢變化，因此不宜測量脈動流的流體，不宜測量易沉淀或有腐蝕性的流體。對于尿素裝置生產(chǎn)過程中的潔凈介質(zhì)，如工廠空氣、冷卻水、蒸汽冷凝液、蒸汽、二氧化碳?xì)怏w等流量測量一般選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。然后，通過計算，按照GB/T2624-2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》規(guī)定，結(jié)合節(jié)流裝置的使用范圍和工藝要求的允許壓損，選擇合適的節(jié)流元件，節(jié)流裝置的使用范圍見表1。
進(jìn)入尿素裝置主廠房及CO2壓縮主廠房的冷卻上水總管往往口徑特別大，對于此類大管徑、潔凈介質(zhì)的流量測量一般選用均速管類流量計，如阿牛巴、畢托管、德塔巴等，這些流量計的測量精度對安裝方向有特定要求，在設(shè)計選型安裝時一定要考慮周全。
在采用差壓式流量計測量時，檢測元件與差壓變送器之間的引壓管線（導(dǎo)壓管）為薄弱環(huán)節(jié)，可能產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)等故障。因此在設(shè)計安裝時應(yīng)盡量減少引壓管線的長度、并考慮一定的伴熱，防止介質(zhì)結(jié)冰。
在取壓口方位設(shè)計時，若為氣體介質(zhì)，差壓變送器應(yīng)高于取壓點：若為液體、蒸汽介質(zhì)，差壓變送器則應(yīng)低于取壓點，這樣導(dǎo)壓管中的冷凝液或氣體可以回到管道介質(zhì)中。當(dāng)冷凝液或氣體難以自流返回工藝管線（或設(shè)備）時，需相應(yīng)設(shè)置排氣、排液裝置。當(dāng)被測介質(zhì)中含有沉淀物或污濁物時，在測量管線的最低點應(yīng)設(shè)排污裝置。在設(shè)計排放口時，不得將有毒、有腐蝕性和嚴(yán)重污染環(huán)境的介質(zhì)任意排放，必須排放到指定地點或裝置內(nèi)的密閉排放系統(tǒng)。對于蒸汽介質(zhì)還需要特別注意冷凝容器應(yīng)安裝在同一標(biāo)高上，使冷凝容器中液位相對于差壓變送器的一段液柱高度所產(chǎn)生的壓力相抵消。
2轉(zhuǎn)子流量計
轉(zhuǎn)子流量計是通過量測設(shè)在直流管道內(nèi)的轉(zhuǎn)動部件的位置來推算流量的儀表，主要用于中、小管徑的流量測量，使用范圍廣泛。相比其他類型的流量計，轉(zhuǎn)子流量計可適用于高溫高壓場所，并且具有一定的耐腐蝕能力。轉(zhuǎn)子流量計按照用途可分為測量型及吹掃型。轉(zhuǎn)子流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、直觀、壓力損失小、維修方便等特點。轉(zhuǎn)子流量計適用于測量通過管道公稱通徑D≤150mm的小流量，也可以測量腐蝕性介質(zhì)的流量。
測量型轉(zhuǎn)子流量計主要用于尿素裝置中管道公稱通徑D≤150mm，介質(zhì)為工藝?yán)淠?、蒸汽冷凝液、脫鹽水、沖洗水等介質(zhì)的小流量測量，大部分的測量型轉(zhuǎn)子流量計主要用于尿液等易結(jié)晶腐蝕管線沖洗時的測量。
測量型轉(zhuǎn)子使用時流量計必須安裝在垂直走向的管段上，以使流體介質(zhì)自下而上地通過轉(zhuǎn)子流量計。
吹掃型轉(zhuǎn)子流量計一方面應(yīng)用于尿素裝置中用于設(shè)備氮封，另一方面應(yīng)用于儀表測量管線的吹掃。例如一段蒸發(fā)冷凝器、二段蒸發(fā)冷凝器的壓力測量，如果采用插入式膜片的結(jié)構(gòu)，尿素蒸汽很容易在膜片上產(chǎn)生結(jié)晶，影響測量結(jié)果，這時就需要采用吹掃轉(zhuǎn)子流量計進(jìn)行壓力的測量。
