
焦化厂的仪表工有个共识:煤气流量计不是选出来的,是养出来的。同一台表,在新装置上能用三年,在焦炉煤气总管上可能半年就不准了。原因不在表本身,在介质——焦炉煤气带着焦油雾、萘蒸气、硫化氢和粉尘出来,任何测量元件都会被污染。焦化的计量问题,本质是污染控制问题。
一、焦炉煤气到底脏在哪
焦炉煤气的成分随煤种、炉温、结焦时间变化,典型组分是氢气 55% 至 60%、甲烷 23% 至 27%、一氧化碳 5% 至 8%,其余是氮、二氧化碳和少量烃类。
杂质有四类。第一是焦油雾,从集气管出来时含量可达每立方米几十毫克,温度降低后凝结成粘稠液体。第二是萘,煤气冷却到 50℃ 以下时萘会结晶,堵塞管路和取压口。
杂质之外,还有一个口径问题要提前定:焦炉煤气按体积还是按热值。焦炉煤气的热值随组分变化,氢气与甲烷的比例不同,热值可能差 10% 以上。按体积结算,用户会觉得不公平;按热值结算,需要在线热值仪或组分分析。
多数焦化厂内部考核按体积,对外供气按热值。两种口径并存时,流量计的标况换算必须统一,否则两套数据永远对不上。
多数焦化厂内部考核按体积,对外供气按热值。两种口径并存时,流量计的标况换算必须统一,否则两套数据永远对不上。第三是硫化氢,含量几百到几千毫克每立方米,腐蚀金属。第四是粉尘和煤粉,来自装煤和推焦。
四类杂质对仪表的影响不同。焦油和萘是物理堵塞,硫化氢是化学腐蚀,粉尘是磨蚀和附着。设计时要按四类分别设防。
二、三条路线的实测表现
差压式(孔板、文丘里、均速管):取压口是最脆弱的地方。焦油和萘会在取压口结晶,导压管堵了之后差压信号消失或乱跳。优点是本体不怕污染,清理时只需通取压口;缺点是量程比窄,低负荷段不准。
涡街:旋涡发生体是障碍物,焦油会挂在上面,改变旋涡脱落频率。含尘高时发生体会被磨圆,信号逐渐减弱。优点是无可动部件、压损小;缺点是对振动敏感,焦化厂的鼓风机和推焦车振动都大。
热式:探头直接插在气流里,焦油和粉尘会附着在探头上,改变换热条件。这是热式在脏气体上的核心问题。优点是量程比宽、压损小、安装方便;缺点是必须定期清洗。
三条路线在焦炉煤气上都有应用,但都离不开前置处理和定期维护。指望选一台“免维护”的表,在焦化厂不现实。
还有一条常被忽略的路:在净化后的工段测。焦炉煤气经过电捕焦油、脱硫、洗苯之后,杂质含量大幅下降,这时的气体已经接近洁净煤气,各条路线的表现都好得多。
问题在于这个位置的气量已经分配给各个用户,不再是全厂总量。如果企业的考核口径是全厂煤气产量,就必须在净化前测;如果只关心某个车间的用气量,在净化后测更省事。测量位置的选择,本质上是对“测什么”的定义。
三、热式在焦炉煤气上的正确用法
热式在焦炉煤气总管上用得多,原因是压损小、量程宽,能覆盖从正常生产到停产保温的整个流量范围。用得好的关键在三个细节。
第一个是探头位置。不要在集气管出口附近装,那里焦油雾浓度最高。选在电捕焦油器之后、脱硫之前的位置,焦油含量已经降到每立方米 20mg 以下,探头寿命明显延长。
第二个是可拆结构。探头要能在线抽出,不需要停气、不需要拆管。这一条在选型时就要提,标准探头是固定式的,改可拆结构要定制。
第三个是清洗周期。按煤气中焦油含量定:含量低于 20mg/m³ 时三个月清一次;20 至 50mg/m³ 时每月一次;高于 50mg/m³ 时每两周一次。清洗周期定下来,写进点检卡。
FTC200 的插入式覆盖 DN65 至 1000,压力不超过 1.6MPa,流速 0.2 至 100Nm/s,覆盖了多数焦炉煤气总管。选型时要确认探头材质,标准探头在高硫煤气中会被腐蚀,需要更耐蚀的材质。
四、萘结晶:最容易被忽略的故障源
萘的升华点在 80℃ 左右,煤气温度低于这个值时萘开始结晶。焦化厂的煤气冷却工段把温度降到 25℃ 至 35℃,萘基本全部析出,进入初冷器的焦油氨水中。
但管路里总会有残留。取压管、导压管、阀门这些死角,萘结晶后会把通道堵死。表现是差压表读数归零或满量程,热式表读数慢慢往下掉。
三个处理办法。第一,取压管和导压管做伴热,温度维持在 80℃ 以上,萘不会结晶。第二,管路做坡度,让冷凝液能流走,不在低点积聚。第三,定期用蒸汽吹扫,把结晶的萘熔掉冲走。
伴热这一条对热式同样适用。探头根部如果有萘结晶,会影响散热,导致读数偏高。保温层要包到探头根部,但不能越过传感器上的标线。
五、焦油:高粘、易凝、必须伴热
煤焦油是焦化的主要副产品,常温下是粘稠液体,粘度随温度变化剧烈。20℃ 时粘度可能上万 mPa·s,80℃ 时降到几十。
