[摘要]在我國(guó)社會(huì)發(fā)展水平不斷提升的大背景下，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展速度也在不斷加快，而在電力系統(tǒng)、石化領(lǐng).域的發(fā)展中，關(guān)于流量測(cè)量?jī)x表的選用，無疑是十分重要的，其中，質(zhì)量流量計(jì)正是當(dāng)前階段石油化工領(lǐng)域先進(jìn)、正確的測(cè)量?jī)x器之一。文中將針對(duì)質(zhì)量流量計(jì)在精甲醇計(jì)量中的使用分析，進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
引言
質(zhì)量流量計(jì)的發(fā)展，是從1832年科里奧利進(jìn)行的輪機(jī)研究中，發(fā)現(xiàn)了流體在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生力這一發(fā)現(xiàn)開始的，當(dāng)時(shí)將這種力命名為“科氏力”。而后，美國(guó)高準(zhǔn)公司創(chuàng)始人在對(duì)這種力的原理進(jìn)行探究之后，研發(fā)了世界上第一臺(tái)可實(shí)用質(zhì)量流量計(jì)，至此，質(zhì)量流量計(jì)發(fā)展起來。
一、質(zhì)量流量計(jì)的簡(jiǎn)述
1.質(zhì)量流量計(jì)的內(nèi)涵
關(guān)于質(zhì)量流量計(jì)的了解，首先需要人們明確的就是，使流體體積發(fā)生變化的壓力、溫度函數(shù)，是因變.量，但是，流體質(zhì)量本身是不會(huì)隨空間溫度、壓力、時(shí)間溫度、壓力變化而改變的量，這正是質(zhì)量流量計(jì)的基本原理所在。而在一般情況下，質(zhì)量流量計(jì)可以根據(jù)其.側(cè)重的不同，劃分為層流質(zhì)量流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、孔板流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等，但這些流量計(jì)的測(cè)量值，是流體體積流量。
在工業(yè)生產(chǎn)的管理、產(chǎn)品質(zhì)量控制、經(jīng)濟(jì)核算和國(guó)際經(jīng)濟(jì)交接等項(xiàng)目中，所需要的流體數(shù)量通常是小質(zhì)量。而通過這些流量計(jì)，只能測(cè)得流體的流量大小往往無法達(dá)到項(xiàng)目數(shù)據(jù)的實(shí)際需要，而為了客觀目的又必須設(shè)法得到流體的最大質(zhì)量流量。以前只能在測(cè)量流體的高溫、壓強(qiáng)、密度和體積等技術(shù)參數(shù)的過程中，采用校正、轉(zhuǎn)換和補(bǔ)償?shù)仁侄伍g接地求得了流體的實(shí)際質(zhì)量。由于這些測(cè)量方法的中間環(huán)節(jié)非常復(fù)雜，所以質(zhì)量流量測(cè)量的精度--直無法得到有效提高和改善。但由于現(xiàn)代科技的發(fā)展，先后產(chǎn)生了許多可以直接測(cè)量質(zhì)量流量的計(jì)量技術(shù)和設(shè)備,進(jìn)而促進(jìn)了流體測(cè)量水平的提高。
質(zhì)量流量計(jì)以傳感溫度計(jì)為基礎(chǔ)，按分子的分子量大小對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量。但由于是用感熱方式計(jì)量，因此.并未受空氣溫度、氣壓等因素的改變而影響到測(cè)量結(jié)果。質(zhì)量流量計(jì)作為一種更加正確、快捷、安全有效的流體流動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)儀器，在石化生產(chǎn)、石油化工等領(lǐng)域中應(yīng)用日益廣泛，成了主流發(fā)展方向。并且使人相信將會(huì)在推動(dòng)流量測(cè)量的發(fā)展中表現(xiàn)出潛能。質(zhì)量流量計(jì)雖然不能對(duì)流量進(jìn)行控制，但是它可以通過模擬壓力、流量或者串行信息來測(cè)量液體或者氣體中的目標(biāo)物質(zhì)的流量。所以質(zhì)量流量控制器應(yīng)運(yùn)而生，這是一種既能夠測(cè)量還能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控的儀器。質(zhì)量流量控制器自身的檢測(cè)部分，就裝有一種電磁調(diào)節(jié)閥或是壓電控制閥，這樣，質(zhì)量流控制器就會(huì)自己構(gòu)成一個(gè)閉合的循環(huán)體系，用來檢測(cè)流體的流動(dòng)參數(shù)。而質(zhì)量流量控制器的設(shè)計(jì)值也能夠采用仿真電壓，或是電腦、PLC運(yùn)行。其測(cè)量原理展示圖如圖1所示。
2.質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理
