1 概述
煤氣凈化是將焦?fàn)t送來的荒煤氣經(jīng)過洗滌、脫酸蒸氨、脫苯等一系列工序變成相對(duì)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(guān)，各工藝系統(tǒng)不盡相同。流量計(jì)計(jì)量單位通常采用體積流量和質(zhì)量流量?jī)煞N。馬鋼煤焦化公司對(duì)出廠煤氣的計(jì)量選用了美國(guó)FLUID COMPONENTS INTL（FCI）公司的ST98型質(zhì)量流量計(jì)，采用公制KG/HR作為計(jì)量單位，采集到的數(shù)據(jù)傳送到DCS系統(tǒng)控制室集中管理。本文就ST98型質(zhì)量流量計(jì)在高空大口徑管道上的一些安裝技巧以及調(diào)試過程中需要注意的一些問題進(jìn)行總結(jié)，供大家參考。
2 設(shè)備結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理
ST98型質(zhì)量流量計(jì)是一種用于各類氣體測(cè)量的熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計(jì)。它由一個(gè)流量元件、一個(gè)流量變送器和一個(gè)封裝組成。對(duì)于小口徑過程管線，一般使用在線式流量元件；對(duì)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(hào)標(biāo)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(chǎng)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(zhì)量流量計(jì)。
測(cè)量原理為：一個(gè)低功率加熱器通過加熱一個(gè)電阻式溫度探測(cè)器（RTD），在兩個(gè)RTD間造成一個(gè)溫度差。流體的流動(dòng)將被加熱的RTD上的熱量帶走，造成兩個(gè)RTD間的溫度差成比例變化。流量變送器將RTD間的溫度差轉(zhuǎn)換成一個(gè)刻度輸出信號(hào)至DCS和一個(gè)可選的顯示值至現(xiàn)場(chǎng)數(shù)顯。圖1為ST98流量元件示意圖。
3 安裝
1）確認(rèn)流量元件的安裝位置
出廠煤氣管道架設(shè)在管廊架頂層，標(biāo)高＋7500mm，管外徑1220mm，管材質(zhì)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(cè)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(dāng)有液體滯留在RTD上時(shí)，會(huì)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(guān)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(biāo)出一點(diǎn)O，在O點(diǎn)兩側(cè)，用線錘確定豎直方向與過程管線的切點(diǎn)A及A’（如平視圖4），連結(jié)AA’,過A及A’作AA’垂線，自A及A’沿其垂線向下標(biāo)出1/4過程管線周長(zhǎng)位置B和B’，過O點(diǎn)作OO’⊥BB’于點(diǎn)O’，則O’點(diǎn)就是流量元件的準(zhǔn)確安裝位置。
3）流量元件的安裝
?、?、計(jì)算出管道外徑的1/2，加上0.5 inch，在流量元件探桿上標(biāo)出這一長(zhǎng)度（自RTD端部）。
?、颉⒘髁吭o固件插入過程接頭，按ANSI B16.5力矩規(guī)格擰緊，并使用適當(dāng)密劑。測(cè)量過程接頭和擰緊的緊固件整體高出管道的尺寸，在個(gè)標(biāo)記上標(biāo)出這個(gè)長(zhǎng)度。
?、?、插入流量元件，調(diào)整其位置，使第二個(gè)標(biāo)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(shí)使流量箭頭的小平面于過程介質(zhì)流動(dòng)方向平行（±1°），并使箭頭指向過程介質(zhì)的流動(dòng)方向。
?、?、確認(rèn)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(diào)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
Ⅰ、ST98型質(zhì)量流量計(jì)用戶手冊(cè)設(shè)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(shí)，需要使用標(biāo)準(zhǔn)ESD警告：使用帶有接地的兆歐電阻器，或腕帶，或膝帶，使產(chǎn)生高靜電的物品如非ESD允許的塑料、膠帶和包裝塑料等遠(yuǎn)離設(shè)備。
Ⅲ、接地與屏蔽
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(chǎn)品對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備等產(chǎn)生的高頻噪聲干擾較為敏感，且現(xiàn)場(chǎng)的電氣高頻噪聲污染較為嚴(yán)重。避免儀表信號(hào)傳輸回路遭受干擾，對(duì)輸出信號(hào)電纜采用屏蔽電纜，且屏蔽層在靠近變送器一端接地，DCS機(jī)柜一端包裹保護(hù)起來（另外，控制系統(tǒng)機(jī)柜組的交流電源接地、直流電源接地、電纜屏蔽層接地和機(jī)柜接地在柜內(nèi)保持彼此分離，并且接地網(wǎng)與工廠防雷接地網(wǎng)等相對(duì)獨(dú)立）。
5 調(diào)試
使用ST98流量變送器提供的一個(gè)RJ－12通訊串口，可與FCI的FC88通訊器和PC機(jī)DB－9或DB－25接口進(jìn)行通訊，用于對(duì)流量變送器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定或修改，調(diào)試過程中需要注意如下幾個(gè)容易出錯(cuò)的問題。
?、?、流量計(jì)輸出數(shù)據(jù)和DCS操作站顯示的數(shù)據(jù)計(jì)量單位要統(tǒng)一，如SCFM或NCMH、LB/HR或KG/HR。
Ⅱ、流量計(jì)輸出數(shù)據(jù)標(biāo)定和DCS控制系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)標(biāo)定要一致，如4～20mA、0～20mA、1～5V DC、0～5V DC或0～10C DC。
?、蟆⒘髁坑?jì)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(zhì)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(guān)參數(shù)計(jì)算得出。流量計(jì)生產(chǎn)商在設(shè)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(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)理論值，因此與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)有一定的偏差。因此，流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，馬鋼煤焦化公司的此類流量計(jì)均因此出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差。
6 結(jié)束語
通過五冶自動(dòng)化分公司、設(shè)備生產(chǎn)商和業(yè)主監(jiān)理等多方技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)分析和調(diào)試，對(duì)我們?cè)诎惭b過程中對(duì)細(xì)節(jié)的把握和對(duì)技巧的使用給予了高度評(píng)價(jià)，尤其是對(duì)流量元件在插入過程管線時(shí)方位的選擇得到FCI充分肯定。事實(shí)上，ST98熱式插入安裝式質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用于可能含有水分等可凝結(jié)成液體雜質(zhì)的過程氣體時(shí)，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(cè)在設(shè)備安裝方位選擇方面沒有考慮介質(zhì)含雜質(zhì)問題，故一直沿用原有推薦安裝方式未做修正，F(xiàn)CI技術(shù)人員口頭上已經(jīng)推薦并支持本文所采用的安裝方式。
設(shè)備投產(chǎn)使用過程中，誤差依然嚴(yán)重存在，詳細(xì)分析后，認(rèn)為：業(yè)主先前提供的過程介質(zhì)中各種氣體的含量百分比不準(zhǔn)確，取樣氣化驗(yàn)后將這些參數(shù)發(fā)往SAN MARCOS FCI總部重新計(jì)算了常數(shù)，由生產(chǎn)商技術(shù)支持人員從新設(shè)定后，使馬鋼煤焦化公司第二煤氣凈化車間的兩臺(tái)ST98質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量精度控制在了±1%以內(nèi)，從而避免了出廠煤氣計(jì)量不準(zhǔn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失。
本文用較大篇幅闡述了ST98流量元件現(xiàn)場(chǎng)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(xì)節(jié)以及在調(diào)試整定過程中容易產(chǎn)生問題的幾個(gè)方面。希望在以后安裝調(diào)試同類儀表時(shí)，能為各位同仁提供一些可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
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