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淺議硫磺制酸裝置中液體渦輪計(jì)量表及其他流量計(jì)的選用
發(fā)布時(shí)間:2020-12-22 09:24:05??點(diǎn)擊次數(shù):1487次
摘要: 介紹了硫磺制酸裝置各種介質(zhì)流量計(jì)的選型及使用情況,探討了流量計(jì)應(yīng)用的考量點(diǎn)、流量計(jì)檢定及能源計(jì)量的合規(guī)性等多方面問題。實(shí)踐證明: 自動(dòng)化儀表控制是減少裝置安全風(fēng)險(xiǎn)的根本性手段。自動(dòng)化儀表方案一定要簡單有效,配置的檢測(cè)設(shè)備要能很好適應(yīng)所測(cè)量的環(huán)境,*好能達(dá)到 3年免維護(hù)穩(wěn)定可靠運(yùn)行,并且價(jià)格不高。
流量、物位、溫度、壓力是過程控制的四大參數(shù),但流量的測(cè)量*為復(fù)雜。如何選用好流量計(jì)一直是行業(yè)難點(diǎn)。流量計(jì)相關(guān)的理論書籍很多,產(chǎn)品資料也很豐富,一方面很好地指導(dǎo)了流量計(jì)的應(yīng)用,另一方面也容易產(chǎn)生選用流量計(jì)上的困惑。借鑒各行業(yè)積累的成功應(yīng)用案例,是減小選用風(fēng)險(xiǎn)*為有效的途徑。如選用的儀表能一步測(cè)量到位、長期穩(wěn)定運(yùn)行,不僅能提高生產(chǎn)控制的安全可靠性,還能有效控制環(huán)保指標(biāo),節(jié)能降耗。
硫磺制酸裝置涉及的流量測(cè)量有工藝水、循環(huán)水、生活水、脫鹽水、污水、硫酸銨、硫酸鈉、液氨( 氣液混合氨) 、液體硫磺、130 ℃ 以下硫酸、230 ℃ 以下硫酸、低壓蒸汽、中壓蒸汽、壓縮空氣、儀表空氣、主風(fēng)機(jī)風(fēng)量、尾氣等。
1 各介質(zhì)流量計(jì)的選用
1. 1 工藝水、循環(huán)水、生活水流量測(cè)量工藝水、循環(huán)水、生活水流量測(cè)量可選用差壓類、電磁類、渦街類、旋翼螺翼類、渦輪類、超聲波等流量計(jì)。
水類介質(zhì)一般不復(fù)雜,旋翼螺翼流量計(jì)( 或帶傳訊裝置) 和液體渦輪計(jì)量表是較好的選擇。旋翼螺翼流量計(jì)阻力小,較為節(jié)能,量程比在 100 以上,有的甚至達(dá)到 250。在水流量大范圍變化時(shí)也能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量,其壽命一般超過 10 年,基本免維護(hù)。旋翼螺翼流量計(jì)價(jià)格非常便宜,是液體渦輪計(jì)量表的 1 /2 以 下。如要液體渦輪計(jì)量表運(yùn)行超過 10 年,建議選用進(jìn)口品*產(chǎn)品。
其他類型流量計(jì)量程比都比較小,一般在 30 以下; 有的價(jià)格高,有的需要維護(hù),有的有可動(dòng)部件。旋翼螺翼流量計(jì)也有可動(dòng)部件,但大品*壽命一般在 10 年以上。
對(duì)于 DN800 以上大口徑流量測(cè)量,如輸送泵帶變頻裝置,仍推薦選用進(jìn)口液體渦輪計(jì)量表,可靠又節(jié)能; 如選國產(chǎn)產(chǎn)品,建議做好表頭備件。如對(duì)管路阻力不敏感,可考慮選用孔板流量計(jì),其測(cè)量系統(tǒng)非常便宜。選超聲波流量計(jì)要慎重,因?yàn)楣艿赖慕Y(jié)垢、銹蝕和腐蝕*可能造成超聲波失信或信號(hào)品質(zhì)差,從而導(dǎo)致測(cè)量失靈。
1. 2 污水流量測(cè)量
污水流量測(cè)量可選液體渦輪計(jì)量表、差壓類流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。硫酸的污水流量變化較大,推薦選用液體渦輪計(jì)量表,其電*材質(zhì)可考慮選用哈氏合金、鉭。
1. 3 脫鹽水流量測(cè)量
脫鹽水流量測(cè)量可選用差壓類流量計(jì)、旋渦類流量計(jì)。差壓類流量計(jì)如孔板或噴嘴流量計(jì)價(jià)格便宜,如量程比要求不高,可以選用。旋渦流量計(jì)推薦選用橫河 DY 型,筆者使用過十幾臺(tái)該類型的流量計(jì),歷經(jīng) 10 多年沒有一臺(tái)出現(xiàn)問題,該流量計(jì)還可以耐受很高程度的振動(dòng)。對(duì)電導(dǎo)率較高的脫鹽水,也有建議選用電容式液體渦輪計(jì)量表,但該流量計(jì)比較貴,并且在低電導(dǎo)率下運(yùn)行不太穩(wěn)定。
1. 4 硫酸銨、硫酸鈉流量測(cè)量
硫酸銨、硫酸鈉流量測(cè)量可選用液體渦輪計(jì)量表、質(zhì)量流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)可增選密度輸出,對(duì)硫酸銨、硫酸鈉的操作指標(biāo)控制有幫助。不過結(jié)垢對(duì)質(zhì)量流量計(jì)密度測(cè)量影響比較明顯,需定期清理,比如配管增加熱水或蒸汽的沖洗接口。
1. 5 氨流量測(cè)量
氨屬于價(jià)值較高的介質(zhì),且易氣化,建議氨流量測(cè)量直接選用質(zhì)量流量計(jì)。該流量計(jì)不僅準(zhǔn)確,且量程比高。選用前需對(duì)氨的壓力和溫度作細(xì)致考證。如確定氨存在氣液混相,建議選橫河質(zhì)量流量計(jì),流量大時(shí)還需多個(gè)流量計(jì)并聯(lián)使用。筆者有連續(xù) 4 年使用該流量計(jì)的經(jīng)歷,該流量計(jì)可測(cè)量程比超過 600,物料核算合理且長期穩(wěn)定。
1. 6 液體硫磺流量測(cè)量