吹掃型轉(zhuǎn)子流量計在安裝時應(yīng)選擇合適的位置安裝，以確保流量計吹掃裝置的調(diào)整、清洗、拆卸方便，并確保介質(zhì)的流體方向與流量吹掃裝置要求的方向相同。安裝時，針型閥應(yīng)全部關(guān)閉，在實際測量時為防止浮子的突然加速，上沖撞擊限位器，損壞測量部件，應(yīng)緩慢地打開針型閥，將壓力調(diào)整到工作壓力。
3渦街流量計
渦街流量計是一種速度式流量儀表，通過流體經(jīng)過非流線形物體時，產(chǎn)生漩渦的頻率計算出流量。渦街流量計主要用于尿素裝置中的潔凈介質(zhì)的流量測量，流體介質(zhì)如冷凝液、氨水、蒸汽等。渦街流量計的特點是壓力損失小，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。
需要注意的是對于液氨介質(zhì)的測量，如果采用差壓式流量計，在節(jié)流元件前后會產(chǎn)生低壓區(qū)，可能導(dǎo)致液氮介質(zhì)由于減壓造成的氣化，而發(fā)生兩相流狀態(tài)，這便使得差壓式流量計測量信號出現(xiàn)波動甚至超出正常測量范圍。如果不考慮經(jīng)濟(jì)成本和高測量精度，質(zhì)量流量計是最佳選擇，采用渦街流量計也可以，因其量程范圍寬，如果選型及設(shè)置得當(dāng)，不會產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。
渦街流量計安裝時應(yīng)注意避開高壓線、旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備、有毒有害環(huán)境、強(qiáng)烈機(jī)械振動環(huán)境。為了不影響儀表的測量精度，上下游直管段應(yīng)預(yù)留足夠的長度，否則會影響介質(zhì)在管道中的流場。
4電磁流量計
電磁流量計是一種基于法拉第電磁感應(yīng)定律的流量計。因其接觸介質(zhì)的只有襯里和電機(jī)，只要合理的選用襯里和電極材料，就可用于強(qiáng)腐蝕性的導(dǎo)電介質(zhì)的測量。
電磁流量計主要用于尿素裝置中的甲銨液、熔融尿液的流量測量。在設(shè)計時需注意熔融尿液的溫度一般較高，對于襯里的選擇應(yīng)滿足溫度要求。
由于電磁流量計的電極所測出的幾毫伏交流電勢，是以變送器內(nèi)液體電位為基礎(chǔ)的，為保證穩(wěn)定地測量，在電磁流量計安裝時應(yīng)特別注意變送器外殼與金屬管兩端應(yīng)有良好的接地。
5質(zhì)量流量計
質(zhì)量流量計分為科里奧利質(zhì)量流量計和熱質(zhì)量流量計。CO2汽提法尿素工藝需要對原料液氨進(jìn)行計量，這時科里奧利質(zhì)量流量計是唯一選擇。
科里奧利質(zhì)量流量計是利用流體介質(zhì)在直線運動的同時處于一旋轉(zhuǎn)系中產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的現(xiàn)象，直接或間接測量科氏力，從而測得質(zhì)量流量的儀表。
由于科里奧利質(zhì)量流量計測量結(jié)果不受溫度、壓力、黏度和密度等因素的影響，因此儀表測量精度比較高，可以達(dá)到±0.2%，并且該流量計對流體的流速分布不敏感，不受層流和紊流工況的影響，安裝時，儀表前后也不需要設(shè)置直管段。
受測量原理的限制，安裝科里奧利質(zhì)量流量計時應(yīng)注意避免在振動場合使用，并且安裝位置必須使測量管內(nèi)充滿液體。
6結(jié)語
在尿素裝置的儀表系統(tǒng)中，流量是一個重要的參數(shù)，其測量的結(jié)果對尿素裝置高效、穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。流量計的品種較多，在同一工況下的選型也并非唯一。在選型和安裝時必須根據(jù)以往尿素裝置的工程經(jīng)驗，選擇經(jīng)濟(jì)適用的流量計，充分考慮各種安裝要求，保障儀表的測量精度。
