0    引言
       絕大多數(shù)金屬和合金如不銹鋼、鋁、鉛、鎂、貴金屬等對(duì)濕和干的氨氣、液氨和氨水都有良好的耐蝕性。但銅和所有的銅合金是一個(gè)例外，遭受濕和干的氨及氨水的 嚴(yán)重腐蝕，生成可溶的絡(luò)合物，并產(chǎn)生危險(xiǎn)的應(yīng)力腐蝕破 裂，反應(yīng)方程式及電離方程式如下：

2Cu+8NH3 +O2+2H2O=2[Cu(NH3)4](OH)2          (1)
Cu+NH3+O2+H2O→[Cu(NH3)4]2  +OH                 (2)
        在有氨存在任何環(huán)境，即使在只含微量氨的大氣中， 都可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕。所以氨合成裝置現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)計(jì)選型 *先注意要點(diǎn)就是嚴(yán)禁采用銅及銅合金材料。
        筆者參與了國(guó)內(nèi)幾套氨合成裝置的工程設(shè)計(jì)，其中現(xiàn) 場(chǎng)儀表的選型設(shè)計(jì)存在多樣性及復(fù)雜性。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)某 煤化集團(tuán)公司單套60萬(wàn)噸/年總氨項(xiàng)目，采用國(guó)內(nèi)的瑞 士Casale流程工藝，介紹氨合成裝置使用的主要現(xiàn)場(chǎng)儀表的 選型設(shè)計(jì)。

       1   溫度儀表
       1.1    多點(diǎn)式熱電偶
      大化肥合成塔、變換爐、精餾塔、存儲(chǔ)罐等裝置中， 通常采用熱電偶測(cè)量塔內(nèi)觸媒層溫度。這些設(shè)備內(nèi)工況一 般都是高溫、高壓，介質(zhì)易燃易爆，一旦內(nèi)部溫度長(zhǎng)期異 常，則會(huì)影響生產(chǎn)效益，更嚴(yán)重時(shí)將會(huì)引起設(shè)備的局部泄漏甚至導(dǎo)致爆炸，所以對(duì)該類(lèi)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的溫度控 制要求非常高。
      熱電偶的結(jié)構(gòu)形式分為高溫氧化鋁瓷珠絕緣的多點(diǎn)式 熱電偶和單點(diǎn)式鎧裝熱電偶。多點(diǎn)式熱電偶適用于生產(chǎn)現(xiàn) 場(chǎng)存在溫度梯度不顯著，需同時(shí)測(cè)量多個(gè)位置或位置的多 處測(cè)量[1]。
      多點(diǎn)式熱電偶有多支多點(diǎn)鎧裝熱電偶和單支多點(diǎn)鎧裝熱電偶，其鎧裝熱電偶與固定法蘭及接線(xiàn)盒組成一體。法蘭短管上可以設(shè)有散熱片，以免接線(xiàn)盒溫度過(guò)高。鎧裝熱 電偶有單支、雙支，多可達(dá)18支，每支內(nèi)的熱電偶點(diǎn)數(shù) 有單點(diǎn)、2點(diǎn)，多可達(dá)36點(diǎn)。
氨合成塔內(nèi)部的溫度檢測(cè)采用多支多點(diǎn)式熱電偶，分 度號(hào)為K，所有熱電偶集中接至安裝在合成塔頂部的防爆接 線(xiàn)箱內(nèi)。
      1.2    表面熱電偶
      表面熱電偶主要用于鍋爐管壁、爐壁、合成塔及其他 圓柱體表面溫度測(cè)量，采用Φ3-6mm的鎧裝元件作為測(cè)溫 探頭，引線(xiàn)至成熱電偶接線(xiàn)盒，測(cè)溫端焊接或用螺釘固定 在不銹鋼感溫片上，將帶有與表面相吻合的曲面的感溫片 焊接或抱箍在塔壁（管道）上。合成塔表面溫度及開(kāi)工加 熱爐盤(pán)管表面溫度測(cè)量采用點(diǎn)式表面熱電偶，分度號(hào)為K， 其安裝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

         2    流量?jī)x表
         2.1   多孔孔板流量計(jì)
          多孔孔板流量計(jì)巧妙的設(shè)計(jì)在于將多孔 整流器和測(cè)量孔板合二為一，能大限度地將流場(chǎng)平衡調(diào) 整成理想狀態(tài)，有限降低了渦流、震動(dòng)和信號(hào)噪音，大大 提高了流場(chǎng)穩(wěn)定性和線(xiàn)性度，從而將差壓式流量計(jì)的優(yōu)勢(shì) 發(fā)揮到**[2]。如圖2所示。
圖2  多孔平衡流量計(jì)示意圖