液體硫磺流量測(cè)量可選用質(zhì)量流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、楔式流量計(jì)、渦街流量計(jì)等。如該流量計(jì)長期測(cè)量穩(wěn)定準(zhǔn)確,可為有效預(yù)防升華硫提供條件,也便于核算消耗。經(jīng)驗(yàn)表明,羅斯蒙特 CMF 質(zhì)量流量計(jì)可實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。筆者曾用過一款 E+H 質(zhì)量流量計(jì),有時(shí)零漂特別大。橫河質(zhì)量流量計(jì)據(jù)說也有成功運(yùn)行的業(yè)績。有條件的單位盡量選用進(jìn)口質(zhì)量流量計(jì)。有資料或廠家對(duì)質(zhì)量流量計(jì)有如下使用要求: 需要加支撐,手不能摸,風(fēng)吹大了有影響,不能有安裝應(yīng)力。實(shí)際這些要求都可忽略,現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中幾乎沒有這么理想的條件。轉(zhuǎn)子流量計(jì)容易出現(xiàn)卡澀。筆者認(rèn)為,設(shè)備供應(yīng)商可以對(duì)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),以解決轉(zhuǎn)子流量計(jì)卡澀的問題。
超聲波流量計(jì)國外有應(yīng)用業(yè)績,施工安裝稍顯麻煩,且價(jià)格較高。
楔式流量計(jì)因采用差壓原理,會(huì)有零漂,量程比偏低,準(zhǔn)確性也不太高。
渦街流量計(jì)*好選用國產(chǎn)機(jī)械濾波產(chǎn)品,響應(yīng)速度快,結(jié)構(gòu)簡單,準(zhǔn)確性尚可。如是卡片式,可不需要夾套。渦街流量計(jì)是以上流量計(jì)中價(jià)格*便宜的,可測(cè)量量程比在 10 以上; 如表頭質(zhì)量好,可實(shí)現(xiàn) 3 年免維護(hù)運(yùn)行。限于雷諾數(shù)考慮,表壓損稍大。筆者用過橫河 DY 產(chǎn)品,該流量計(jì)不穩(wěn)定,甚至不能測(cè)量,可能其柱塞結(jié)構(gòu)并不適合該測(cè)量環(huán)境。其他如 E+H 電容式流量計(jì)有撓舌結(jié)構(gòu),間隙小,有硅油; 羅斯蒙特流量計(jì)采用波紋管結(jié)構(gòu),下限死區(qū)大,探頭可在線更換。這些進(jìn)口的渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,不一定適用液體硫磺流量測(cè)量。
1. 7 130 ℃以下硫酸、230 ℃以下硫酸流量測(cè)量
130 ℃以下硫酸流量測(cè)量可采用液體渦輪計(jì)量表,準(zhǔn)確穩(wěn)定。貿(mào)易計(jì)量時(shí)建議采用 2 個(gè)進(jìn)口液體渦輪計(jì)量表串聯(lián)對(duì)比使用,其精度可媲美質(zhì)量流量計(jì)。也可采用質(zhì)量流量計(jì),但價(jià)格較高。筆者曾見過 2個(gè)進(jìn)口質(zhì)量流量計(jì)在常溫硫酸介質(zhì)使用不到 3 年,振蕩管均在同一位置出現(xiàn)了裂紋。 230 ℃以下硫酸流量測(cè)量可采用弗萊克森超聲波流量計(jì)、多孔孔板流量計(jì)。如管道內(nèi)壁腐蝕比較嚴(yán)重,超聲波流量計(jì)有可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)量失靈。采用蒸發(fā)器酸側(cè)本身的壓差,也可以模擬出流量的測(cè)量,完全可滿足操作控制、聯(lián)鎖的需要。
1. 8 低壓蒸汽、中壓蒸汽流量測(cè)量
低壓蒸汽、中壓蒸汽流量測(cè)量可采用的流量計(jì)有差壓類( 孔板、多孔孔板、噴嘴、德爾塔巴、阿牛巴、V 錐) 流量計(jì)、渦街流量計(jì)。如需要測(cè)量范圍大、測(cè)量精度高,450 ℃ 以下蒸汽流量測(cè)量優(yōu)先選用橫河 DY 渦街流量計(jì),427 ℃以下也可選用其他進(jìn)口品*產(chǎn)品。如測(cè)量元件需要檢定,則選標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴類流量計(jì)。現(xiàn)在使用文丘里流量計(jì)的用戶已經(jīng)很少了。如溫度太高,口徑太大,特別是飽和蒸汽并需要檢定,噴嘴流量計(jì)幾乎是**的選擇。
如是生產(chǎn)操作控制需要,則以上流量計(jì)均可作為選用對(duì)象。但不推薦 DN150 以下選用差壓類流量計(jì)。該類流量計(jì)價(jià)格較高、測(cè)量范圍窄、精度較低。筆者曾遇到這種情況: 蒸汽管道 DN150 選用了多參量阿牛巴流量計(jì),該流量計(jì)量程差壓不足 1 kPa,使用時(shí)出現(xiàn)測(cè)量波動(dòng)范圍大( 0. 5 ~ 6. 0 t /h) ,物流核算偏大或不穩(wěn)定; 換成進(jìn)口渦街流量計(jì)后,流量基本穩(wěn)定在 2. 2 t /h,完全符合工藝狀態(tài),物流核算也準(zhǔn)確,該流量計(jì)價(jià)格還便宜。但如下情況可以直接選高壓差標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì): 流量波動(dòng)范圍不大、對(duì)壓損不敏感、精度要求不高、要求投資成本低。
1. 9 主風(fēng)機(jī)風(fēng)量、尾氣流量測(cè)量主風(fēng)機(jī)風(fēng)量、尾氣流量測(cè)量建議直接選巴類流量計(jì),有條件的廠家可選進(jìn)口產(chǎn)品。進(jìn)口巴類流量計(jì)一般壓差大、測(cè)量穩(wěn)定性好、適應(yīng)流態(tài)好、數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確。巴類流量計(jì)壓損低,在大流量測(cè)量中,*低的阻力降具備很大運(yùn)行效益。不建議選多孔板、V 錐、孔板等高壓差類型產(chǎn)品。尾氣在線分析廠家往往使用皮托管測(cè)量流量,測(cè)量值多只有實(shí)際值的 65%。能不能用該類流量計(jì)測(cè)量值得分析探討。筆者建議選巴類流量計(jì)。其有均壓結(jié)構(gòu),容易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。
