多參量調整型孔板流量計在多晶硅行業的應用
企業:艾默生 日期:2019-11-01
領域:儀器儀表 點擊數:410

摘要:通過多晶硅行業的應用實例分析介紹了艾默生羅斯蒙特一體化多參量調整型孔板流量計的特點及使用效果。關鍵詞:多晶硅;還原裝置;氫氣;蒸汽;調整型孔板;多參量流量變送器;一體化

1 多晶硅行業現狀

多晶硅行業是個新興且具有發展潛力的產業,是硅產品產業鏈中不可缺失的一環,其成品多晶硅更是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料,這是半導體和太陽能光伏產業的物質基礎,也是信息產業和新能源產業最基礎的原材料。

隨著高科技的不斷進步、信息爆炸時代的來臨,全球對于半導體硅的需求量劇增,而且對于硅芯片存儲容量呈指數級增長要求,這就意味著純度更高的太陽能級多晶硅的需求迫在眉睫、供不應求。中國也在高科技、新能源產業上加大了扶持力度,趁勢涌現出一批萬噸級多晶硅企業,如宜昌南玻、江蘇中能硅業、亞洲硅業、四川永祥等。大部分廠家均采用改良西門子法技術,即用氯和氫合成氯化氫,氯化氫和工業硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅,然后對三氯氫硅進行分離精餾提純,提純后的三氯氫硅在氫還原爐內進行CVD反應生產高純多晶硅。其工藝生產中涉及的主要裝置有:三氯氫硅合成、精餾、還原、氫化、尾氣回收、三廢處理等。

行業中涉及很多物料配比的流量測點,習慣上偏好使用科式質量流量計,項目初期投資很大,加長了投資回報周期。過程測量儀表作為工藝生產過程中的潤滑劑,關系到工藝流程的穩定性、物料配比的精準性,同時也與人員、設備的安全性息息相關。選擇適合的儀表不僅可以提升整個生產過程的自動化程度,也可以幫助企業在確保安全生產的同時減少初期項目投資。

2 艾默生羅斯蒙特差壓原理的調整型孔板流量計在多晶硅行業的應用

2.1 還原裝置流量測量應用

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(1)關鍵應用測點:氫氣流量精準測量

作為自然界中密度最小的氣體,在常溫下,氫氣的性質很穩定,但是條件改變時情況就不同了。為確保氫氣流量準確安全的測量,通常要求在316不銹鋼管道中氫氣流速要控制在25m/s的安全流速以內。作為還原劑,配比的精準性直接影響到成品的合格率和品質,因此工藝要求流量精度達到0.5%;現場配管一般為管徑DN50~DN100的316不銹鋼管道。

(2)解決方案

羅斯蒙特一體化的多參量調整型孔板流量計3051SFCC(SMV),使用4個間隔均等的開孔消除漩渦和不規則流動剖面,同時具備節流和整流的能力,在前后直管段滿足2D的情況下即可使得氫氣流速控制在安全流速范圍內,保證了流體測量的安全性和準確性。同時,多參量流量變送器3051SMV依據流體的伯努利方程,對影響流體的多達25個流量計算參數進行實時的溫度壓力全補償,消除流體經過孔板截流件時這些參數產生的誤差,確保了流量計全量程誤差與設計的單點誤差保持一致。流量測量精度高達0.5%,還確保了長期測量的穩定性,完全滿足工藝控制的需求。相較于傳統的質量流量計測量,更加經濟。

2.2 測量難點:公用工程全廠蒸汽平衡

傳統測量方案:不帶補償/部分補償渦街流量計或不帶補償/上位機部分補償的差壓式流量計,但這些方式普遍存在計量不準確,蒸汽無法平衡的情況。究其根本原因:蒸汽并非液體,管線傳輸過程中,由于溫度或壓力的變化使得蒸汽自身的狀態發生了改變,因此,管線的上下游蒸汽流量測量值很難對上。另外,蒸汽長管線傳輸過程中會產生振動,這也會影響部分渦街流量計的實際測量精度。

羅斯蒙特多參量調整型孔板流量計3051SFCC(SMV)方案就對癥下藥,有效地解決了這一難題。首先,多參量流量變送器3051SMV內嵌全球水蒸汽計量標準IAPWS-IF97的計算模型,此計算模型符合國家標準蒸汽熱值輸出標準,但計算精度遠高于國內流量計蒸汽測量遵循的IF-67公式模型;其次,3051SMV可實現對測量蒸汽進行實時動態的溫度壓力全補償,來消除或減少因為溫度或壓力變化帶來的蒸汽能量損失,提高整個蒸汽能源計量的精度。最后3051SMV可輸出熱值。而這在蒸汽貿易結算中,熱值的交接更為公平和準確,且整型孔板流量計不受蒸汽振動的影響而影響測量精度。

3 艾默生羅斯蒙特一體化多參量調整型孔板流量計3051SFCC(SMV)的特點及優勢

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3051SFCC(SMV)是由羅斯蒙特最高端3051SMV多參量流量變送器和405C緊湊型調整孔板以及閥組一體化而成,該組合模式改變并革新了傳統的差壓流量測量技術。

3.1 一體化成形出廠的意義

變送器、閥組與流量測量元件由同一個廠家生產并一體化組裝。出廠前即完成了整體的壓力、密封測試,可以降低現場出現泄漏的幾率,且出廠前的整體流量標定也可以確保流量計的系統精度。貨到現場后,直接法蘭夾持安裝,無需考慮引壓管,減少了因引壓管帶來的泄露風險和系統流量精度誤差。即便流量計真有故障了,也可以直接找到廠家來處理,避免了責任分攤不清的問題。

3.2 3051SMV多參量流量變送器的優點

(1)一臺表可同時測量并計算六個流量相關的變量:差壓、壓力、溫度、質量/體積流量、熱量流量,可實現累計器功能,功能高度集中。

(2)內嵌全球水蒸汽計量標準IAPWS-IF97的數學計算模型,確保蒸汽測量的高精度。實時動態補償多達25個流體變量參數,提高流量測量精度。

(3)變送器最高精度可達到讀數的0.04%,流量量程比可達14:1??商峁?5年穩定性的保證。

3.3 調整型孔板的優點

調整型孔板基于ISO5167計算標準,開等面積的四孔。該設計平衡度好,可以消除漩渦和不規則流動剖面,同時具備節流和整流的能力。對于安裝,只需要滿足前后2D的直管段即可確?,F場流量測量的準確性,這樣的流量計幾乎可以安裝在工廠任何的地方,也使得現場新增流量測點變得簡單易行。配備了3051SMV變送器的一體化調整型孔板流量計的測量精度更高,可達±0.5%。

3.4 安裝調試校驗的便利

艾默生羅斯蒙特一體化整型孔板流量計現場安裝不需要額外考慮引壓管。到現場后只需要通過法蘭夾持安裝即可,簡單容易操作。安裝完成后通知廠家來服務調試即可,大大減少了現場的安裝調試工作量。羅斯蒙特流量計非常穩定可靠,基本不需要進行維護。每年流量計標定的時候,只需要送檢變送器即可,非常方便。

4 結語

艾默生羅斯蒙特多參量調整型孔板流量計在多晶硅行業成功實現了還原裝置氫氣及公用工程蒸汽的流量測量。無論是重要測量還是疑難測點,其優異的性能完全滿足了工藝測量的需求。流量計除了在定期的停工檢修中,做簡單的檢查外,沒有出現過任何問題。其可靠度與免維護性也得到了現場儀表工程師的肯定,在全國各多晶硅企業均有成功應用。

摘自《自動化博覽》2019年10月刊

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