[摘要]針對(duì)氯化反應(yīng)產(chǎn)物的強(qiáng)腐蝕、易堵塞管道、低電導(dǎo)率和低流速等特性，分析了曾采用過的幾種流量測(cè)控儀表的缺陷:介紹了超聲流量計(jì)的工作原理及其在氯化反應(yīng)產(chǎn)物流量測(cè)控中的優(yōu)勢(shì)。
氯與烯烴類物質(zhì)反應(yīng)的產(chǎn)物(以下稱氯反應(yīng)物)是一-類重要化學(xué)品中間體,也是生產(chǎn)氯氟烴替代品的主要原料。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,氯反應(yīng)物在醫(yī)藥、化工、染料等領(lǐng)域?qū)?huì)占有越來越重要的地位。在生產(chǎn)過程中氯反應(yīng)物流量參數(shù)是生產(chǎn)工序中一項(xiàng)重要的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，然而由于氯反應(yīng)物的強(qiáng)腐蝕性、低電導(dǎo)率、易堵塞管道及工藝上的低流量等特點(diǎn),使得氯反應(yīng)物流量測(cè)控多年來-直存在諸多問題。儀表技術(shù)人員曾嘗試過使用多種流量測(cè)量?jī)x表,也為此付出了大量的人力和財(cái)力,但都因出現(xiàn)的種種問題不能滿足生產(chǎn)上的需要而以失敗告終,因此氯反應(yīng)物流量測(cè)控問題一直都沒有得到根本性解決。
1氯反應(yīng)物流量測(cè)控失敗的原因
1.1電磁流量計(jì)
由于電磁流量計(jì)對(duì)被測(cè)液體有技術(shù)要求，即被測(cè)液體的電導(dǎo)率不能低于電磁流量計(jì)規(guī)定的閾值，否則不能正常進(jìn)行測(cè)量。通用型電磁流量計(jì)對(duì)被測(cè)液體電導(dǎo)率規(guī)定的閾值根據(jù)不同的型號(hào)而異，一般在5×10-6~10-4S/cm之間;使用時(shí)還取決于傳感器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布。而非接觸電容耦合大面積電極的電磁流量計(jì)則可測(cè)電導(dǎo)率低至(1~5)×10-8S/cm。考慮到氯反應(yīng)物屬于低電導(dǎo)率液體，浙江巨化股份有限公司電化廠(以下簡(jiǎn)稱“巨化.電化廠”)選用的是電容式電磁流量計(jì)，但是在實(shí)際使用中還是不能正常工作,示值經(jīng)常大幅跳動(dòng)或流量時(shí)有時(shí)無。經(jīng)檢查,流量計(jì)的安裝符合要求，液體等電位接地良好，電纜絕緣等都不存在問題。由于查不到氯反應(yīng)物的電導(dǎo)率數(shù)據(jù),分析主要還是氯反應(yīng)物電導(dǎo)率低于或接近于規(guī)定的閾值導(dǎo)致上述問題。盡管電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)無可動(dòng)部件，也是測(cè)量導(dǎo)電流體較好的流量?jī)x表，但是用于測(cè)量氯反應(yīng)物這種電導(dǎo)率很低或處于臨界狀態(tài)的流體流量還是不太適合。
1.2遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)
浮子流量計(jì)又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì)，盡管其測(cè)量精度較低,但是它適用于低雷諾數(shù)和小流量測(cè)量,某種形狀的浮子甚至對(duì)流體的最小雷諾數(shù)要求達(dá)到40,這兩個(gè)技術(shù)特性比較適合氯反應(yīng)物流體的特點(diǎn)。考慮到介質(zhì)的強(qiáng)腐蝕性，巨化電化廠曾選用襯聚四氟乙烯的遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)測(cè)量氯反應(yīng)物流量,但是由于氯反應(yīng)物是含有多種成分的易堵塞流體，而浮子流量計(jì)要求被測(cè)流體應(yīng)為清潔的流體,所以在使用過程中還是發(fā)生了浮子在錐形管腔體被卡堵等問題。盡管將流量計(jì)拆下清理重新組裝后仍可使用,但是使用不久又會(huì)被堵塞。而且在線拆卸清理還需要在工藝管道設(shè)置旁路管線及閥門等,這些不僅受到現(xiàn)場(chǎng)空間及成本.上的限制,還存在著對(duì)生產(chǎn)的影響和操作.上的不方便等問題。由于浮子流量計(jì)傳感器內(nèi)有可動(dòng)部件，在測(cè)量含有易堵塞流體時(shí)容易發(fā)生堵塞，因此采用浮子流量計(jì)還是不能滿足連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)測(cè):量的需要。
1.3質(zhì)量流量計(jì)
依據(jù)科里奧利原理的質(zhì)量流量計(jì)是一-種具有精度高、量程比寬、無直管段要求、無需補(bǔ)償?shù)闹苯邮劫|(zhì)量流量計(jì)，盡管其價(jià)格昂貴,但是為了能找到-一種適合測(cè)量氯反應(yīng)物流量的儀表，巨化電化廠也曾選用了質(zhì)量流量計(jì)來進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)。為了防止介質(zhì)對(duì)流量計(jì)的腐蝕,供應(yīng)商提供了內(nèi)襯PFA的質(zhì)量流量計(jì),但在使用過程中還是出現(xiàn)了問題。內(nèi)襯PFA雖在防止介質(zhì)腐蝕方面起到了一-定作用,但是由于傳感器口徑較小，且液體流量測(cè)控需要傳感器朝下安裝,因生產(chǎn)中氯反應(yīng)物流體有時(shí)處于間斷流動(dòng)狀態(tài)，這就導(dǎo)致了在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)了傳感器流通管內(nèi)沉積結(jié)垢而局部堵塞和示值誤差問題,在選用測(cè)量氯反應(yīng)物流量時(shí)最終還是被淘汰了。