1. 10 壓縮空氣、儀表空氣流量測(cè)量壓縮空氣、儀表空氣流量測(cè)量可選用橫河 DY等進(jìn)口品*渦街流量計(jì),*好減小一級(jí)選型。該類流量計(jì)價(jià)格不高,量程比*大。
2 有關(guān)流量計(jì)應(yīng)用的探討
2. 1 流量計(jì)是否可用的基本考量點(diǎn)
實(shí)際流量發(fā)生變化時(shí)流量計(jì)測(cè)量的值也要相應(yīng)變化; 實(shí)際流量為 0 時(shí),流量計(jì)測(cè)量結(jié)果也要為零( 可有限切除) 。無論什么產(chǎn)品,如不能連續(xù) 1 年以上實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)要求,產(chǎn)品質(zhì)量都值得懷疑。如產(chǎn)品經(jīng)過認(rèn)真分析整改仍然實(shí)現(xiàn)不了,就應(yīng)考慮改型或改換產(chǎn)品。
流量測(cè)量是否正常,有時(shí)受安裝因素影響。比如曾有一臺(tái) V 錐流量計(jì)測(cè)量蒸汽,原來經(jīng)常出現(xiàn)蒸汽實(shí)際流量為 0 時(shí)流量計(jì)測(cè)量值卻為滿值,且不隨實(shí)際蒸汽流量的變化而變化的問題。但該流量計(jì)取壓整改后恢復(fù)正常。
筆者曾試驗(yàn)過 2 個(gè)國產(chǎn)品*渦街流量計(jì)測(cè)量壓縮空氣流量,均出現(xiàn)實(shí)際流量變大時(shí)渦街流量計(jì)測(cè)得的流量反而變小,而串聯(lián)的橫河 DY 渦街流量計(jì)反應(yīng)正常。說明實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)考量點(diǎn)并不容易。
2. 2 流量計(jì)檢定
有些流量計(jì)實(shí)際上是無法得到法定檢定結(jié)果的,比如測(cè)量蒸汽的 V 錐、德爾塔巴等流量計(jì),但實(shí)際應(yīng)用中仍會(huì)大量使用。一些產(chǎn)品樣本所宣稱的精度或檢定也**于水的標(biāo)定結(jié)果,實(shí)際精度大多沒有實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)去驗(yàn)證,也得不到蒸汽條件下的檢定**。迄今為止,筆者沒有了解到哪個(gè)用戶能全面地、真正地按規(guī)范要求對(duì)強(qiáng)檢流量計(jì)實(shí)施檢定,檢定往往是選擇性的、局部的。這當(dāng)然也不能完全怪用戶的不作為,操作上實(shí)在有難度,財(cái)力物力消耗巨大; 某些介質(zhì)能有一個(gè)流量儀表反映流量變化趨勢(shì)就不錯(cuò)了。這些難題值得行業(yè)人員不斷地研究和探討。
2. 3 關(guān)于直管段
大多數(shù)流量計(jì)都需要直管段,但如果實(shí)際條件實(shí)在不能滿足,技術(shù)人員可通過分析管路的流態(tài)、合理選 型、調(diào)整施工安裝方式,實(shí)現(xiàn)較好的測(cè)量效果。
比如測(cè)量鼓風(fēng)機(jī) DN1 800 空氣管壓縮氣體流量,風(fēng)機(jī)出口直管段只有 5 m 左右,進(jìn)口直管段 4 m左右,進(jìn)、出口管兩端都是 90°彎。初始流量計(jì)安裝在出口管,流量測(cè)量值直接超過量程,后改為安裝到風(fēng)機(jī)進(jìn)口。改造后,無論采用進(jìn)口或國產(chǎn)的均速管、V 錐流量計(jì),均實(shí)現(xiàn)了很好的測(cè)量效果。再如其他管段式儀表,工藝管和流量計(jì)兩者的內(nèi)徑差或安裝錯(cuò)位大多會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值超標(biāo)。 2. 4 關(guān)于差壓式流量計(jì)以筆者看來,差壓式流量計(jì)遠(yuǎn)沒有理論所講的那么簡單。
示例 1: 2 種類型流量計(jì)串聯(lián)測(cè)量 0. 5 MPa、微過熱、20 t /h 的蒸汽流量。兩表相距 6 m 左右,采用同一溫度和壓力、使用相同溫壓補(bǔ)償模塊進(jìn)行補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果曲線見圖 1。
根據(jù)物料平衡反復(fù)研究,渦街流量計(jì)測(cè)量的質(zhì)量流量動(dòng)態(tài)曲線比較客觀反映了蒸汽流量的變化; 而 V 錐流量計(jì)測(cè)量的質(zhì)量流量偏大 5%。說明該差壓流量計(jì)元件沒能產(chǎn)生和實(shí)際流量變化對(duì)應(yīng)的差壓。
示例 2: 德爾塔巴和 V 錐流量計(jì)串聯(lián)測(cè)量某蒸汽流量。蒸汽流量在 40 t /h 左右時(shí),德爾塔巴流量計(jì)測(cè)量值比 V 錐流量計(jì)少 6 t /h。根據(jù)物料平衡分析結(jié)果來看德爾塔巴流量計(jì)更準(zhǔn)確。在運(yùn)行 4 年 后,德爾塔巴測(cè)量值出現(xiàn)下降,2 個(gè)流量計(jì)測(cè)量差增加到 10 t /h。經(jīng)各方面檢查無明顯異常。這說明有的差壓類流量計(jì)產(chǎn)生的差壓值穩(wěn)定性不好。