      多孔孔板流量計(jì)具有測(cè)量精度高、重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定 性好、量程比寬、**壓損低、耐臟污不宜堵、可測(cè)高溫 高壓介質(zhì)（≤850℃、42MPa）、直管段要求低（前后直管 段為0.5D~2D）等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還克服了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的雜物 滯留、堵塞和邊緣易磨損、維護(hù)和檢定成本高等缺點(diǎn)。
        氨合成工藝中的低壓蒸汽、蒸汽冷凝液、合成氣、液 氨等介質(zhì)在滿(mǎn)足公稱(chēng)通徑100mm≤D≤400mm以及量程比
（即大流量與小流量的比值）小于10：1的情況下，均 選用多孔平衡流量計(jì)測(cè)量其流量。
2.2    均速管流量計(jì)
          均速管流量計(jì)是基于皮托管原理發(fā)展起來(lái)的一種新型 差壓式流量測(cè)量?jī)x表[3]。均速管流量探頭形式有阿牛巴（阿 紐巴）、德?tīng)査?、威力巴、依特巴、拖巴、雙D巴、威 爾巴、橢圓巴等衍生品。其中子彈頭形威力巴流量計(jì)使得 一次源的測(cè)量精度、重復(fù)性和可靠性達(dá)到一個(gè)嶄新高度， 其主要特點(diǎn)有：1）精度高，可實(shí)現(xiàn)溫壓補(bǔ)償，精度可達(dá)
±1.0%；2）能夠保證精度的長(zhǎng)期穩(wěn)定；3）防堵設(shè)計(jì)；4） 無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，可靠度高，穩(wěn)定性好，維修量少；5）壓 損小，能耗低[4]。
          在氨合成工藝中，大管徑、大流量的蒸汽冷凝液、低 壓蒸汽及液氨的流量測(cè)量不在少數(shù)，為了使得流量?jī)x表造 成的**壓力損失盡量小，防止液氨降壓汽化，降低能耗 從而減小工廠(chǎng)的運(yùn)行成本，公稱(chēng)通徑在400mm以上的蒸汽 冷凝液、低壓蒸汽、冷卻水及液氨等介質(zhì)選用均速管流量 計(jì)測(cè)量其流量。
2.3    質(zhì)量流量計(jì)
          經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，以科里奧利力為原理而設(shè)計(jì)的質(zhì) 量流量計(jì)已有多種形式[5]。根據(jù)檢測(cè)管的形狀來(lái)分，大體上可以歸納為直管型、彎管型、單管型、多管型（一般為雙 管型）四類(lèi)。通常檢測(cè)管形狀總是上述幾種類(lèi)型的組合， 目前常用的和已開(kāi)發(fā)的有：雙U型、雙S型、雙Ω型、雙環(huán) 型、單直管型、雙直管型、單管多環(huán)型（一般為雙環(huán)）、 單管雙Q型、雙B型等。
液氨為氨合成工段的產(chǎn)出成品。 用于貿(mào)易核算的計(jì) 量，對(duì)計(jì)量的可靠性和準(zhǔn)確性都要求很高，所以氨合成工 藝中的中壓氨分離器出口液氨流量測(cè)量，選用了1臺(tái)質(zhì)量流 量計(jì)。

3    液位儀表
3.1    遠(yuǎn)傳雙法蘭液位計(jì)
        遠(yuǎn)傳法蘭變送器在工業(yè)測(cè)量中有著大量的應(yīng)用，通常 用于下列工況[6]：1）在高溫應(yīng)用中（一般超過(guò)120℃），不 使用普通引壓管路降溫的情況下，將高溫介質(zhì)和變送器隔 離；2）被測(cè)量介質(zhì)對(duì)變送器的接液部分有腐蝕作用，特別 是變送器傳感器的膜片；3）被測(cè)量介質(zhì)是高粘度或者由于 環(huán)境、流程、溫度變化而容易固化或結(jié)晶；4）容器液位的 測(cè)量；5）液體的密度或者是液/液界面測(cè)量；6）工藝上要 求被測(cè)量容器或者管道盡可能減少死角；7）不希望有進(jìn)入 介質(zhì)的引壓管路。
         遠(yuǎn)傳法蘭變送器過(guò)程連接件除了常規(guī)的符合ANSI、 DIN、JIS標(biāo)準(zhǔn)的各種壓力等級(jí)的法蘭式過(guò)程連接件外，還 有其他多種獨(dú)特的、有很高應(yīng)用價(jià)值的過(guò)程連接件，其常 用形式見(jiàn)表1。遠(yuǎn)傳法蘭變送器常用填充液的性質(zhì)及用途見(jiàn) 表2。

