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

1　多晶硅行業(yè)現(xiàn)狀

多晶硅行業(yè)是個新興且具有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(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、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，這是半導(dǎo)體和太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)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?qū)τ诎雽?dǎo)體硅的需求量劇增，而且對于硅芯片存儲容量呈指數(shù)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(yīng)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(xiàn)出一批萬噸級多晶硅企業(yè)，如宜昌南玻、江蘇中能硅業(yè)、亞洲硅業(yè)、四川永祥等。大部分廠家均采用改良西門子法技術(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，然后對三氯氫硅進行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進行CVD反應(yīng)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，習(xí)慣上偏好使用科式質(zhì)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(chǎn)過程中的潤滑劑，關(guān)系到工藝流程的穩(wěn)定性、物料配比的精準(zhǔn)性，同時也與人員、設(shè)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生產(chǎn)過程的自動化程度，也可以幫助企業(yè)在確保安全生產(chǎn)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(diào)整型孔板流量計在多晶硅行業(yè)的應(yīng)用

2.1 還原裝置流量測量應(yīng)用

（1）關(guān)鍵應(yīng)用測點:氫氣流量精準(zhǔn)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(wěn)定，但是條件改變時情況就不同了。為確保氫氣流量準(zhǔn)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(nèi)。作為還原劑，配比的精準(zhǔn)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(dá)到0.5%；現(xiàn)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(diào)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(guī)則流動剖面，同時具備節(jié)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(nèi)，保證了流體測量的安全性和準(zhǔn)確性。同時，多參量流量變送器3051SMV依據(jù)流體的伯努利方程，對影響流體的多達(dá)25個流量計算參數(shù)進行實時的溫度壓力全補償，消除流體經(jīng)過孔板截流件時這些參數(shù)產(chǎn)生的誤差，確保了流量計全量程誤差與設(shè)計的單點誤差保持一致。流量測量精度高達(dá)0.5%，還確保了長期測量的穩(wěn)定性，完全滿足工藝控制的需求。相較于傳統(tǒng)的質(zhì)量流量計測量，更加經(jīng)濟。

2.2 測量難點：公用工程全廠蒸汽平衡

傳統(tǒng)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?shù)牟顗菏搅髁坑嫞@些方式普遍存在計量不準(zhǔn)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(tài)發(fā)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(chǎn)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(diào)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(nèi)嵌全球水蒸汽計量標(biāo)準(zhǔn)IAPWS-IF97的計算模型，此計算模型符合國家標(biāo)準(zhǔn)蒸汽熱值輸出標(biāo)準(zhǔn)，但計算精度遠(yuǎn)高于國內(nèi)流量計蒸汽測量遵循的IF-67公式模型；其次，3051SMV可實現(xiàn)對測量蒸汽進行實時動態(tài)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(mào)易結(jié)算中，熱值的交接更為公平和準(zhǔn)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(diào)整型孔板流量計3051SFCC（SMV）的特點及優(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(diào)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(tǒng)的差壓流量測量技術(shù)。

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(chǎn)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(xiàn)場出現(xiàn)泄漏的幾率，且出廠前的整體流量標(biāo)定也可以確保流量計的系統(tǒng)精度。貨到現(xiàn)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(fēng)險和系統(tǒng)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(zé)任分?jǐn)偛磺宓膯栴}。

3.2 3051SMV多參量流量變送器的優(yōu)點

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

（2）內(nèi)嵌全球水蒸汽計量標(biāo)準(zhǔn)IAPWS-IF97的數(shù)學(xué)計算模型，確保蒸汽測量的高精度。實時動態(tài)補償多達(dá)25個流體變量參數(shù)，提高流量測量精度。

（3）變送器最高精度可達(dá)到讀數(shù)的0.04%，流量量程比可達(dá)14:1。可提供15年穩(wěn)定性的保證。

3.3 調(diào)整型孔板的優(yōu)點

調(diào)整型孔板基于ISO5167計算標(biāo)準(zhǔn)，開等面積的四孔。該設(shè)計平衡度好，可以消除漩渦和不規(guī)則流動剖面，同時具備節(jié)流和整流的能力。對于安裝，只需要滿足前后2D的直管段即可確保現(xiàn)場流量測量的準(zhǔn)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(xiàn)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(diào)整型孔板流量計的測量精度更高，可達(dá)±0.5%。

3.4 安裝調(diào)試校驗的便利

艾默生羅斯蒙特一體化整型孔板流量計現(xiàn)場安裝不需要額外考慮引壓管。到現(xiàn)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(wù)調(diào)試即可，大大減少了現(xiàn)場的安裝調(diào)試工作量。羅斯蒙特流量計非常穩(wěn)定可靠，基本不需要進行維護。每年流量計標(biāo)定的時候，只需要送檢變送器即可，非常方便。

４ 結(jié)語

艾默生羅斯蒙特多參量調(diào)整型孔板流量計在多晶硅行業(yè)成功實現(xiàn)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(yōu)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(xiàn)過任何問題。其可靠度與免維護性也得到了現(xiàn)場儀表工程師的肯定，在全國各多晶硅企業(yè)均有成功應(yīng)用。

摘自《自動化博覽》2019年10月刊