示例 3: 某測(cè)量水流量的 V 錐流量計(jì)開始時(shí)測(cè)量正常,運(yùn)行 3 年后無法正常測(cè)量。技術(shù)人員多次檢查和調(diào)試都沒有效果,換液體渦輪計(jì)量表后測(cè)量非常靈敏穩(wěn)定。這進(jìn)一步說明了差壓類流量計(jì)的復(fù)雜性。介質(zhì)流態(tài)對(duì)差壓類流量計(jì)測(cè)量結(jié)果也有巨大影響。
有廠家推出槽管差壓式流量計(jì)。這種創(chuàng)新精神及解決用戶的可測(cè)量問題值得稱贊。但其宣稱槽管差壓式流量計(jì)有 500 ∶ 1的量程比值得商榷。先不說測(cè)量元件線性度、可重復(fù)性、普適性是否都處于數(shù)學(xué)可明確表達(dá)的范圍,至少不能把差壓變送器可測(cè)量出的差壓值,比如將幾十帕或幾百帕以下,也直接理解為能反映流量值。正如幾乎所有差壓變送器測(cè)量流量時(shí)都有零漂一樣,正負(fù)漂移都不能當(dāng)做流量的測(cè)量值,多大的漂移不能算其實(shí)有時(shí)候很難界定。其對(duì)常用流量范圍的測(cè)量值有多大影響也不易評(píng)估。
2. 5 渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)原理上與介質(zhì)性質(zhì)無關(guān),沒有可動(dòng)部件,沒有差壓式流量計(jì)類似的零漂,量程比大,且國外品*產(chǎn)品測(cè)量模型成熟,產(chǎn)品不容易損壞。這也是筆者推崇進(jìn)口渦街流量計(jì)的原因。
某國產(chǎn)產(chǎn)品宣稱其渦街流量計(jì)量程比超過80 ∶ 1,從理論上和實(shí)踐應(yīng)用上都難以置信。筆者曾就液體硫磺流量測(cè)量向其咨詢,反饋的結(jié)果是和常規(guī)渦街流量計(jì)的可測(cè)量范圍差不多,壓損還更大,價(jià)格很高,已接近質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格了。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)應(yīng)用時(shí)*好加過濾器,以防止堵塞。
2. 6 不輕易使用插入式流量計(jì)
類似插入式液體渦輪計(jì)量表、插入式渦街流量計(jì)、靶式流量計(jì)等,以點(diǎn)帶面測(cè)量流量本身有難度,介質(zhì)往往因?yàn)榱髁坑?jì)的插入導(dǎo)致介質(zhì)流態(tài)更加惡化,更難準(zhǔn)確測(cè)量。靶式流量計(jì)還存在非流量應(yīng)力產(chǎn)生的嚴(yán)重干擾問題。
2. 7 能源計(jì)量的合規(guī)性
GB 17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》對(duì)各能源介質(zhì)測(cè)量準(zhǔn)確性要求很高。其實(shí)有些介質(zhì)流量的測(cè)量,不要說準(zhǔn)確度要求,有時(shí)連是否能穩(wěn)定可靠的測(cè)量都很困難。產(chǎn)品價(jià)格昂貴、流量計(jì)的周期檢定也是生產(chǎn)廠家難以逾越的坎。
2. 8 安全儀表系統(tǒng)
2014 年,**安監(jiān)總局發(fā)布〔2014〕116 號(hào)文《**安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》,相關(guān)內(nèi)容有: 1) 從 2018 年 1 月 1 日起,所有新建涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施要設(shè)計(jì)符合要求的安全儀表系統(tǒng)。其他新建化工裝置、危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施安全儀表系統(tǒng),從 2020 年 1 月 1 日起 ,應(yīng)執(zhí)行功能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,設(shè)計(jì)符合要求的安全儀表系統(tǒng); 在役裝置 2019 年底前完成安全儀表系統(tǒng)評(píng)估和完善工作。 2) 老舊裝置及新建項(xiàng)目如未配套安全儀表系統(tǒng)和未進(jìn)行 SIL 定級(jí)則將不核發(fā)新的《安全生產(chǎn)許可證》。
筆者無法預(yù)測(cè)該規(guī)定是否會(huì)得到認(rèn)真有效地執(zhí)行,但面對(duì)日益嚴(yán)格的安全管控趨勢(shì),硫酸行業(yè)這么多生產(chǎn)廠該何去何從。
安監(jiān)總科技〔2016〕100 號(hào)文《關(guān)于推動(dòng)安全生產(chǎn)科技創(chuàng)新若干意見》指出,應(yīng)系統(tǒng)部署機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人這一科技創(chuàng)新在安全生產(chǎn)中對(duì)遏制重特大事故的作用。顯然,實(shí)施好的流量儀表檢測(cè)方案,能促進(jìn)這些工作,也是基礎(chǔ)性工作。
筆者認(rèn)為,自動(dòng)化儀表控制才是減少裝置安全風(fēng)險(xiǎn)根本性的主要手段。其中需要注意以下兩點(diǎn):
1) 儀表選型要很好適應(yīng)所測(cè)量的環(huán)境,*好能達(dá)到 3 年免維護(hù)穩(wěn)定可靠運(yùn)行,冗余的儀表也要滿足。筆者過去十幾年使用國產(chǎn)帶有電子線路的儀表中,3 年內(nèi)大部分都會(huì)出現(xiàn)故障,甚至報(bào)廢。而進(jìn)口的( 含合資) 大多數(shù)產(chǎn)品十幾年自身不會(huì)出現(xiàn)故障,偶爾會(huì)有測(cè)量問題。