質(zhì)量流量計(jì)以科氏力原理為基準(zhǔn)，在感應(yīng)器內(nèi)有2個(gè)相互平行的品質(zhì)流量管道，中間設(shè)有驅(qū)動(dòng)線圈中心，兩頭設(shè)有測(cè)試線圈中心，當(dāng)差壓變送器的激勵(lì)電流作用于驅(qū)動(dòng)線圈的中心時(shí)，振動(dòng)管就會(huì)產(chǎn)生往復(fù)的周期性振動(dòng)，而工業(yè)生產(chǎn)中的液體通過感應(yīng)管的振動(dòng)管，就會(huì)產(chǎn)生柯里斯力效應(yīng)。從而使2根震蕩管彎曲震蕩，安裝在震蕩管兩端的測(cè)試線圈中就形成了相位差異的兩個(gè)信息，這2種信息的相位差和流過感應(yīng)器的流體品質(zhì)流量呈比率關(guān)系。實(shí)際流經(jīng)振動(dòng)管的質(zhì)量流量由計(jì)算機(jī)計(jì)算。通過不同的媒質(zhì)，使振子的主要振動(dòng)頻率發(fā)生變化，從而得到了介質(zhì)的密度問題。通過安裝在傳感器振管上的鉑電阻，可以間接地測(cè)量介質(zhì)的工作溫度。
3.質(zhì)量流量計(jì)的分類
質(zhì)量流量計(jì)可分為兩大類:一類是直接式，即直接輸出質(zhì)量流量;另一類為間接式或推導(dǎo)式，如應(yīng)用超聲流量計(jì)和密度計(jì)組合，需對(duì)它們的輸出結(jié)果進(jìn)行乘法運(yùn)算以得出質(zhì)量流量。直接式質(zhì)量流量計(jì)有多種類型，如量熱式、角動(dòng)量式、陀螺式和雙葉輪式等。這種儀表適于測(cè)量小流量氣體，缺點(diǎn)是惰性大，測(cè)量值與氣體的定壓比熱有關(guān)，測(cè)量元件與介質(zhì)接觸，易被沾污和腐蝕。而間接式質(zhì)量流量計(jì)有3種主要型式:速度式流量計(jì)與密度計(jì)的組合，節(jié)流式或靶式流量計(jì)與容積式流量計(jì)的組合，節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)組合。還有一種是根據(jù)流體的工作壓力、溫度將容積流量計(jì)的測(cè)量值換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積流量。但是，當(dāng)介質(zhì)的種類或成分改變時(shí),它不能給出準(zhǔn)確的質(zhì)量流量。嚴(yán)格說來，它不屬于質(zhì)量流量計(jì)。除了上述兩大類之外，還有“熱式質(zhì)量流量計(jì)”“科里奧利質(zhì)量流量計(jì)”以及“差壓式質(zhì)量流量計(jì)”，其中熱式質(zhì)量流量計(jì)如圖2所示，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是---個(gè)運(yùn)用流體的阻力，在振動(dòng)管中運(yùn)行并形成與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的基本原理，來完成測(cè)量質(zhì)量流量的儀器。差壓式質(zhì)量流量計(jì)是以馬格努斯效應(yīng)為依據(jù)的流量計(jì)，具體使用時(shí)通過孔板與定時(shí)泵的配合進(jìn)行質(zhì)量流量測(cè)量。
某企業(yè)200kt/a精甲醇項(xiàng)目自建成投產(chǎn)后，各種產(chǎn)出、耗費(fèi)等指標(biāo)逐漸并項(xiàng)目生產(chǎn)成本考核，其中合成工段的粗甲醇產(chǎn)量是反映材料耗費(fèi)和合成塔轉(zhuǎn)換能力的關(guān)鍵指標(biāo)，所以粗甲醇產(chǎn)量測(cè)定的精度對(duì)該項(xiàng)目成本控制而言十分重要。經(jīng)對(duì)幾個(gè)較為完善的流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的考察、對(duì)比，最后選擇了質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行了精甲醇項(xiàng)目中粗甲醇的質(zhì)量測(cè)定。
1.所應(yīng)用質(zhì)量流量計(jì)的分析
