多参量调整型过热蒸汽流量计在多晶硅行业的应用

摘要：通过多晶硅行业的应用实例分析介绍了罗斯蒙特一体化多参量调整型过热蒸汽流量计的特点及使用效果。
1 多晶硅行业现状
多晶硅行业是个新兴且具有发展潜力的产业，是硅产品产业链中不可缺失的一环，其成品多晶硅更是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，这是半导体和太阳能光伏产业的物质基础，也是信息产业和新能源产业*基础的原材料。随着高科技的不断进步、信息爆炸时代的来临，**对于半导体硅的需求量剧增，而且对于硅芯片存储容量呈指数级增长要求，这就意味着纯度更高的太阳能级多晶硅的需求迫在眉睫、供不应求。中国也在高科技、新能源产业上加大了扶持力度，趁势涌现出一批万吨级多晶硅企业，如宜昌南玻、江苏中能硅业、亚洲硅业、四川永祥等。大部分厂家均采用改良西门子法技术，即用氯和氢合成氯化氢，氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。其工艺生产中涉及的主要装置有：三氯氢硅合成、精馏、还原、氢化、尾气回收、三废处理等。
行业中涉及很多物料配比的流量测点，习惯上偏好使用科式质量流量计，项目初期投资很大，加长了投资回报周期。过程测量仪表作为工艺生产过程中的润滑剂，关系到工艺流程的稳定性、物料配比的精准性，同时也与人员、设备的安全性息息相关。选择适合的仪表不仅可以提升整个生产过程的自动化程度，也可以帮助企业在确保安全生产的同时减少初期项目投资。
2 罗斯蒙特差压原理的调整型过热蒸汽流量计在多晶硅行业的应用
2.1 还原装置流量测量应用
（1）关键应用测点:
氢气流量精准测量作为自然界中密度*小的气体，在常温下，氢气的性质很稳定，但是条件改变时情况就不同了。为确保氢气流量准确安全的测量，通常要求在316不锈钢管道中氢气流速要控制在25m/s的安全流速以内。作为还原剂，配比的精准性直接影响到成品的合格率和品质，因此工艺要求流量精度达到0.5%；现场配管一般为管径DN50~DN100的316不锈钢管道。
（2）解决方案
罗斯蒙特一体化的多参量调整型过热蒸汽流量计3051SFCC（SMV）, 使用4个间隔均等的开孔消除漩涡和不规则流动剖面，同时具备节流和整流的能力，在前后直管段满足2D的情况下即可使得氢气流速控制在安全流速范围内，保证了流体测量的安全性和准确性。同时，多参量流量变送器3051SMV依据流体的伯努利方程 ，对影响流体的多达25个流量计算参数进行实时的温度压力全补偿，消除流体经过孔板截流件时这些参数产生的误差，确保了流量计全量程误差与设计的单点误差保持一致。流量测量精度高达0.5%，还确保了长期测量的稳定性，完全满足工艺控制的需求。相较于传统的质量流量计测量，更加经济。
2.2 测量难点：公用工程全厂蒸汽平衡
传统测量方案:不带补偿/部分补偿涡街流量计或不带补偿/上位机部分补偿的差压式流量计，但这些方式普遍存在计量不准确，蒸汽无法平衡的情况。究其根本原因：蒸汽并非液体，管线传输过程中，由于温度或压力的变化使得蒸汽自身的状态发生了改变，因此，管线的上下游蒸汽流量测量值很难对上。另外，蒸汽长管线传输过程中会产生振动，这也会影响部分涡街流量计的实际测量精度。罗斯蒙特多参量调整型过热蒸汽流量计3051SFCC（SMV）方案就对症下药，有效地解决了这一难题。*先，多参量流量变送器3051SMV内嵌**水蒸汽计量标准IAPWS-IF97的计算模型，此计算模型符合**标准蒸汽热值输出标准，但计算精度远高于国内流量计蒸汽测量遵循的IF-67公式模型；其次，3051SMV可实现对测量蒸汽进行实时动态的温度压力全补偿，来消除或减少因为温度或压力变化带来的蒸汽能量损失，提高整个蒸汽能源计量的精度。*后3051SMV可输出热值。而这在蒸汽贸易结算中，热值的交接更为公平和准确，且整型过热蒸汽流量计不受蒸汽振动的影响而影响测量精度。
3 罗斯蒙特一体化多参量调整型过热蒸汽流量计3051SFCC（SMV）的特点及优势
3051SFCC(SMV)是由罗斯蒙特*高端3051SMV多参量流量变送器和405C紧凑型调整孔板以及阀组一体化而成，该组合模式改变并革新了传统的差压流量测量技术。
3.1 一体化成形出厂的意义
变送器、阀组与流量测量元件由同一个厂家生产并一体化组装。出厂前即完成了整体的压力、密封测试，可以降低现场出现泄漏的几率，且出厂前的整体流量标定也可以确保流量计的系统精度。货到现场后，直接法兰夹持安装，无需考虑引压管，减少了因引压管带来的泄露风险和系统流量精度误差。即便流量计真有故障了，也可以直接找到厂家来处理，避免了责任分摊不清的问题。
3.2 3051SMV多参量流量变送器的优点
（1）一台表可同时测量并计算六个流量相关的变量: 差压、压力、温度、质量/体积流量、热量流量，可实现累计器功能，功能高度集中。
（2）内嵌**水蒸汽计量标准IAPWS-IF97的数学计算模型，确保蒸汽测量的高精度。实时动态补偿多达25个流体变量参数，提高流量测量精度。
（3）变送器*高精度可达到读数的0.04%，流量量程比可达14:1。 可提供15年稳定性的保证。
3.3 调整型孔板的优点
调整型孔板基于ISO5167计算标准，开等面积的四孔。该设计平衡度好，可以消除漩涡和不规则流动剖面，同时具备节流和整流的能力。对于安装，只需要满足前后2D的直管段即可确保现场流量测量的准确性，这样的流量计几乎可以安装在工厂任何的地方，也使得现场新增流量测点变得简单易行。配备了3051SMV变送器的一体化调整型过热蒸汽流量计的测量精度更高，可达±0.5%。
3.4 安装调试校验的便利
罗斯蒙特一体化整型过热蒸汽流量计现场安装不需要额外考虑引压管。到现场后只需要通过法兰夹持安装即可，简单容易操作。安装完成后通知厂家来服务调试即可，大大减少了现场的安装调试工作量。罗斯蒙特流量计非常稳定可靠，基本不需要进行维护。每年流量计标定的时候，只需要送检变送器即可，非常方便。
４ 结语
罗斯蒙特多参量调整型过热蒸汽流量计在多晶硅行业成功实现了还原装置氢气及公用工程蒸汽的流量测量。无论是重要测量还是疑难测点，其优异的性能完全满足了工艺测量的需求。流量计除了在定期的停工检修中, 做简单的检查外, 没有出现过任何问题。其可靠度与免维护性也得到了现场仪表工程师的肯定，在**各多晶硅企业均有成功应用。