2) 涉及聯(lián)鎖、控制、報(bào)警等諸多相關(guān)內(nèi)容,都需要將工作做扎實(shí)。自動(dòng)化儀表方案一定要優(yōu)化有效,配置的檢測(cè)設(shè)備*好一步到位成功運(yùn)營,且價(jià)格不高。只有這樣,類似的安全儀表系統(tǒng)、自動(dòng)化減人才能得到公司的大力支持,**的政策才能真正落地,企業(yè)的安全才能得到真正的、*大程度的保障。
流量、物位、溫度、壓力是過程控制的四大參數(shù),但流量的測(cè)量*為復(fù)雜。如何選用好流量計(jì)一直是行業(yè)難點(diǎn)。流量計(jì)相關(guān)的理論書籍很多,產(chǎn)品資料也很豐富,一方面很好地指導(dǎo)了流量計(jì)的應(yīng)用,另一方面也容易產(chǎn)生選用流量計(jì)上的困惑。借鑒各行業(yè)積累的成功應(yīng)用案例,是減小選用風(fēng)險(xiǎn)*為有效的途徑。如選用的儀表能一步測(cè)量到位、長期穩(wěn)定運(yùn)行,不僅能提高生產(chǎn)控制的安全可靠性,還能有效控制環(huán)保指標(biāo),節(jié)能降耗。
硫磺制酸裝置涉及的流量測(cè)量有工藝水、循環(huán)水、生活水、脫鹽水、污水、硫酸銨、硫酸鈉、液氨( 氣液混合氨) 、液體硫磺、130 ℃ 以下硫酸、230 ℃ 以下硫酸、低壓蒸汽、中壓蒸汽、壓縮空氣、儀表空氣、主風(fēng)機(jī)風(fēng)量、尾氣等。
1 各介質(zhì)流量計(jì)的選用
1. 1 工藝水、循環(huán)水、生活水流量測(cè)量工藝水、循環(huán)水、生活水流量測(cè)量可選用差壓類、電磁類、渦街類、旋翼螺翼類、渦輪類、超聲波等流量計(jì)。
水類介質(zhì)一般不復(fù)雜,旋翼螺翼流量計(jì)( 或帶傳訊裝置) 和液體渦輪計(jì)量表是較好的選擇。旋翼螺翼流量計(jì)阻力小,較為節(jié)能,量程比在 100 以上,有的甚至達(dá)到 250。在水流量大范圍變化時(shí)也能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量,其壽命一般超過 10 年,基本免維護(hù)。旋翼螺翼流量計(jì)價(jià)格非常便宜,是液體渦輪計(jì)量表的 1 /2 以 下。如要液體渦輪計(jì)量表運(yùn)行超過 10 年,建議選用進(jìn)口品*產(chǎn)品。
其他類型流量計(jì)量程比都比較小,一般在 30 以下; 有的價(jià)格高,有的需要維護(hù),有的有可動(dòng)部件。旋翼螺翼流量計(jì)也有可動(dòng)部件,但大品*壽命一般在 10 年以上。
對(duì)于 DN800 以上大口徑流量測(cè)量,如輸送泵帶變頻裝置,仍推薦選用進(jìn)口液體渦輪計(jì)量表,可靠又節(jié)能; 如選國產(chǎn)產(chǎn)品,建議做好表頭備件。如對(duì)管路阻力不敏感,可考慮選用孔板流量計(jì),其測(cè)量系統(tǒng)非常便宜。選超聲波流量計(jì)要慎重,因?yàn)楣艿赖慕Y(jié)垢、銹蝕和腐蝕*可能造成超聲波失信或信號(hào)品質(zhì)差,從而導(dǎo)致測(cè)量失靈。
1. 2 污水流量測(cè)量
污水流量測(cè)量可選液體渦輪計(jì)量表、差壓類流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。硫酸的污水流量變化較大,推薦選用液體渦輪計(jì)量表,其電*材質(zhì)可考慮選用哈氏合金、鉭。
1. 3 脫鹽水流量測(cè)量
脫鹽水流量測(cè)量可選用差壓類流量計(jì)、旋渦類流量計(jì)。差壓類流量計(jì)如孔板或噴嘴流量計(jì)價(jià)格便宜,如量程比要求不高,可以選用。旋渦流量計(jì)推薦選用橫河 DY 型,筆者使用過十幾臺(tái)該類型的流量計(jì),歷經(jīng) 10 多年沒有一臺(tái)出現(xiàn)問題,該流量計(jì)還可以耐受很高程度的振動(dòng)。對(duì)電導(dǎo)率較高的脫鹽水,也有建議選用電容式液體渦輪計(jì)量表,但該流量計(jì)比較貴,并且在低電導(dǎo)率下運(yùn)行不太穩(wěn)定。
1. 4 硫酸銨、硫酸鈉流量測(cè)量
硫酸銨、硫酸鈉流量測(cè)量可選用液體渦輪計(jì)量表、質(zhì)量流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)可增選密度輸出,對(duì)硫酸銨、硫酸鈉的操作指標(biāo)控制有幫助。不過結(jié)垢對(duì)質(zhì)量流量計(jì)密度測(cè)量影響比較明顯,需定期清理,比如配管增加熱水或蒸汽的沖洗接口。
1. 5 氨流量測(cè)量
氨屬于價(jià)值較高的介質(zhì),且易氣化,建議氨流量測(cè)量直接選用質(zhì)量流量計(jì)。該流量計(jì)不僅準(zhǔn)確,且量程比高。選用前需對(duì)氨的壓力和溫度作細(xì)致考證。如確定氨存在氣液混相,建議選橫河質(zhì)量流量計(jì),流量大時(shí)還需多個(gè)流量計(jì)并聯(lián)使用。筆者有連續(xù) 4 年使用該流量計(jì)的經(jīng)歷,該流量計(jì)可測(cè)量程比超過 600,物料核算合理且長期穩(wěn)定。
1. 6 液體硫磺流量測(cè)量
