多參量調整型鍋爐蒸汽流量計在多晶硅行業(yè)的應用
點(diǎn)擊次數：1692 發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 15:13:34
摘要：通過(guò)多晶硅行業(yè)的應用實(shí)例分析介紹了羅斯蒙特一體化多參量調整型鍋爐蒸汽流量計的特點(diǎn)及使用效果。
1 多晶硅行業(yè)現狀
多晶硅行業(yè)是個(gè)新興且具有發(fā)展潛力的產(chǎn)業(yè)，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中不可缺失的一環(huán)，其成品多晶硅更是制造硅拋光片、太陽(yáng)能電池及高純硅制品的主要原料，這是半導體和太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎，也是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎的原材料。隨著(zhù)高科技的不斷進(jìn)步、信息爆炸時(shí)代的來(lái)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(cháng)要求，這就意味著(zhù)純度更高的太陽(yáng)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(chǎn)業(yè)上加大了扶持力度，趁勢涌現出一批萬(wàn)噸級多晶硅企業(yè)，如宜昌南玻、江蘇中能硅業(yè)、亞洲硅業(yè)、四川永祥等。大部分廠(chǎng)家均采用改良西門(mén)子法技術(shù)，即用氯和氫合成氯化氫，氯化氫和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內進(jìn)行CVD反應生產(chǎn)高純多晶硅。其工藝生產(chǎn)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(yè)中涉及很多物料配比的流量測點(diǎn)，習慣上偏好使用科式質(zhì)量流量計，項目初期投資很大，加長(cháng)了投資回報周期。過(guò)程測量?jì)x表作為工藝生產(chǎn)過(guò)程中的潤滑劑，關(guān)系到工藝流程的穩定性、物料配比的精準性，同時(shí)也與人員、設備的安全性息息相關(guān)。選擇適合的儀表不僅可以提升整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，也可以幫助企業(yè)在確保安全生產(chǎn)的同時(shí)減少初期項目投資。
2 羅斯蒙特差壓原理的調整型鍋爐蒸汽流量計在多晶硅行業(yè)的應用
2.1 還原裝置流量測量應用
（1）關(guān)鍵應用測點(diǎn):
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(zhì)很穩定，但是條件改變時(shí)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?xún)?。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(zhì)，因此工藝要求流量精度達到0.5%；現場(chǎng)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鍋爐蒸汽流量計3051SFCC（SMV）, 使用4個(gè)間隔均等的開(kāi)孔消除漩渦和不規則流動(dòng)剖面，同時(shí)具備節流和整流的能力，在前后直管段滿(mǎn)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(shí)，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(gè)流量計算參數進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度壓力全補償，消除流體經(jīng)過(guò)孔板截流件時(shí)這些參數產(chǎn)生的誤差，確保了流量計全量程誤差與設計的單點(diǎn)誤差保持一致。流量測量精度高達0.5%，還確保了長(cháng)期測量的穩定性，完全滿(mǎn)足工藝控制的需求。相較于傳統的質(zhì)量流量計測量，更加經(jīng)濟。
2.2 測量難點(diǎn)：公用工程全廠(chǎng)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(wú)法平衡的情況。究其根本原因：蒸汽并非液體，管線(xiàn)傳輸過(guò)程中，由于溫度或壓力的變化使得蒸汽自身的狀態(tài)發(fā)生了改變，因此，管線(xiàn)的上下游蒸汽流量測量值很難對上。另外，蒸汽長(cháng)管線(xiàn)傳輸過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生振動(dòng)，這也會(huì )影響部分渦街流量計的實(shí)際測量精度。羅斯蒙特多參量調整型鍋爐蒸汽流量計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(shí)現對測量蒸汽進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的溫度壓力全補償，來(lái)消除或減少因為溫度或壓力變化帶來(lái)的蒸汽能量損失，提高整個(gè)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，且整型鍋爐蒸汽流量計不受蒸汽振動(dòng)的影響而影響測量精度。
3 羅斯蒙特一體化多參量調整型鍋爐蒸汽流量計3051SFCC（SMV）的特點(diǎn)及優(yōu)勢
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(shù)。
3.1 一體化成形出廠(chǎng)的意義
