ST98型質量流量計在煤焦化中的應用
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1 概述
煤氣凈化是將焦爐送來的荒煤氣經過洗滌、脫酸蒸氨、脫苯等一系列工序變成相對純凈的精制煤氣，再出廠送至煤氣站或終端用戶。
凈化后的精制煤氣中含有CO、O2、N2、H2等多種成分，每種成分的含量與工藝過程的控制有關，各工藝系統(tǒng)不盡相同。流量計計量單位通常采用體積流量和質量流量兩種。馬鋼煤焦化公司對出廠煤氣的計量選用了美國FLUID COMPONENTS INTL（FCI）公司的ST98型質量流量計，采用公制KG/HR作為計量單位，采集到的數(shù)據(jù)傳送到DCS系統(tǒng)中央控制室集中管理。本文就ST98型質量流量計在高空大口徑管道上的一些安裝技巧以及調試過程中需要注意的一些問題進行總結，供大家參考。
2 設備結構及測量原理
ST98型質量流量計是一種用于各類氣體測量的熱擴散式質量流量計。它由一個流量元件、一個流量變送器和一個封裝組成。對于小口徑過程管線，一般使用在線式流量元件；對于大于40mm的大口徑過程管線，一般使用插入式流量元件。流量元件的過程連接方式、流量變送器的輸入電源、輸出信號標定以及封裝和安裝方式均有多種方案供用戶選擇。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境（I區(qū)防爆）的要求，馬鋼選用了流量變送器與流量元件一體化就地封裝、插入式螺紋連接安裝方式的ST98型質量流量計。
測量原理為：一個低功率加熱器通過加熱一個電阻式溫度探測器（RTD），在兩個RTD間造成一個溫度差。流體的流動將被加熱的RTD上的熱量帶走，造成兩個RTD間的溫度差成比例變化。流量變送器將RTD間的溫度差轉換成一個刻度輸出信號至DCS和一個可選的顯示值至現(xiàn)場數(shù)顯。圖1為ST98流量元件示意圖。
3 安裝
1）確認流量元件的安裝位置
出廠煤氣管道架設在管廊架頂層，標高＋7500mm，管外徑1220mm，管材質為Q235炭鋼。ST98要求流量元件上游至少留出20倍管徑（過程管線）的直管段；下游留出10倍管徑的直管段。流量元件插入過程管線，過中心線0.5 inch(12.7mm)，且與管線橫截面在同一平面上。FCI建議流量元件豎直或水平安裝在過程管線中。
考慮到過程氣體中可能含有水分甚至少量焦油等液體聚集到RTD上，再成珠狀物滴下，帶走部分熱量影響兩RTD上的溫度差，從而影響到測量精度。我們采取將流量元件安裝在過程管線與水平線夾角45°斜向上的位置（如圖2所示）。當有液體滯留在RTD上時，會迅速沿著RTD向下散開，不至于聚集成珠狀物滴下而帶走熱量。
此主題相關圖片如下：
2）過程連接頭安裝
過程連接頭為304不銹鋼，成環(huán)柱狀（如圖3）。必須保證過程連接頭上底面S與工藝管線軸線和L1所在平面平行，才能確保流量元件自過程連接頭插入過程管線后，過橫截面圓心，且與橫截面平行。
首先，根據(jù)安裝位置的要求，在工藝過程管線上標出一點O，在O點兩側，用線錘確定豎直方向與過程管線的切點A及A’（如平視圖4），連結AA’,過A及A’作AA’垂線，自A及A’沿其垂線向下標出1/4過程管線周長位置B和B’，過O點作OO’⊥BB’于點O’，則O’點就是流量元件的準確安裝位置。
3）流量元件的安裝
Ⅰ、計算出管道外徑的1/2，加上0.5 inch，在流量元件探桿上標出這一長度（自RTD端部）。
?、?、將流量元件緊固件插入過程接頭，按ANSI B16.5力矩規(guī)格擰緊，并使用適當密劑。測量過程接頭和擰緊的緊固件整體高出管道的尺寸，在第一個標記上標出這個長度。
?、?、插入流量元件，調整其位置，使第二個標記位于緊固件上平面，這樣就使流量元件超過管道中心線0.5 inch；同時使流量箭頭的小平面于過程介質流動方向平行（±1°），并使箭頭指向過程介質的流動方向。
?、簟⒋_認以上3步驟無誤（因金屬套環(huán)在擰緊后以鋸齒狀卡入流量元件探桿中，流量元件便不能作任何調整），用扳手卡住緊固件，件緊固件螺栓擰緊后再擰1.25圈，這樣，流量元件就密封固定安裝到位了。