液體硫磺流量測(cè)量可選用質(zhì)量流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、楔式流量計(jì)、渦街流量計(jì)等。如該流量計(jì)長期測(cè)量穩(wěn)定準(zhǔn)確,可為有效預(yù)防升華硫提供條件,也便于核算消耗。經(jīng)驗(yàn)表明,羅斯蒙特 CMF 質(zhì)量流量計(jì)可實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。筆者曾用過一款 E+H 質(zhì)量流量計(jì),有時(shí)零漂特別大。橫河質(zhì)量流量計(jì)據(jù)說也有成功運(yùn)行的業(yè)績。有條件的單位盡量選用進(jìn)口質(zhì)量流量計(jì)。有資料或廠家對(duì)質(zhì)量流量計(jì)有如下使用要求: 需要加支撐,手不能摸,風(fēng)吹大了有影響,不能有安裝應(yīng)力。實(shí)際這些要求都可忽略,現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中幾乎沒有這么理想的條件。轉(zhuǎn)子流量計(jì)容易出現(xiàn)卡澀。筆者認(rèn)為,設(shè)備供應(yīng)商可以對(duì)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),以解決轉(zhuǎn)子流量計(jì)卡澀的問題。
超聲波流量計(jì)國外有應(yīng)用業(yè)績,施工安裝稍顯麻煩,且價(jià)格較高。
楔式流量計(jì)因采用差壓原理,會(huì)有零漂,量程比偏低,準(zhǔn)確性也不太高。
渦街流量計(jì)*好選用國產(chǎn)機(jī)械濾波產(chǎn)品,響應(yīng)速度快,結(jié)構(gòu)簡單,準(zhǔn)確性尚可。如是卡片式,可不需要夾套。渦街流量計(jì)是以上流量計(jì)中價(jià)格*便宜的,可測(cè)量量程比在 10 以上; 如表頭質(zhì)量好,可實(shí)現(xiàn) 3 年免維護(hù)運(yùn)行。限于雷諾數(shù)考慮,表壓損稍大。筆者用過橫河 DY 產(chǎn)品,該流量計(jì)不穩(wěn)定,甚至不能測(cè)量,可能其柱塞結(jié)構(gòu)并不適合該測(cè)量環(huán)境。其他如 E+H 電容式流量計(jì)有撓舌結(jié)構(gòu),間隙小,有硅油; 羅斯蒙特流量計(jì)采用波紋管結(jié)構(gòu),下限死區(qū)大,探頭可在線更換。這些進(jìn)口的渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,不一定適用液體硫磺流量測(cè)量。
1. 7 130 ℃以下硫酸、230 ℃以下硫酸流量測(cè)量
130 ℃以下硫酸流量測(cè)量可采用液體渦輪計(jì)量表,準(zhǔn)確穩(wěn)定。貿(mào)易計(jì)量時(shí)建議采用 2 個(gè)進(jìn)口液體渦輪計(jì)量表串聯(lián)對(duì)比使用,其精度可媲美質(zhì)量流量計(jì)。也可采用質(zhì)量流量計(jì),但價(jià)格較高。筆者曾見過 2個(gè)進(jìn)口質(zhì)量流量計(jì)在常溫硫酸介質(zhì)使用不到 3 年,振蕩管均在同一位置出現(xiàn)了裂紋。 230 ℃以下硫酸流量測(cè)量可采用弗萊克森超聲波流量計(jì)、多孔孔板流量計(jì)。如管道內(nèi)壁腐蝕比較嚴(yán)重,超聲波流量計(jì)有可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)量失靈。采用蒸發(fā)器酸側(cè)本身的壓差,也可以模擬出流量的測(cè)量,完全可滿足操作控制、聯(lián)鎖的需要。
1. 8 低壓蒸汽、中壓蒸汽流量測(cè)量
低壓蒸汽、中壓蒸汽流量測(cè)量可采用的流量計(jì)有差壓類( 孔板、多孔孔板、噴嘴、德爾塔巴、阿牛巴、V 錐) 流量計(jì)、渦街流量計(jì)。如需要測(cè)量范圍大、測(cè)量精度高,450 ℃ 以下蒸汽流量測(cè)量優(yōu)先選用橫河 DY 渦街流量計(jì),427 ℃以下也可選用其他進(jìn)口品*產(chǎn)品。如測(cè)量元件需要檢定,則選標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴類流量計(jì)。現(xiàn)在使用文丘里流量計(jì)的用戶已經(jīng)很少了。如溫度太高,口徑太大,特別是飽和蒸汽并需要檢定,噴嘴流量計(jì)幾乎是**的選擇。
如是生產(chǎn)操作控制需要,則以上流量計(jì)均可作為選用對(duì)象。但不推薦 DN150 以下選用差壓類流量計(jì)。該類流量計(jì)價(jià)格較高、測(cè)量范圍窄、精度較低。筆者曾遇到這種情況: 蒸汽管道 DN150 選用了多參量阿牛巴流量計(jì),該流量計(jì)量程差壓不足 1 kPa,使用時(shí)出現(xiàn)測(cè)量波動(dòng)范圍大( 0. 5 ~ 6. 0 t /h) ,物流核算偏大或不穩(wěn)定; 換成進(jìn)口渦街流量計(jì)后,流量基本穩(wěn)定在 2. 2 t /h,完全符合工藝狀態(tài),物流核算也準(zhǔn)確,該流量計(jì)價(jià)格還便宜。但如下情況可以直接選高壓差標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì): 流量波動(dòng)范圍不大、對(duì)壓損不敏感、精度要求不高、要求投資成本低。
1. 9 主風(fēng)機(jī)風(fēng)量、尾氣流量測(cè)量主風(fēng)機(jī)風(fēng)量、尾氣流量測(cè)量建議直接選巴類流量計(jì),有條件的廠家可選進(jìn)口產(chǎn)品。進(jìn)口巴類流量計(jì)一般壓差大、測(cè)量穩(wěn)定性好、適應(yīng)流態(tài)好、數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確。巴類流量計(jì)壓損低,在大流量測(cè)量中,*低的阻力降具備很大運(yùn)行效益。不建議選多孔板、V 錐、孔板等高壓差類型產(chǎn)品。尾氣在線分析廠家往往使用皮托管測(cè)量流量,測(cè)量值多只有實(shí)際值的 65%。能不能用該類流量計(jì)測(cè)量值得分析探討。筆者建議選巴類流量計(jì)。其有均壓結(jié)構(gòu),容易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。
