摘要：针对尿素合成装置高压、易结晶、腐蚀性强的工艺特点，提出了现场仪表的选型及安装设计方案。介绍了尿素生产过程中温度、压力、流量、液位、分析仪及控制阀等仪表的选型特点及安装注意事项。
关键词：尿素装置 仪表 选型 安装
尿素生产过程中的工艺介质主要有氨水、熔融尿素、甲铵溶液、蒸汽等。这些介质大部分具有腐蚀性，且凝固点较高，在温度稍降低时便会产生结晶，这将对尿素生产中的仪表设备造成一定的腐蚀及堵塞危害。这些特点决定了尿素装置仪表选型的多样性及复杂性[1]。笔者结合自身的设计经验，介绍了尿素装置中现场仪表的选型特点，并分析了仪表安装方式以及设计中的注意事项。
1 温度仪表
现场温度指示一般采用双金属温度计，结构形式采用万向型，表盘直径根据观测点及仪表安装位置的远近，选择Φ100或Φ150。需要控制系统远程显示的温度元件，温度较高时采用热电偶，通常选用分度号为Ｋ型；温度较低时采用三线制热电阻，通常选用分度号为Pt100。测温元件保护套管材质根据管道等级表的要求并参考项目规定进行选取，一般采用整体钻孔及316SS材质的保护管[2]，对甲铵液、尿液等高压、腐蚀性介质，温度仪表的套管应采用高压焊接式，材质通常选用尿素级不锈钢或双相钢，以免介质腐蚀外保护套管。
2 压力仪表
尿素装置的常用就地压力表除了不锈钢压力表外，隔膜式压力表、隔膜压力变送器使用也较为普遍，主要用于测量尿素溶液、甲铵液、液氨等腐蚀性强、易结晶介质的压力。对于易结晶介质，隔膜采用伸长插入式；当测量介质为尿液、甲铵液时，膜片材料一般采用钽合金或哈氏合金。一段、二段蒸发冷凝器的压力测量，由于设备存在负压，一般选用绝压变送器测量。当测量振动设备或管道上的压力时，一般采用耐震型压力表或安装减振管、毛细管来消除脉冲对仪表测量的影响。
3 流量仪表
3.1 标准孔板
对于冷却水、蒸汽、高压CO2气体、高压液氨等洁净介质的流量测量通常使用标准孔板配差压变送器的形式；
孔板选型重点是选取合适的孔径比以保证差压变送器可以检测到合适的差压值，差压量程宜选择25kPa。孔板压力等级最低应为300LB，材质最低应为316SS[2]。取压方式当管径2”≤D≤12”时，采用法兰取压；D≥14”时，采用径距取压[3]。
3.2 涡街流量计
涡街流量计也可用于洁净气体、液体和蒸汽的流量测量。由于其检测元件与变送器为一体式安装，可以达到较高的测量精度，全程免维护，现场安装时也不必单独进行伴热。但在选用涡街流量计时应注意避免以下工况：低流速及黏度大的液体；振动较大的场合；介质腐蚀性较强，会对旋涡发生体产生腐蚀的工况。
3.3 转子流量计
转子流量计主要用于仪表风、低压氮气、蒸汽冷凝液、氨水、尿素溶液等介质的流量测量。其工作原理可靠，测量范围广，压损较小，主要用于小、微流量的测量。另外，由于转子流量计无引出管，可选用带夹套型以便现场保温伴热，对于尿素装置易结晶工况，是一个不错的选择。在尿素装置腐蚀性工况下使用时，应注意配置PTFE衬里。
3.4 电磁流量计
对于熔融尿素、甲铵溶液、氨水等易结晶、含腐蚀性介质通常采用电磁流量计进行流量测量。
由于电磁流量计没有阻流及活动部件，在使用时只有电极和衬里接触被测介质，因而选择合适的电极和衬里材料即可满足以上工况的测量要求。在选择电极材质时，考虑到经济因素，可选择哈氏合金C，也可选择钽、钛等金属电极。衬里材质通常选用PTFE或PFA等绝缘材料。
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3.5 质量流量计