4 接線
?、?、ST98型質量流量計用戶手冊設備說明以及接線圖均注明電源可用24V DC或220V AC，分別提供一種接線端子?？刹痖_變送器封裝后發(fā)現(xiàn)：接線端子旁注明 AC ONLY，故輸入電源只能使用220V AC。
Ⅱ、ESD警告
流量變送器包含靜電釋放（ESD）敏感裝置，在打開封裝或處理電子線路板裝置時，需要使用標準ESD警告：使用帶有接地的兆歐電阻器，或腕帶，或膝帶，使產生高靜電的物品如非ESD允許的塑料、膠帶和包裝塑料等遠離設備。
?、蟆⒔拥嘏c屏蔽
出于安全因素的考慮，ST98特別要求220V AC電源采用三線制，其中一根接地線必須連接到流量變送器接線端子排的接地終端。
因傳統(tǒng)4～20mA的I/O產品對變頻驅動設備等產生的高頻噪聲干擾較為敏感，且現(xiàn)場的電氣高頻噪聲污染較為嚴重。避免儀表信號傳輸回路遭受干擾，對輸出信號電纜采用屏蔽電纜，且屏蔽層在靠近變送器一端接地，DCS機柜一端包裹保護起來（另外，控制系統(tǒng)機柜組的交流電源接地、直流電源接地、電纜屏蔽層接地和機柜接地在柜內保持彼此分離，并且接地網與工廠防雷接地網等相對獨立）。
5 調試
使用ST98流量變送器提供的一個RJ－12通訊串口，可與FCI的FC88通訊器和PC機DB－9或DB－25接口進行通訊，用于對流量變送器進行參數(shù)設定或修改，調試過程中需要注意如下幾個容易出錯的問題。
?、?、流量計輸出數(shù)據(jù)和DCS操作站顯示的數(shù)據(jù)計量單位要統(tǒng)一，如SCFM或NCMH、LB/HR或KG/HR。
Ⅱ、流量計輸出數(shù)據(jù)標定和DCS控制系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)標定要一致，如4～20mA、0～20mA、1～5V DC、0～5V DC或0～10C DC。
Ⅲ、流量計的電子部分使用常數(shù)作為擬合曲線參數(shù)，用于顯示流量值。此常數(shù)由4節(jié)組成，根據(jù)用戶提供的過程介質中各種成分（如精制煤氣中的CO、O2、N2、H2等）含量百分比等相關參數(shù)計算得出。流量計生產商在設備出廠前一般都將此常數(shù)固化在EEPROM中，用戶不能修改。用戶提供的這些參數(shù)都來自于設計單位的設計理論值，因此與現(xiàn)場實際參數(shù)有一定的偏差。因此，流量計在實際應用中會出現(xiàn)較大的誤差，馬鋼煤焦化公司的此類流量計均因此出現(xiàn)了嚴重偏差。
6 結束語
通過五冶自動化分公司、設備生產商和業(yè)主監(jiān)理等多方技術人員現(xiàn)場分析和調試，對我們在安裝過程中對細節(jié)的把握和對技巧的使用給予了高度評價，尤其是對流量元件在插入過程管線時方位的選擇得到FCI充分肯定。事實上，ST98熱式插入安裝式質量流量計應用于可能含有水分等可凝結成液體雜質的過程氣體時，流量元件安裝方位都已采用在過程管線中線下方45°向上的方式。FCI的用戶手冊在設備安裝方位選擇方面沒有考慮介質含雜質問題，故一直沿用原有推薦安裝方式未做修正，F(xiàn)CI技術人員口頭上已經推薦并支持本文所采用的安裝方式。
設備投產使用過程中，誤差依然嚴重存在，詳細分析后，認為：業(yè)主先前提供的過程介質中各種氣體的含量百分比不準確，取樣氣化驗后將這些參數(shù)發(fā)往SAN MARCOS FCI總部重新計算了常數(shù)，由生產商技術支持人員從新設定后，使馬鋼煤焦化公司第二煤氣凈化車間的兩臺ST98質量流量計測量精度控制在了±1%以內，從而避免了出廠煤氣計量不準而造成的經濟損失。
本文用較大篇幅闡述了ST98流量元件現(xiàn)場安裝定位的一些小技巧，尤其提到了ESD警告與屏蔽接地等在施工中容易忽略的小細節(jié)以及在調試整定過程中容易產生問題的幾個方面。希望在以后安裝調試同類儀表時，能為各位同仁提供一些可以借鑒的經驗和教訓。