1. 10 壓縮空氣、儀表空氣流量測(cè)量壓縮空氣、儀表空氣流量測(cè)量可選用橫河 DY等進(jìn)口品*渦街流量計(jì),*好減小一級(jí)選型。該類流量計(jì)價(jià)格不高,量程比*大。
2 有關(guān)流量計(jì)應(yīng)用的探討
2. 1 流量計(jì)是否可用的基本考量點(diǎn)
實(shí)際流量發(fā)生變化時(shí)流量計(jì)測(cè)量的值也要相應(yīng)變化; 實(shí)際流量為 0 時(shí),流量計(jì)測(cè)量結(jié)果也要為零( 可有限切除) 。無論什么產(chǎn)品,如不能連續(xù) 1 年以上實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)要求,產(chǎn)品質(zhì)量都值得懷疑。如產(chǎn)品經(jīng)過認(rèn)真分析整改仍然實(shí)現(xiàn)不了,就應(yīng)考慮改型或改換產(chǎn)品。
流量測(cè)量是否正常,有時(shí)受安裝因素影響。比如曾有一臺(tái) V 錐流量計(jì)測(cè)量蒸汽,原來經(jīng)常出現(xiàn)蒸汽實(shí)際流量為 0 時(shí)流量計(jì)測(cè)量值卻為滿值,且不隨實(shí)際蒸汽流量的變化而變化的問題。但該流量計(jì)取壓整改后恢復(fù)正常。
筆者曾試驗(yàn)過 2 個(gè)國產(chǎn)品*渦街流量計(jì)測(cè)量壓縮空氣流量,均出現(xiàn)實(shí)際流量變大時(shí)渦街流量計(jì)測(cè)得的流量反而變小,而串聯(lián)的橫河 DY 渦街流量計(jì)反應(yīng)正常。說明實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)考量點(diǎn)并不容易。
2. 2 流量計(jì)檢定
有些流量計(jì)實(shí)際上是無法得到法定檢定結(jié)果的,比如測(cè)量蒸汽的 V 錐、德爾塔巴等流量計(jì),但實(shí)際應(yīng)用中仍會(huì)大量使用。一些產(chǎn)品樣本所宣稱的精度或檢定也**于水的標(biāo)定結(jié)果,實(shí)際精度大多沒有實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)去驗(yàn)證,也得不到蒸汽條件下的檢定**。迄今為止,筆者沒有了解到哪個(gè)用戶能全面地、真正地按規(guī)范要求對(duì)強(qiáng)檢流量計(jì)實(shí)施檢定,檢定往往是選擇性的、局部的。這當(dāng)然也不能完全怪用戶的不作為,操作上實(shí)在有難度,財(cái)力物力消耗巨大; 某些介質(zhì)能有一個(gè)流量儀表反映流量變化趨勢(shì)就不錯(cuò)了。這些難題值得行業(yè)人員不斷地研究和探討。
2. 3 關(guān)于直管段
大多數(shù)流量計(jì)都需要直管段,但如果實(shí)際條件實(shí)在不能滿足,技術(shù)人員可通過分析管路的流態(tài)、合理選 型、調(diào)整施工安裝方式,實(shí)現(xiàn)較好的測(cè)量效果。
比如測(cè)量鼓風(fēng)機(jī) DN1 800 空氣管壓縮氣體流量,風(fēng)機(jī)出口直管段只有 5 m 左右,進(jìn)口直管段 4 m左右,進(jìn)、出口管兩端都是 90°彎。初始流量計(jì)安裝在出口管,流量測(cè)量值直接超過量程,后改為安裝到風(fēng)機(jī)進(jìn)口。改造后,無論采用進(jìn)口或國產(chǎn)的均速管、V 錐流量計(jì),均實(shí)現(xiàn)了很好的測(cè)量效果。再如其他管段式儀表,工藝管和流量計(jì)兩者的內(nèi)徑差或安裝錯(cuò)位大多會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值超標(biāo)。 2. 4 關(guān)于差壓式流量計(jì)以筆者看來,差壓式流量計(jì)遠(yuǎn)沒有理論所講的那么簡單。
示例 1: 2 種類型流量計(jì)串聯(lián)測(cè)量 0. 5 MPa、微過熱、20 t /h 的蒸汽流量。兩表相距 6 m 左右,采用同一溫度和壓力、使用相同溫壓補(bǔ)償模塊進(jìn)行補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果曲線見圖 1。
根據(jù)物料平衡反復(fù)研究,渦街流量計(jì)測(cè)量的質(zhì)量流量動(dòng)態(tài)曲線比較客觀反映了蒸汽流量的變化; 而 V 錐流量計(jì)測(cè)量的質(zhì)量流量偏大 5%。說明該差壓流量計(jì)元件沒能產(chǎn)生和實(shí)際流量變化對(duì)應(yīng)的差壓。
示例 2: 德爾塔巴和 V 錐流量計(jì)串聯(lián)測(cè)量某蒸汽流量。蒸汽流量在 40 t /h 左右時(shí),德爾塔巴流量計(jì)測(cè)量值比 V 錐流量計(jì)少 6 t /h。根據(jù)物料平衡分析結(jié)果來看德爾塔巴流量計(jì)更準(zhǔn)確。在運(yùn)行 4 年 后,德爾塔巴測(cè)量值出現(xiàn)下降,2 個(gè)流量計(jì)測(cè)量差增加到 10 t /h。經(jīng)各方面檢查無明顯異常。這說明有的差壓類流量計(jì)產(chǎn)生的差壓值穩(wěn)定性不好。
示例 3: 某測(cè)量水流量的 V 錐流量計(jì)開始時(shí)測(cè)量正常,運(yùn)行 3 年后無法正常測(cè)量。技術(shù)人員多次檢查和調(diào)試都沒有效果,換液體渦輪計(jì)量表后測(cè)量非常靈敏穩(wěn)定。這進(jìn)一步說明了差壓類流量計(jì)的復(fù)雜性。介質(zhì)流態(tài)對(duì)差壓類流量計(jì)測(cè)量結(jié)果也有巨大影響。