表1  遠(yuǎn)傳法蘭變送器過(guò)程連接形式 

形式	說(shuō)明
夾持型	它是被夾裝在兩個(gè)法蘭中間。法蘭可以使 用國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)品，節(jié)省了采購(gòu)成本
凸膜型	測(cè)量膜片可以凸出安裝法蘭深入到設(shè)備內(nèi) 部，能更好地接觸被測(cè)量介質(zhì)，凸出長(zhǎng)度 可以到225毫米
高壓螺紋連接型	1/4″到1-1/2″的螺紋連接，耐壓可以到 69MPa
焊接型	根據(jù)工藝要求，可以直接焊接在管道和設(shè) 備上
在線(xiàn)管道型	膜片和過(guò)程連接件被制造成和流通管道一 樣直徑的管路，適用于特別高粘度或者由 于環(huán)境、流程、溫度變化而容易固化或結(jié) 晶、不可以有任何流動(dòng)死角的使用情況
衛(wèi)生型	符合國(guó)內(nèi)3A標(biāo)準(zhǔn)，適用于制藥、食品等行 業(yè)應(yīng)用

表2  填充油的物理特性數(shù)據(jù)

名稱(chēng)	一個(gè)大氣壓力下 的工作溫度范圍	密度	粘度 (25℃)	性質(zhì)與用途
DC200	-45～205℃	0.934	9.5cs	一種硅油，綜合性能好，常使用
S y l t h e r m XLT	-75～150℃	0.85	1.6cs	一種硅聚合物填充油，適用于溫度 較低的情況
Inert (Halocarbon)	-45～160℃	1.85	6.5cs	鹵代碳?xì)浠衔?，化學(xué)穩(wěn)定性好，不 易和其他物質(zhì)反應(yīng)，適用于測(cè)量氧 氣等場(chǎng)合
DC704	0～315℃	1.07	44cs	一種硅油，適用于高溫測(cè)量應(yīng)用
DC705	20～350℃	1.09	175cs	一種硅油，適用于高溫測(cè)量應(yīng)用
蔬菜油	-15～225℃	0.94	9.8cs	一種營(yíng)養(yǎng)品，衛(wèi)生型填充油
甘油和水	-17～93℃	1.13	12.5cs	含50%體積百分比甘油，衛(wèi)生型填充 油
丙烯乙二醇 和水	-17～93℃	1.02	2.85cs	含30%體積百分比的丙烯乙二醇，衛(wèi) 生型填充油