變送器、閥組與流量測量元件由同一個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)并一體化組裝。出廠(chǎng)前即完成了整體的壓力、密封測試，可以降低現場(chǎng)出現泄漏的幾率，且出廠(chǎng)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(chǎng)后，直接法蘭夾持安裝，無(wú)需考慮引壓管，減少了因引壓管帶來(lái)的泄露風(fēng)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(chǎng)家來(lái)處理，避免了責任分攤不清的問(wèn)題。
3.2 3051SMV多參量流量變送器的優(yōu)點(diǎn)
（1）一臺表可同時(shí)測量并計算六個(gè)流量相關(guān)的變量: 差壓、壓力、溫度、質(zhì)量/體積流量、熱量流量，可實(shí)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(xué)計算模型，確保蒸汽測量的高精度。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補償多達25個(gè)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。 可提供15年穩定性的保證。
3.3 調整型孔板的優(yōu)點(diǎn)
調整型孔板基于ISO5167計算標準，開(kāi)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(dòng)剖面，同時(shí)具備節流和整流的能力。對于安裝，只需要滿(mǎn)足前后2D的直管段即可確?，F場(chǎng)流量測量的準確性，這樣的流量計幾乎可以安裝在工廠(chǎng)任何的地方，也使得現場(chǎng)新增流量測點(diǎn)變得簡(jiǎn)單易行。配備了3051SMV變送器的一體化調整型鍋爐蒸汽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
羅斯蒙特一體化整型鍋爐蒸汽流量計現場(chǎng)安裝不需要額外考慮引壓管。到現場(chǎng)后只需要通過(guò)法蘭夾持安裝即可，簡(jiǎn)單容易操作。安裝完成后通知廠(chǎng)家來(lái)服務(wù)調試即可，大大減少了現場(chǎng)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(jìn)行維護。每年流量計標定的時(shí)候，只需要送檢變送器即可，非常方便。
４ 結語(yǔ)
羅斯蒙特多參量調整型鍋爐蒸汽流量計在多晶硅行業(yè)成功實(shí)現了還原裝置氫氣及公用工程蒸汽的流量測量。無(wú)論是重要測量還是疑難測點(diǎn)，其優(yōu)異的性能完全滿(mǎn)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(jiǎn)單的檢查外, 沒(méi)有出現過(guò)任何問(wèn)題。其可靠度與免維護性也得到了現場(chǎng)儀表工程師的肯定，在全國各多晶硅企業(yè)均有成功應用。
1 多晶硅行業(yè)現狀
多晶硅行業(yè)是個(gè)新興且具有發(fā)展潛力的產(chǎn)業(yè)，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中不可缺失的一環(huán)，其成品多晶硅更是制造硅拋光片、太陽(yáng)能電池及高純硅制品的主要原料，這是半導體和太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎，也是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎的原材料。隨著(zhù)高科技的不斷進(jìn)步、信息爆炸時(shí)代的來(lái)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(cháng)要求，這就意味著(zhù)純度更高的太陽(yáng)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(chǎn)業(yè)上加大了扶持力度，趁勢涌現出一批萬(wàn)噸級多晶硅企業(yè)，如宜昌南玻、江蘇中能硅業(yè)、亞洲硅業(yè)、四川永祥等。大部分廠(chǎng)家均采用改良西門(mén)子法技術(shù)，即用氯和氫合成氯化氫，氯化氫和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內進(jìn)行CVD反應生產(chǎn)高純多晶硅。其工藝生產(chǎn)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(yè)中涉及很多物料配比的流量測點(diǎn)，習慣上偏好使用科式質(zhì)量流量計，項目初期投資很大，加長(cháng)了投資回報周期。過(guò)程測量?jì)x表作為工藝生產(chǎn)過(guò)程中的潤滑劑，關(guān)系到工藝流程的穩定性、物料配比的精準性，同時(shí)也與人員、設備的安全性息息相關(guān)。選擇適合的儀表不僅可以提升整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，也可以幫助企業(yè)在確保安全生產(chǎn)的同時(shí)減少初期項目投資。
2 羅斯蒙特差壓原理的調整型鍋爐蒸汽流量計在多晶硅行業(yè)的應用
2.1 還原裝置流量測量應用
（1）關(guān)鍵應用測點(diǎn):