有廠家推出槽管差壓式流量計(jì)。這種創(chuàng)新精神及解決用戶的可測(cè)量問題值得稱贊。但其宣稱槽管差壓式流量計(jì)有 500 ∶ 1的量程比值得商榷。先不說測(cè)量元件線性度、可重復(fù)性、普適性是否都處于數(shù)學(xué)可明確表達(dá)的范圍,至少不能把差壓變送器可測(cè)量出的差壓值,比如將幾十帕或幾百帕以下,也直接理解為能反映流量值。正如幾乎所有差壓變送器測(cè)量流量時(shí)都有零漂一樣,正負(fù)漂移都不能當(dāng)做流量的測(cè)量值,多大的漂移不能算其實(shí)有時(shí)候很難界定。其對(duì)常用流量范圍的測(cè)量值有多大影響也不易評(píng)估。
2. 5 渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)原理上與介質(zhì)性質(zhì)無關(guān),沒有可動(dòng)部件,沒有差壓式流量計(jì)類似的零漂,量程比大,且國外品*產(chǎn)品測(cè)量模型成熟,產(chǎn)品不容易損壞。這也是筆者推崇進(jìn)口渦街流量計(jì)的原因。
某國產(chǎn)產(chǎn)品宣稱其渦街流量計(jì)量程比超過80 ∶ 1,從理論上和實(shí)踐應(yīng)用上都難以置信。筆者曾就液體硫磺流量測(cè)量向其咨詢,反饋的結(jié)果是和常規(guī)渦街流量計(jì)的可測(cè)量范圍差不多,壓損還更大,價(jià)格很高,已接近質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格了。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)應(yīng)用時(shí)*好加過濾器,以防止堵塞。
2. 6 不輕易使用插入式流量計(jì)
類似插入式液體渦輪計(jì)量表、插入式渦街流量計(jì)、靶式流量計(jì)等,以點(diǎn)帶面測(cè)量流量本身有難度,介質(zhì)往往因?yàn)榱髁坑?jì)的插入導(dǎo)致介質(zhì)流態(tài)更加惡化,更難準(zhǔn)確測(cè)量。靶式流量計(jì)還存在非流量應(yīng)力產(chǎn)生的嚴(yán)重干擾問題。
2. 7 能源計(jì)量的合規(guī)性
GB 17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》對(duì)各能源介質(zhì)測(cè)量準(zhǔn)確性要求很高。其實(shí)有些介質(zhì)流量的測(cè)量,不要說準(zhǔn)確度要求,有時(shí)連是否能穩(wěn)定可靠的測(cè)量都很困難。產(chǎn)品價(jià)格昂貴、流量計(jì)的周期檢定也是生產(chǎn)廠家難以逾越的坎。
2. 8 安全儀表系統(tǒng)
2014 年,**安監(jiān)總局發(fā)布〔2014〕116 號(hào)文《**安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》,相關(guān)內(nèi)容有: 1) 從 2018 年 1 月 1 日起,所有新建涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施要設(shè)計(jì)符合要求的安全儀表系統(tǒng)。其他新建化工裝置、危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施安全儀表系統(tǒng),從 2020 年 1 月 1 日起 ,應(yīng)執(zhí)行功能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,設(shè)計(jì)符合要求的安全儀表系統(tǒng); 在役裝置 2019 年底前完成安全儀表系統(tǒng)評(píng)估和完善工作。 2) 老舊裝置及新建項(xiàng)目如未配套安全儀表系統(tǒng)和未進(jìn)行 SIL 定級(jí)則將不核發(fā)新的《安全生產(chǎn)許可證》。
筆者無法預(yù)測(cè)該規(guī)定是否會(huì)得到認(rèn)真有效地執(zhí)行,但面對(duì)日益嚴(yán)格的安全管控趨勢(shì),硫酸行業(yè)這么多生產(chǎn)廠該何去何從。
安監(jiān)總科技〔2016〕100 號(hào)文《關(guān)于推動(dòng)安全生產(chǎn)科技創(chuàng)新若干意見》指出,應(yīng)系統(tǒng)部署機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人這一科技創(chuàng)新在安全生產(chǎn)中對(duì)遏制重特大事故的作用。顯然,實(shí)施好的流量儀表檢測(cè)方案,能促進(jìn)這些工作,也是基礎(chǔ)性工作。
筆者認(rèn)為,自動(dòng)化儀表控制才是減少裝置安全風(fēng)險(xiǎn)根本性的主要手段。其中需要注意以下兩點(diǎn):
1) 儀表選型要很好適應(yīng)所測(cè)量的環(huán)境,*好能達(dá)到 3 年免維護(hù)穩(wěn)定可靠運(yùn)行,冗余的儀表也要滿足。筆者過去十幾年使用國產(chǎn)帶有電子線路的儀表中,3 年內(nèi)大部分都會(huì)出現(xiàn)故障,甚至報(bào)廢。而進(jìn)口的( 含合資) 大多數(shù)產(chǎn)品十幾年自身不會(huì)出現(xiàn)故障,偶爾會(huì)有測(cè)量問題。
2) 涉及聯(lián)鎖、控制、報(bào)警等諸多相關(guān)內(nèi)容,都需要將工作做扎實(shí)。自動(dòng)化儀表方案一定要優(yōu)化有效,配置的檢測(cè)設(shè)備*好一步到位成功運(yùn)營,且價(jià)格不高。只有這樣,類似的安全儀表系統(tǒng)、自動(dòng)化減人才能得到公司的大力支持,**的政策才能真正落地,企業(yè)的安全才能得到真正的、*大程度的保障。