1.4差壓式流量計(jì)口
差壓類流量計(jì)是流量計(jì)范疇內(nèi)品種最多的流量?jī)x表,巨化電化廠曾使用過V錐流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)等。由于差壓類儀表屬于受限于雷諾數(shù)的儀表,必須要先看是否滿足儀表的技術(shù)特性要求。以DN50管徑的氯反應(yīng)物最大流量8m3/h、最小流量0.5~1m3/h來分析是否滿足儀表的要求。根據(jù)上述最小流量0.5~1m3/h時(shí)，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)為4000~6800(黏度μ=1.5mPa·s),盡管V錐流量計(jì)是下限要求較低的儀表,其下限雷諾數(shù)也要達(dá)到≥8000才能正常工作,而阿牛巴要求的下限遠(yuǎn)高于V錐流量計(jì)。所以當(dāng)流量較小時(shí)，DN50管道由于受限于雷諾數(shù),差壓類流量計(jì)不能正常工作。
再看差壓變送器實(shí)際測(cè)量時(shí)的不確定度。以V錐流量計(jì)為例，當(dāng)孔板內(nèi)外徑之比β取0.6、測(cè)量管內(nèi)徑為50mm時(shí)，對(duì)應(yīng)最大流量8m'/h差壓量程上限為9kPa,采用精度等級(jí)為0.075的差壓變送器,依據(jù)下式計(jì)算可得到在小流量0.5~1m3/h時(shí)差壓變送器的實(shí)際測(cè)量不確定度的大小。
式(1)中:E-差壓實(shí)際測(cè)量的不確定度;ξsρ---差壓變送器的準(zhǔn)確度等級(jí);△p:一差壓變送器上限值(20mA輸出對(duì)應(yīng)差壓值),Pa(或kPa);△p:一差壓實(shí)際值，Pa(或kPa)。
在小流量1m3/h時(shí)，節(jié)流件產(chǎn)生的差壓值為0.14kPa,帶入式(1)得到差壓變送器實(shí)際不確定度為3.2%;在流量0.5m3/h時(shí)，差壓為0.035kPa,差壓變送器實(shí)際不確定度為12.9%。盡管采用精度等級(jí)為0.075的差壓變送器,但在小流量時(shí)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際精度太差,這是差壓類流量計(jì)不能正常工作的原因。
2選擇測(cè)量控制方案0
2.1超聲流量計(jì)
根據(jù)氯反應(yīng)物流量測(cè)控中出現(xiàn)的上述問題，在與生產(chǎn)超聲流量計(jì)的廠家進(jìn)行了廣泛的技術(shù)交流后，初步了解到針對(duì)氯反應(yīng)物流量測(cè)控難點(diǎn),可以采用不受流體物性和性狀影響、傳感器內(nèi)無可動(dòng)部件的超聲流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí),順流方向聲波速度會(huì)增大，逆流方向則減小,同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間。順流傳播的時(shí)間與逆流傳播的時(shí)間之差與被測(cè)流體的流速有關(guān)，據(jù)此求出流體的流速超聲流量計(jì)工作原理示意圖如圖1所示。
設(shè)流體在管道中流動(dòng)的速度為?,聲波在流體中傳播的速度為c,聲道傳播角度為?,則聲波在兩個(gè)傳感器A、B間順流傳播時(shí)間與逆流傳播時(shí)間分別如”下。
式中:tAB;一超聲波順流傳播的時(shí)間;tBA一超聲波逆流傳播的時(shí)間;L一上下游傳感器A、B間的聲長(zhǎng)度。
從式(4)可以求得流體的流速，進(jìn)而得到流體在管道中的流量。在求得的流體速度計(jì)算式中,聲波速度c在方程中消失了，流體流速僅由固定距離L的傳播時(shí)間得出,從而消除了流體溫度、壓力和流體組成等因素對(duì)流量計(jì)測(cè)量的影響。
2.2使用效果
對(duì)于氯反應(yīng)物流量的測(cè)量,鑒于以前也曾多次得到過其他流量計(jì)廠家產(chǎn)品可靠的承諾,所以決定先采，用手持式超聲流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)控試驗(yàn),若測(cè)控效果和數(shù)據(jù)可靠,再陸續(xù)改造。經(jīng)過約半年時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量考驗(yàn),流量測(cè)控參數(shù)穩(wěn)定可靠,完全符合生產(chǎn)工藝的需要。根據(jù)這種情況，生產(chǎn)中陸續(xù)采用了多臺(tái)固定式超聲流量計(jì)，至今測(cè)量穩(wěn)定,并且能夠?qū)崿F(xiàn)氯反應(yīng)器的參數(shù)自動(dòng)比值調(diào)節(jié)。經(jīng)驗(yàn)證，超聲流量計(jì)還用于其他裝置氯化反應(yīng)物液體的流量測(cè)量，均取得較好的測(cè)量效果。
3結(jié)語
超聲流量計(jì)在特殊化工生產(chǎn)過程中提供了可靠的計(jì)量和調(diào)節(jié)參數(shù),為確保生產(chǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定作出了貢獻(xiàn),并減少了企業(yè)眾多的人力資源浪費(fèi)與財(cái)力損失。
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