稀硝酸,作为工业生产中使用的重要原料,在诸多化工领域均扮演着举足轻重的角色。其生产过程因工艺差异,对物理化学特性及测量精度提出了多样化的要求。作为一种连续性的化工生产流程,稀硝酸的生产涉及各种物料在高温、高压环境下的复杂化学反应与物理变化。
当前,国内外普遍采用双加压法生产稀硝酸。该过程始于液氨经过精细过滤,随后在氨蒸发器中转化为气氨,并进入氨空混合器与空气充分混合,再送入氧化炉进行高效的催化氧化反应,生成氧化氮气体。这些气体在吸收塔内与水反应,转化为含氮氧化物气体的稀硝酸,最后经过漂白塔,利用空气吹出溶解气体,从而制得成品——稀硝酸。为确保生产过程的稳定与安全,现场操作需实时监控氨、空气、稀硝酸及蒸汽的流量。
在稀硝酸的生产制备过程中,精确测量各种原料的流量至关重要,所使用的测量仪表种类繁多,选择时需综合考虑仪表性能、介质特性、环境条件、安装难度及经济成本。本文结合稀硝酸装置的工艺,详细阐述了标准孔板、威力巴、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计及转子流量计等多种流量仪表的应用情况。
二、稀硝酸装置中的流量测量
2.1 差压式流量计
2.1.1 孔板流量计
标准节流装置与差压变送器的组合,适用于测量液体、气体及蒸汽的流量,具有结构简单、安装便捷、性能稳定且价格低廉的优势。孔板作为标准测量元件,符合全球工业标准。在稀硝酸装置中,常用于测量低压蒸汽及蒸汽冷凝液等介质。然而,长期实践表明,孔板流量计存在测量精度受限、量程比小、引压管易泄露堵塞及磨损等问题,因此在高精度要求或介质流量波动大的场合,其适用性受限。
2.1.2 威力巴流量计
上世纪90年代,美国VERIS公司推出的威力巴流量计,通过多组取压孔检测流体差压,实现高精度测量,且压力损失仅为传统孔板流量计的十分之一。以年产10万吨稀硝酸装置为例,进汽轮机的过热蒸汽流量测量中,威力巴流量计相较于孔板流量计,在能量损耗方面表现出显著优势。此外,威力巴流量计还具有测量精度高、量程比大、压损小、安装简便及节能高效等特点,广泛应用于稀硝酸装置中的气氨、空气及蒸汽流量测量,有效提升了系统性能并降低了能耗。
2.2 电磁流量计
电磁流量计基于法拉第电磁感应定律,专为测量导电流体的体积流量而设计。其结构坚固、测量压力损失极小,适用于导电率大于5×10^-6 S/cm的液体,包括腐蚀性液体、含固体颗粒或悬浮物的流体及泥浆。电磁流量计输出信号不受液体温度、压力及密度影响,测量量程高、范围广且精度高。在稀硝酸装置中,电磁流量计被广泛应用于测量稀酸泵出口酸流量及低压反应水冷凝器入口循环酸等流量,电极及衬里材料可根据介质特性进行定制,安装方式灵活多样。
2.3 涡街流量计
涡街流量计利用流体中设置的漩涡发生体产生卡曼涡街效应,将旋涡频率转换为与被测介质流速成正比的脉冲信号,从而实现流量测量。涡街流量计具有结构简单、安装方便、维护成本低、测量精度高及压损小等优点,适用于液体、气体及蒸汽的流量测量。在稀硝酸装置中,涡街流量计被用于测量氨、空气、脱盐水及低压蒸汽等介质的流量。然而,涡街流量计对流畅畸变及旋转流敏感,安装时需确保上下游侧直管段长度足够,并远离振动源及电磁干扰源。
2.4 科里奥利质量流量计
科里奥利质量流量计利用科里奥利效应测量流体质量流量,由流量传感器和转换器组成。其测量精度高、重复性好,且介质黏度及密度变化对测量影响极小。尽管价格昂贵,但因其综合性能,在贸易计量或精确测量场合具有不可替代的优势。在稀硝酸装置中,质量流量计常用于测量液氨及成品酸的流量,安装时需确保测量管无额外支撑点,以保证测量精度。
2.5 转子流量计
转子流量计又称浮子流量计,由垂直锥管和可随流体流量上下移动的浮子构成。其检测量程适中,直管段长度要求较低。在稀硝酸装置中,金属转子流量计常用于测量吸收塔不同塔板层上稀硝酸的流量,既可现场指示流量值,又可实现信号远传。
三、流量计的选型
流量计选型是仪表应用中的关键环节。在稀硝酸装置中,选型应遵循以下步骤:首先,根据流体特性(如温度、压力、密度、粘度及电导率)初选合适的流量计类型;其次,考虑安装条件(如直管段要求、振动及电气干扰等)对测量精度的影响;再次,评估流量测量元件造成的能量损失,避免在同一生产管道中过多使用压损较大的测量元件;最后,在投资允许的情况下,结合节能高效原则,选择质量可靠的流量计类型及生产厂家。
结束语
综上所述,不同流量仪表各具特色与局限。在稀硝酸装置中选择流量计时,应全面比较各仪表特性,并结合工厂实际情况,选择既安全可靠又经济耐用的最佳方案。
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