煤氣凈化是將焦爐送來的荒煤氣經過洗滌、脫酸蒸氨、脫苯等一系列工序變成相對純凈的精制煤氣，再出廠送至煤氣站或終端用戶。
凈化后的精制煤氣中含有CO、O2、N2、H2等多種成分，每種成分的含量與工藝過程的控制有關，各工藝系統(tǒng)不盡相同。流量計計量單位通常采用體積流量和質量流量兩種。馬鋼煤焦化公司對出廠煤氣的計量選用了美國FLUID COMPONENTS INTL（FCI）公司的ST98型質量流量計，采用公制KG/HR作為計量單位，采集到的數(shù)據(jù)傳送到DCS系統(tǒng)中央控制室集中管理。本文就ST98型質量流量計在高空大口徑管道上的一些安裝技巧以及調試過程中需要注意的一些問題進行總結，供大家參考。
2 設備結構及測量原理
ST98型質量流量計是一種用于各類氣體測量的熱擴散式質量流量計。它由一個流量元件、一個流量變送器和一個封裝組成。對于小口徑過程管線，一般使用在線式流量元件；對于大于40mm的大口徑過程管線，一般使用插入式流量元件。流量元件的過程連接方式、流量變送器的輸入電源、輸出信號標定以及封裝和安裝方式均有多種方案供用戶選擇。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境（I區(qū)防爆）的要求，馬鋼選用了流量變送器與流量元件一體化就地封裝、插入式螺紋連接安裝方式的ST98型質量流量計。
測量原理為：一個低功率加熱器通過加熱一個電阻式溫度探測器（RTD），在兩個RTD間造成一個溫度差。流體的流動將被加熱的RTD上的熱量帶走，造成兩個RTD間的溫度差成比例變化。流量變送器將RTD間的溫度差轉換成一個刻度輸出信號至DCS和一個可選的顯示值至現(xiàn)場數(shù)顯。圖1為ST98流量元件示意圖。
3 安裝
1）確認流量元件的安裝位置
出廠煤氣管道架設在管廊架頂層，標高＋7500mm，管外徑1220mm，管材質為Q235炭鋼。ST98要求流量元件上游至少留出20倍管徑（過程管線）的直管段；下游留出10倍管徑的直管段。流量元件插入過程管線，過中心線0.5 inch(12.7mm)，且與管線橫截面在同一平面上。FCI建議流量元件豎直或水平安裝在過程管線中。
考慮到過程氣體中可能含有水分甚至少量焦油等液體聚集到RTD上，再成珠狀物滴下，帶走部分熱量影響兩RTD上的溫度差，從而影響到測量精度。我們采取將流量元件安裝在過程管線與水平線夾角45°斜向上的位置（如圖2所示）。當有液體滯留在RTD上時，會迅速沿著RTD向下散開，不至于聚集成珠狀物滴下而帶走熱量。
此主題相關圖片如下：
2）過程連接頭安裝
過程連接頭為304不銹鋼，成環(huán)柱狀（如圖3）。必須保證過程連接頭上底面S與工藝管線軸線和L1所在平面平行，才能確保流量元件自過程連接頭插入過程管線后，過橫截面圓心，且與橫截面平行。
首先，根據(jù)安裝位置的要求，在工藝過程管線上標出一點O，在O點兩側，用線錘確定豎直方向與過程管線的切點A及A’（如平視圖4），連結AA’,過A及A’作AA’垂線，自A及A’沿其垂線向下標出1/4過程管線周長位置B和B’，過O點作OO’⊥BB’于點O’，則O’點就是流量元件的準確安裝位置。
3）流量元件的安裝
Ⅰ、計算出管道外徑的1/2，加上0.5 inch，在流量元件探桿上標出這一長度（自RTD端部）。
?、?、將流量元件緊固件插入過程接頭，按ANSI B16.5力矩規(guī)格擰緊，并使用適當密劑。測量過程接頭和擰緊的緊固件整體高出管道的尺寸，在第一個標記上標出這個長度。
?、?、插入流量元件，調整其位置，使第二個標記位于緊固件上平面，這樣就使流量元件超過管道中心線0.5 inch；同時使流量箭頭的小平面于過程介質流動方向平行（±1°），并使箭頭指向過程介質的流動方向。
?、簟⒋_認以上3步驟無誤（因金屬套環(huán)在擰緊后以鋸齒狀卡入流量元件探桿中，流量元件便不能作任何調整），用扳手卡住緊固件，件緊固件螺栓擰緊后再擰1.25圈，這樣，流量元件就密封固定安裝到位了。
4 接線
