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質量流量計的應用

瀏覽 : 發布日期 :2017/5/14 16:24:20

 1 基本原理與主要特點


    科氏力質量流量計的基本原理為 :一根兩端固定的薄壁測量管 ,在中點處以測量管諧振或接近諧振的頻率(或其高次諧波頻率)所激勵 ,此時 ,在管 內流動的流體產生科裏奧利力 ,使測量管中點前後產生方向相反的撓曲 ,撓曲的大小與流體的質量流量成正比 。因此 ,用光學或電磁學的方法檢測測量管的撓曲量 , 就可以求得管內流體的質量流量 。


    科氏力質量流量計的主要特點為 :①直接測量質量流量 ,有很高的測量準確度 ;②測量值不受流體特性(密度 、粘度)等的影響 ;③可測量各種非牛頓流體及含微粒的漿液 ;④可做多參數測量 ,如溫度 、密度等 。


    2 在精細化工生產中的應用探討


    下麵我們結合工程實例 ,來探討科氏力質量流量計在精細化工生產中的應用 。


    2.1 在光氣生產中的應用


    海利化工股份有限公司的主要產品是氨基甲酸酯類農藥 ,在此類農藥的生產中 ,光氣生產是極其重要的一個環節 ,光氣的濃度含量及其穩定程度在氨 基甲酸酯的合成中有著舉足經重的地位 。光氣的生產過程如下 :液氯經過汽化器變成氣態氯 ,氯氣與一氧化碳氣體按比例進入混合器 ,混合後的氣體在催化劑的作用 下經過一 、二級反應器便生成光氣 。在此過程中 ,如何控製氯氣與一氧化碳氣體按一定的比例進入混合器 ,是提高光氣生產質量的重中之重 。為解決此問題 ,海利化 工股份有限公司下屬的貴溪農藥公司在2007年5月進行的DCS改造中 ,在這個工段采用了比值控製 ,其原理結構如圖1所示 。




圖1 混合氣壓力自動調節及CL2—CO比值控製係統圖


    這裏用氯氣的流量來控製一氧化碳的流量 。先用混合器上的壓變PI-201控製氯氣管道上的調節閥PV-201來調節氯氣的流量以保證混合器 壓力正常 ;然後在比值器中輸入合適的比值 ,比值器會根據氯氣流量計FI-201和一氧化碳流量計FI-202的流量值 ,自動調節控製閥FV-202的開 度 ,使氯氣與一氧化碳按照設定的比值流量進入混合器 。


    上述調節方案在原理上是正確的 ,但是在裝置開車後 ,根據筆者的觀察和現場工藝人員的反饋 ,實際情況不太理想 。光氣含量在上比值控製前是 62%左右(依賴於現場工人控製玻璃轉子流量計手動調節閥) ,用了比值控製後 ,含量在60%~75%之間波動 ,光氣濃度很不穩定 ,對後麵的酰氯合成工藝造 成了較大的困擾 。因此 ,在使用了三個多月以後 ,這套比值控製係統被棄用 ,操作工人又改回了以前的手動操作 。


    筆者認為以上情況出現的原因是流量計的選型問題 。這套裝置選用的是北京菲舍波特儀器公司生產的VT5000型渦街流量計 ,這種流量計的特點 是帶溫度和壓力補償 ,讀數穩定準確度高 ,運行可靠 。但是現場的氯氣與一氧化碳氣體壓力過低 ,正常時氯氣與CO的壓力在1.5~2kg左右 ,氯氣因是鋼瓶液 氯汽化而來 ,在鋼瓶內液氯快用完時 ,壓力會明顯降低 ,有時會低到0.5~0.7kg ;由於煤氣工藝的原因 ,煤氣壓力也時有波動 ,有時會降至1.0kg左 右 。在如此之低的壓力下測量氣體 ,即使帶了溫壓補償 ,渦街流量計也是有心無力 。在現場我們用萬分之一的高精度電子秤測量氯氣鋼瓶的汽化量 ,和氯氣流量計的 累積流量相比較 ,發現誤差達到30%之多 。


    由此可見 ,低壓氣體的準確測量是一個技術難點 ,用體積式流量計明顯不合適 ,隻能考慮使用質量流量計 。質量流量計分為2種 :熱式質量流量計和 本文所述的科氏力質量流量計 。從原理上來說 ,熱式質量流量計適合測量低壓氣體 ,但是其精度不高 ,生產廠家保證其誤差值在5%~8%之間 。工藝專業給流量計 提的要求是精度為1.0左右 ,否則光氣含量難以有大的提升 。因此 ,筆者擬使用科氏力質量流量計 :這種流量計早期隻能用來測量液體和高壓氣體 ,且儀表自身的 壓力損失較大 。但是隨著技術的發展 ,其中的一些高端品牌已經具備測量低壓氣體的能力 。經過篩選 ,筆者選擇了艾默生高準公司(MicroMotion)的 CMF係列科氏力質量流量計 ,它采用了MVD(多變量數字技術) 、獨特的大彎管結構以及其他一些旨在提高信噪比的技術 ,可以勝任低壓氣體的測量 。在本例的 工況下 ,通過計算得出 :采用高準公司的CMF質量流量計 ,最大壓損為0.15kg ,測量數據可重複性為97% ,完全符合我們的使用要求。購買後安裝在管道 上試運行時 ,筆者又用高精度電子秤進行了校驗 ,實際使用誤差為0.8% ,完全符合工藝專業提出的精度要求 。重新啟用DCS的比值控製回路 ,係統運行穩定 , 光氣含量一直保持在84%左右 ,徹底解決了光氣生產中存在的這個瓶頸問題 ,大大減輕了操作工人的勞動強度 ,減少了物料消耗 。


    2.2 在生產流程中作為在線密度計的應用


    由前文所述得出 :由於科氏力質量流量計的測量管以一定的頻率連續振動 ,當一定密度的流體流過測量管時 ,測量管的振動頻率會發生相應的變化 , 這個頻率是流體密度的函數 ,與流體密度有著唯一的對應關係 ,通過測量流體流過測量管時的頻率即可獲得流體的密度 。因此 ,科氏力質量流量計可以同時測量流體 的質量流量和流體密度 。根據這一特性 ,可以將其作為在線密度計使用 。與其他的在線密度計 ,如音叉式密度計 、差壓式密度計 、超聲波式密度計等相比較 ,它具有 測量精度高 、運行穩定 、壓力損失較小等優點 ,下麵以實例來介紹其作為在線密度計在精細化工生產中的應用 。


    海利貴溪農藥公司於2011年7月完成了甲基硫菌靈(簡稱甲托)的技術改造項目 。此項目中 ,有一個工藝步驟是用泵將溶劑—外購的乙酸乙酯從 溶劑儲罐輸送到甲托合成釜中 ,輸送管道上設一流量計 ,達到累積流量後DCS聯鎖停泵 。由於外購的乙酸乙酯中不可避免的含有水分 ,而水對甲托合成的品質有很 大的消極影響 ,所以 ,如何避免水進入甲托合成釜就成了一個關鍵問題 。乙酸乙酯相對水的密度是0.902 ,所以在溶劑儲罐中乙酸乙酯與水是分層的 。因為是技 改項目 ,溶劑儲罐利舊 ,沒有多餘的設備口來安裝界麵計 ,於是筆者在自控設計中 ,采用了一台科氏力質量流量計作為在線密度計 ,同時顯示溶劑的質量流量與密 度 ,其原理如圖2所示 。


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