焦油计量的第一要求是伴热。管路、阀门、表体全部要保温伴热,温度维持在 80℃ 至 100℃。伴热方式有蒸汽伴热和电伴热两种,蒸汽伴热温度稳定但要有疏水,电伴热控制精确但要防局部过热。
第二要求是满管。焦油流量小,管路细,容易不满管。科里奥利要求满管,安装时让介质自下而上,出口抬高,保证管内始终充满。
第三要求是清洗。焦油在管路内壁会结一层膜,时间长了厚度增加。直管型比 U 型好冲洗,这个点位上直管是优先选择。FCC800 的直管型 DN8 至 DN50 覆盖中小口径,FCC300 的直管型覆盖到 DN80。
焦油的密度约 1.15 至 1.20g/cm³,科里奥利的密度信号可以用来判断焦油含水率。含水高时密度下降,这个信号对焦油脱水工段很有用。
六、粗苯与氨水
粗苯是焦化回收的轻质产品,主要成分是苯、甲苯、二甲苯。特点是易挥发、易燃、有毒。
粗苯的计量要防爆、防泄漏。管路是压力管路,通常满管,科里奥利测质量流量是常规做法。密度信号可以判断苯含量(苯的密度 0.88,甲苯 0.87,差别不大,主要用于判断是否混入重质组分)。
氨水是焦化废水的组成部分,含酚、含氨、含油。腐蚀性强,含固量高。
氨水的计量难点在含固和腐蚀。科里奥利可以测,但测量管会被磨蚀,零点会漂。材质建议选耐蚀的,结构建议直管。精度要求不高时,用电磁流量计(导电介质)更经济。
七、维护节奏怎么定
焦化厂的仪表维护不能按“坏了再修”来做,要按介质污染程度定周期。
煤气总管的热式探头:按含焦油量定,一到三个月清洗一次。清洗时抽出探头,用溶剂擦洗,不用硬物刮。
差压式的取压口:每月通一次,用蒸汽或压缩空气吹。萘结晶严重的点位两周一次。
焦油管路的表:每季度检查一次零点,看密度是否漂移。焦油结膜会让密度读数偏高。
粗苯点位的表:每半年做一次零点校准,重点查密封件是否溶胀。
周期定下来写进设备台账,比凭记忆可靠。台账里加一列“上次清洗日期”,到期提醒。
八、一个容易被忽略的问题:振动
焦化厂的振动源多:鼓风机、推焦车、熄焦车、振动筛。这些设备的振动会通过管道和结构传到仪表上。
科里奥利对振动敏感,振管的振动频率在几十到几百赫兹,与设备振动频率接近时会耦合,表现是零点漂移、读数波动。
处理办法有三个。第一是选位置,避开振动源附近,尤其是鼓风机出口和推焦车轨道旁的管路。第二是加支架,传感器两端固定,支架固定在结构柱上而不是工艺管上。第三是加软连接,在表的两侧装柔性接头,隔断振动传递。
热式对振动不敏感,但探头的悬臂结构在强振动下会疲劳,长期可能断裂。插入式探头要固定牢,不能靠自重悬着。
九、配置对照表
点位 | 介质特征 | 关键约束 | 推荐方案 |
焦炉煤气总管 | 含焦油、萘、硫 | 污染与压损 | 插入式热式(可拆探头),装电捕后 |
焦炉煤气支管 | 同上,口径小 | 污染 | 差压或热式,取压口伴热 |
煤焦油 | 高粘、易凝 | 伴热与满管 | 科氏直管型,全伴热 |
粗苯 | 易挥发、易燃 | 防爆与密封 | 科氏,防爆型 |
氨水 | 含酚、含固、腐蚀 | 磨蚀与腐蚀 | 电磁或科氏直管型 |
焦化废水 | 含油、含固 | 污染 | 电磁,定期清洗电极 |
十、常见问题
Q1:焦炉煤气为什么不用孔板?
能用,取压口容易堵。要配伴热和定期吹扫,维护量大。大口径时孔板的压损也高,鼓风机电耗会增加。
Q2:热式探头多久清洗一次?
按煤气含焦油量定。低于 20mg/m³ 时三个月一次,20 至 50mg/m³ 时每月一次,高于 50mg/m³ 时每两周一次。实际周期要根据现场读数漂移情况调整。
Q3:萘结晶怎么预防?
取压管、导压管做伴热到 80℃ 以上,管路做坡度,定期蒸汽吹扫。探头根部也要保温。
Q4:焦油用什么表测?
科里奥利,直管型优先,全管路伴热到 80℃ 至 100℃。要保证满管,出口抬高。
Q5:焦化厂的振动对科氏影响大吗?
有影响。振管对特定频率的振动敏感,要避开振动源、加支架、必要时加软连接。选型时把振动条件写进技术协议。
Q6:脏气体用什么参比条件?
按标况(0℃ 或 20℃,101.325kPa)计算,全厂统一。焦炉煤气的热值计算也基于标况体积,两者口径要一致。
焦化的计量,与其说是仪表选型问题,不如说是介质管理问题。前置净化做到位、伴热做到位、清洗周期定下来,任何一台表都能稳定工作;这三件事缺一件,再贵的表也撑不过一年。有具体点位的煤气成分和工况,可以按污染程度给一版选型与维护建议。