?、?、ST98型質量流量計用戶手冊設備說明以及接線圖均注明電源可用24V DC或220V AC，分別提供一種接線端子?？刹痖_變送器封裝后發(fā)現(xiàn)：接線端子旁注明 AC ONLY，故輸入電源只能使用220V AC。
Ⅱ、ESD警告
流量變送器包含靜電釋放（ESD）敏感裝置，在打開封裝或處理電子線路板裝置時，需要使用標準ESD警告：使用帶有接地的兆歐電阻器，或腕帶，或膝帶，使產生高靜電的物品如非ESD允許的塑料、膠帶和包裝塑料等遠離設備。
?、蟆⒔拥嘏c屏蔽
出于安全因素的考慮，ST98特別要求220V AC電源采用三線制，其中一根接地線必須連接到流量變送器接線端子排的接地終端。
因傳統(tǒng)4～20mA的I/O產品對變頻驅動設備等產生的高頻噪聲干擾較為敏感，且現(xiàn)場的電氣高頻噪聲污染較為嚴重。避免儀表信號傳輸回路遭受干擾，對輸出信號電纜采用屏蔽電纜，且屏蔽層在靠近變送器一端接地，DCS機柜一端包裹保護起來（另外，控制系統(tǒng)機柜組的交流電源接地、直流電源接地、電纜屏蔽層接地和機柜接地在柜內保持彼此分離，并且接地網與工廠防雷接地網等相對獨立）。
5 調試
使用ST98流量變送器提供的一個RJ－12通訊串口，可與FCI的FC88通訊器和PC機DB－9或DB－25接口進行通訊，用于對流量變送器進行參數(shù)設定或修改，調試過程中需要注意如下幾個容易出錯的問題。
?、?、流量計輸出數(shù)據(jù)和DCS操作站顯示的數(shù)據(jù)計量單位要統(tǒng)一，如SCFM或NCMH、LB/HR或KG/HR。
Ⅱ、流量計輸出數(shù)據(jù)標定和DCS控制系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)標定要一致，如4～20mA、0～20mA、1～5V DC、0～5V DC或0～10C DC。
Ⅲ、流量計的電子部分使用常數(shù)作為擬合曲線參數(shù)，用于顯示流量值。此常數(shù)由4節(jié)組成，根據(jù)用戶提供的過程介質中各種成分（如精制煤氣中的CO、O2、N2、H2等）含量百分比等相關參數(shù)計算得出。流量計生產商在設備出廠前一般都將此常數(shù)固化在EEPROM中，用戶不能修改。用戶提供的這些參數(shù)都來自于設計單位的設計理論值，因此與現(xiàn)場實際參數(shù)有一定的偏差。因此，流量計在實際應用中會出現(xiàn)較大的誤差，馬鋼煤焦化公司的此類流量計均因此出現(xiàn)了嚴重偏差。
6 結束語
通過五冶自動化分公司、設備生產商和業(yè)主監(jiān)理等多方技術人員現(xiàn)場分析和調試，對我們在安裝過程中對細節(jié)的把握和對技巧的使用給予了高度評價，尤其是對流量元件在插入過程管線時方位的選擇得到FCI充分肯定。事實上，ST98熱式插入安裝式質量流量計應用于可能含有水分等可凝結成液體雜質的過程氣體時，流量元件安裝方位都已采用在過程管線中線下方45°向上的方式。FCI的用戶手冊在設備安裝方位選擇方面沒有考慮介質含雜質問題，故一直沿用原有推薦安裝方式未做修正，F(xiàn)CI技術人員口頭上已經推薦并支持本文所采用的安裝方式。
設備投產使用過程中，誤差依然嚴重存在，詳細分析后，認為：業(yè)主先前提供的過程介質中各種氣體的含量百分比不準確，取樣氣化驗后將這些參數(shù)發(fā)往SAN MARCOS FCI總部重新計算了常數(shù)，由生產商技術支持人員從新設定后，使馬鋼煤焦化公司第二煤氣凈化車間的兩臺ST98質量流量計測量精度控制在了±1%以內，從而避免了出廠煤氣計量不準而造成的經濟損失。
本文用較大篇幅闡述了ST98流量元件現(xiàn)場安裝定位的一些小技巧，尤其提到了ESD警告與屏蔽接地等在施工中容易忽略的小細節(jié)以及在調試整定過程中容易產生問題的幾個方面。希望在以后安裝調試同類儀表時，能為各位同仁提供一些可以借鑒的經驗和教訓。
上一技術資料：用節(jié)流機構測量高溫流體的流量
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