     遠(yuǎn)傳法蘭變送器毛細(xì)管通常有三種不同直徑的毛 細(xì)管：0.03″（0.7mm）、0.04″（1.1mm）、0.07″
（1.75mm）供選擇。主要特點(diǎn)有：1）細(xì)的毛細(xì)管因?yàn)閮?nèi)部 填充油少，更少受填充油熱脹冷縮的影響，有更好的溫度 穩(wěn)定性；2）細(xì)的毛細(xì)管因?yàn)榱魍娣e小，填充油流動(dòng)阻力 大，使得遠(yuǎn)傳法蘭變送器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能變差；3）粗的毛 細(xì)管的性能正好相反，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好，受填充油熱脹冷 縮的影響大。
     通過(guò)上述對(duì)遠(yuǎn)傳法蘭變送器過(guò)程連接件、填充液、毛 細(xì)管特點(diǎn)及性能的介紹，結(jié)合氨合成高壓氨分液氨工況： 操作壓力14.1MPaG、操作溫度-10℃，高壓氨分液氨選用 雙法蘭液位變送器（高壓螺紋連接型（DN50）、Syltherm XLT、0.04″（1.1mm）），實(shí)踐證明在氨合成裝置開(kāi)工及 運(yùn)行維護(hù)中均顯現(xiàn)出良好檢測(cè)效果及性能。
3.2    外浮筒液位開(kāi)關(guān)
    合成氨裝置中用于聯(lián)鎖系統(tǒng)的液位測(cè)量，如高壓氨分 器、中壓氨分器、低壓氨分離器等設(shè)備，采用外浮筒液位 開(kāi)關(guān)，具有耐高壓和適用于低比重液體的特點(diǎn)，**應(yīng)用 于報(bào)警和控制功能中。
4    控制閥
4.1    高壓角閥
    合成氨放氨用的高壓液位控制閥始終是一個(gè)難題。問(wèn) 題的關(guān)鍵是閥的前后壓差特別大，在高壓差條件下因液氨 閃蒸和液氨中的氫氮?dú)饨馕纬闪藘上嗔黧w。兩相流體中 存在的液滴具有液體的質(zhì)量，同時(shí)具有高壓差條件下作為 載體的氣體高速度。這些液滴就有很高的動(dòng)能，因而具有 很大的破壞力。普通的控制閥在這種工況下多只能工作2~3個(gè)月，閥心閥座即已損壞。對(duì)于氨合成裝置管道壓力等級(jí)不小于P N420
（Class2500）的場(chǎng)合，因?yàn)閴翰钐貏e大，一般采用角閥。 介質(zhì)流向采用底進(jìn)側(cè)出式。角閥內(nèi)部易于沖洗。由于角形 閥中的介質(zhì)直接流向閥體內(nèi)部下游管道的中心，而不是直 接沖擊體壁，所以可大大減少?zèng)_擊閥體體壁的飽和氣泡數(shù) 量，從而減弱了閃蒸破壞力。從氣蝕的直接結(jié)果看，造成 損傷是 因?yàn)椴牧嫌?度不足以 抵抗氣泡破裂 而釋放的沖 擊 力，所以從這個(gè)角度我們可以考慮采用高硬度材料，一般 常用的 方法是在不 銹鋼基體 上進(jìn)行堆焊或 噴焊司太萊 合 金，在流體氣蝕沖刷處形成硬化表面。當(dāng)硬化表面出現(xiàn)損 傷后，可以進(jìn)行二次堆焊或噴焊，這樣便能增加設(shè)備的使 用壽命，同時(shí)也減少了裝置的維修費(fèi)用。
4.2    高壓蝶閥
     對(duì)于大口徑、大流量、壓差小的場(chǎng)合可采用蝶閥[7]，例 如氨合成塔主線(xiàn)合成氣流量遙控調(diào)節(jié)、二換熱器合成氣 流量調(diào)節(jié)、氨合成塔進(jìn)口合成氣溫度調(diào)節(jié)、高壓鍋爐給水 預(yù)熱器合成氣溫度分程調(diào)節(jié)等。
氨合成裝置的幾臺(tái)蝶閥均在重要場(chǎng)合下工作，若出現(xiàn) 故障將影響整個(gè)裝置的生產(chǎn)，因而應(yīng)選用高質(zhì)量的進(jìn)口的蝶閥。 另外，遙控調(diào)節(jié)閥不可能完全按照調(diào)節(jié)閥的流量特 性和流通能力來(lái)考慮。調(diào)節(jié)閥是整個(gè)控制回路中的一個(gè)環(huán) 節(jié)，是在閉環(huán)條件下工作的。

5    結(jié)束語(yǔ)
     隨著氨合成裝置生產(chǎn)工藝流程及自動(dòng)化控制的要求越 來(lái)越高，會(huì)對(duì)測(cè)量及控制儀表提出更新、更高和更多的要 求。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡利弊分類(lèi)討論做出選擇，不要 盲目地根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出判斷。
質(zhì)量**的自控儀表必有標(biāo)準(zhǔn)可遵循。標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)大 量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)用經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。測(cè)量及控制 儀表的選用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，對(duì)于某一具體的應(yīng)用場(chǎng)所可 以采用的儀表可能有幾種方案，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作情況量體 裁衣，選擇性能佳的測(cè)量?jī)x表。
選型不僅局限于標(biāo)準(zhǔn)化的儀表選型，思維應(yīng)具有創(chuàng)新 性，如目前非標(biāo)準(zhǔn)化的多孔平衡流量計(jì)在很多方面具有其 他流量計(jì)不具備的優(yōu)點(diǎn)，同樣在選型過(guò)程中值得商榷。

上一條：對(duì)于如何縮短流量計(jì)安裝時(shí)間的研究分析
下一條：淺談電磁流量計(jì)在重金屬?gòu)U水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用