界区进尿素装置的液氨一般需要精确计量，通常采用科氏力质量流量计。由于其独特的测量原理，可以直接测得介质的质量流量，省略了中间转换的环节，保证了质量流量的高精度测量。质量流量计通常采用一体化设计，无需考虑前后直管段，安装方便，但要确保介质能充满测量管。
4 液位仪表
尿素装置中的塔器、槽式容器的液位测量以差压液位变送器为主，汽提塔、甲铵分离器的液位测量采用放射性液位计，地下槽的液位采用雷达或电容导纳式液位计。
设备内介质为甲铵液、尿液、解吸液、熔融尿素时，考虑到易结晶特性，差压液位变送器的法兰一般采用伸长插入式，插入长度根据设备接口长度进行选择。当测量介质为尿液、甲铵液时，隔膜材料一般采用钽材。
汽提塔、甲铵分离器的液位测量采用放射性液位计，放射源采用Co-60或Se-137，仪表主机可根据现场环境及距离选择安装在现场或控制室内。
5 分析仪表
电导率在尿素生产中是重要的检测参数之一。例如高压洗涤器至高压洗涤器循环水泵之间的电导率检测、低压甲铵冷凝器至低压甲铵冷凝器循环水泵之间的电导率检测，可以及时发现并防止对下游泵、设备的腐蚀；出尿素界区去脱盐水或污水处理的水、蒸汽冷凝液的电导率检测可用于分析尿素装置的排放是否达标。
6 控制阀
6.1 直通单座阀
单座阀具有体积小、结构简单、泄漏量小的特点，主要应用于阀前后压差较小、介质洁净的场合，不宜用于高粘度、含悬浮颗粒的流体场合。
6.2 套筒阀
一般适用于洁净介质、前后压差大、介质易发生闪蒸或气蚀的场合。例如抽出蒸汽饱和器的出口蒸汽冷凝液容易发生气蚀，进第一解析塔的工艺冷凝液在正常工况下也比较容易发生气蚀现象。对于容易出现闪蒸、气蚀、高压差、高温的场合，阀内件还应采取硬化处理。
6.3 角阀
对于压差特别大的工况，宜采用角阀控制。安装时要求介质流向为底进侧出式，以便于阀体内部冲洗。角阀内腔平滑，不易积液的特点也特别适合尿素装置易结晶的工况。阀内件材质应至少为316SS，或按照工艺要求进行选用。由于角阀使用工况压力等级较高，阀门部件建议采用锻造形式，以延长使用寿命。
6.4 蝶阀
蝶阀的结构简单、体积较小、流通面积大、密封性好，常用于大口径、大流量、压差小的场合。例如高调水系统、低调水系统、进循环加热器蒸汽压力调节，出界区低压蒸汽压力调节等。
6.5 三通阀
三通阀与普通阀门最主要的差别，就是多了一个流道口，主要用于改变介质流向。在生产尿素颗粒的装置中，进喷头前熔融尿素管线切断阀一般采用三通阀，正常生产时，熔融尿素溶液通过阀门侧进侧出进入造粒喷头；不造粒时，熔融尿素溶液通过阀门侧进底出打回流进入尿液储槽。
结束语：
尿素生产工艺过程复杂，自动化程度较高，各环节必须精确控制，这就要求严格把关仪表选型及安装设计，确保各工艺参数的准确测量以及精确控制。在设计选型阶段应充分考虑到尿素生产工艺高压、易结晶及腐蚀性特点，消除安全隐患，优化选型方案，为装置长期稳定的运行打下基础。
参考文献
[1] 袁一,王文善．尿素［Ｍ］．北京:化学工业出版社,1997．
[2] SH/T 3005-2016．石油化工自动化仪表选型设计规范 [S].
[3]陆德民,张振基,黄步余．石油化工自动控制设计手册 [M].3版.北京：化学工业出版社,2000.
论文作者:华霄峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：尿素论文; 介质论文; 测量论文; 工况论文; 仪表论文; 装置论文; 腐蚀性论文; 《基层建设》2017年第18期论文;