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(zhì)很穩定，但是條件改變時(shí)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?xún)?。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(zhì)，因此工藝要求流量精度達到0.5%；現場(chǎng)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鍋爐蒸汽流量計3051SFCC（SMV）, 使用4個(gè)間隔均等的開(kāi)孔消除漩渦和不規則流動(dòng)剖面，同時(shí)具備節流和整流的能力，在前后直管段滿(mǎn)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(shí)，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(gè)流量計算參數進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度壓力全補償，消除流體經(jīng)過(guò)孔板截流件時(shí)這些參數產(chǎn)生的誤差，確保了流量計全量程誤差與設計的單點(diǎn)誤差保持一致。流量測量精度高達0.5%，還確保了長(cháng)期測量的穩定性，完全滿(mǎn)足工藝控制的需求。相較于傳統的質(zhì)量流量計測量，更加經(jīng)濟。
2.2 測量難點(diǎn)：公用工程全廠(chǎng)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(wú)法平衡的情況。究其根本原因：蒸汽并非液體，管線(xiàn)傳輸過(guò)程中，由于溫度或壓力的變化使得蒸汽自身的狀態(tài)發(fā)生了改變，因此，管線(xiàn)的上下游蒸汽流量測量值很難對上。另外，蒸汽長(cháng)管線(xiàn)傳輸過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生振動(dòng)，這也會(huì )影響部分渦街流量計的實(shí)際測量精度。羅斯蒙特多參量調整型鍋爐蒸汽流量計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(shí)現對測量蒸汽進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的溫度壓力全補償，來(lái)消除或減少因為溫度或壓力變化帶來(lái)的蒸汽能量損失，提高整個(gè)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，且整型鍋爐蒸汽流量計不受蒸汽振動(dòng)的影響而影響測量精度。
3 羅斯蒙特一體化多參量調整型鍋爐蒸汽流量計3051SFCC（SMV）的特點(diǎn)及優(yōu)勢
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(shù)。
3.1 一體化成形出廠(chǎng)的意義
變送器、閥組與流量測量元件由同一個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)并一體化組裝。出廠(chǎng)前即完成了整體的壓力、密封測試，可以降低現場(chǎng)出現泄漏的幾率，且出廠(chǎng)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(chǎng)后，直接法蘭夾持安裝，無(wú)需考慮引壓管，減少了因引壓管帶來(lái)的泄露風(fēng)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(chǎng)家來(lái)處理，避免了責任分攤不清的問(wèn)題。
3.2 3051SMV多參量流量變送器的優(yōu)點(diǎn)
（1）一臺表可同時(shí)測量并計算六個(gè)流量相關(guān)的變量: 差壓、壓力、溫度、質(zhì)量/體積流量、熱量流量，可實(shí)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(xué)計算模型，確保蒸汽測量的高精度。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補償多達25個(gè)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。 可提供15年穩定性的保證。
3.3 調整型孔板的優(yōu)點(diǎn)
調整型孔板基于ISO5167計算標準，開(kāi)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(dòng)剖面，同時(shí)具備節流和整流的能力。對于安裝，只需要滿(mǎn)足前后2D的直管段即可確?，F場(chǎng)流量測量的準確性，這樣的流量計幾乎可以安裝在工廠(chǎng)任何的地方，也使得現場(chǎng)新增流量測點(diǎn)變得簡(jiǎn)單易行。配備了3051SMV變送器的一體化調整型鍋爐蒸汽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
羅斯蒙特一體化整型鍋爐蒸汽流量計現場(chǎng)安裝不需要額外考慮引壓管。到現場(chǎng)后只需要通過(guò)法蘭夾持安裝即可，簡(jiǎn)單容易操作。安裝完成后通知廠(chǎng)家來(lái)服務(wù)調試即可，大大減少了現場(chǎng)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(jìn)行維護。每年流量計標定的時(shí)候，只需要送檢變送器即可，非常方便。
４ 結語(yǔ)
羅斯蒙特多參量調整型鍋爐蒸汽流量計在多晶硅行業(yè)成功實(shí)現了還原裝置氫氣及公用工程蒸汽的流量測量。無(wú)論是重要測量還是疑難測點(diǎn)，其優(yōu)異的性能完全滿(mǎn)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(jiǎn)單的檢查外, 沒(méi)有出現過(guò)任何問(wèn)題。其可靠度與免維護性也得到了現場(chǎng)儀表工程師的肯定，在全國各多晶硅企業(yè)均有成功應用。