此質(zhì)量流量測(cè)量范圍為0~50噸/小時(shí)，精度±0.2%，四線制，24V直流供電，4~20mA。利用科里奧利力原理，對(duì)液體的流速進(jìn)行了測(cè)定。它的測(cè)量依據(jù)是兩個(gè)平行的鈦合金測(cè)管，液體經(jīng)過兩個(gè)受科里奧利力作用而產(chǎn)生逆向振動(dòng)。振動(dòng)導(dǎo)致管道扭曲，入口與產(chǎn)出的位差相應(yīng)發(fā)生變化。本品與其他型號(hào)的流量計(jì)比較，具有如下特點(diǎn):①測(cè)量管振動(dòng)頻率高(1000Hz),所受現(xiàn)場(chǎng)管道低頻分量震動(dòng)的干擾程度小;②測(cè)定值受流體溫度、壓強(qiáng)、黏度、電導(dǎo)率和流動(dòng)特性因素的干擾小;③可以同時(shí)測(cè)定流量、壓力和水溫;④安裝簡(jiǎn)單，沒有垂直安裝段，平面、豎向均可。當(dāng)流體進(jìn)入測(cè)量管后，會(huì)有以下三種現(xiàn)象的產(chǎn)生，在第一種現(xiàn)象中,流量為零，即流體在靜止不動(dòng)之后，流入與輸出之間的相位差為零;在第二種情形當(dāng)中，有流體通過時(shí)，測(cè)試管人口震動(dòng)減慢;在第三種情形當(dāng)中，有流體通過時(shí),出口振動(dòng)加速，在經(jīng)過試驗(yàn)管道的液體數(shù)目增加時(shí)，相位差異會(huì)增加。采用輸人、輸出兩種不同的電磁相傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管線振動(dòng)的相位檢測(cè)。其平衡通過二根測(cè)試管的正反方向相對(duì)擺動(dòng)而確定。
2.質(zhì)量流量計(jì)安裝后產(chǎn)生的問題
質(zhì)量流量計(jì)裝配后，檢測(cè)系統(tǒng)在調(diào)試過程中發(fā)生了以下幾個(gè)不正常現(xiàn)象:①當(dāng)小時(shí)流量在5t以上時(shí)，流量計(jì)顯示卻是0;②流量計(jì)的指示時(shí)有時(shí)無，造成了粗醇的累積測(cè)量并不正確。形成以上這兩個(gè)狀況的根源在于，第一，從實(shí)際運(yùn)行狀況來看，粗醇的產(chǎn)出包括兩路，一路從甲醇分離器出口管道，進(jìn)至粗醇閃蒸槽之內(nèi)，壓力由13.5MPa減至4MPa后，經(jīng)調(diào)整閥繼續(xù)減至0.4MPa,然后，通過兩個(gè)階段的降壓，將一部分的煤氣進(jìn)行閃蒸;另外一條來自純醇的洗滌柱，因?yàn)榍逑粗囊好婵刂撇缓茫瑢?dǎo)致其他的氣體進(jìn)入。兩個(gè)管道相交后，用流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，然后送到蒸餾車間進(jìn)行凈化。在這種情況下，流過流量計(jì)的粗乙醇組分中可能會(huì)含有一定的空氣。如若沒有及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理可能影響最終質(zhì)量;第二，從測(cè)量?jī)x器上給出的數(shù)據(jù)來看，主要報(bào)警在586#、587#、701#，依次表現(xiàn)為流體速快和流體阻力中存在空氣的兩種情況;第三，距流量計(jì)水平管道5m處有一-90°彎頭，使流體中的氣泡出現(xiàn)了上行，并且在裝流量計(jì)的水平管線中積存，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生了不良影響。管內(nèi)出現(xiàn)的尖銳、高頻呼嘯聲也證明了此類情況的存在。
3.質(zhì)量流量計(jì)安裝后產(chǎn)生問題的解決對(duì)策
分析得出，成因主要在于通過流量計(jì)的介質(zhì)存在氣液兩相流。據(jù)此，提出了兩個(gè)解決方案:方案一是增設(shè)消氣裝置，將經(jīng)過閃蒸過程后的空氣放出去;方案二是在總管前面增設(shè)一條緩沖溝，以減少在電壓降低后閃蒸的氣泡。通過進(jìn)一步的比較，緩沖管容量大，安裝需要的資金大，改裝難度也大，而消氣裝置體積小，安裝需要的時(shí)間小，改裝難度低，有停車機(jī)會(huì)就可以安裝好。后采納了安裝消氣器的方法。將消氣器用法蘭管聯(lián)接，腔內(nèi)設(shè)有孔板、艙壁和浮球閥等裝置。當(dāng)被測(cè)液體流人容器后，經(jīng)孔板的擾動(dòng)和節(jié)流動(dòng)作影響，被測(cè)液體中所含有的氣體沖破了液膜，并沿著傾斜的艙壁匯聚到消氣器上方，腔內(nèi)液體表面由于積聚的空氣上升而降低，當(dāng)液體表面低于某--高度后,浮球閥在浮球壓力的作用下被開啟，將空氣排出，繼而液體表層上升，浮球浮出，當(dāng)浮球升至某一高度,排氣閥門隨即關(guān)閉。采用消氣器時(shí)，容器內(nèi)仍保持著0.022MPa背壓。我們的管路必須恰好有一向上的升高量可以發(fā)揮背壓閥的功能。在安裝消氣裝置的同時(shí)，可將流量表設(shè)定的最小信號(hào)值(<0.1th)切斷，以避免振動(dòng)信號(hào)的影響。
4.應(yīng)用改良措施后的使用效果
安裝消氣裝置后，流量計(jì)顯示仍時(shí)有時(shí)無，有時(shí)還.發(fā)出空管報(bào)警信息。有時(shí)甚至還產(chǎn)生了放空管線的報(bào)警信號(hào)。但經(jīng)過仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)，消氣器的放氣閥長(zhǎng)期保持正常排氣狀況，但由于廢氣濃度過多，消氣器也并沒有完全把氣泡排盡。處理這些問題可采取如下兩種辦法:一是再串接一個(gè)放氣閥，以進(jìn)一步減少氣泡;二是將排氣孔從6mm增加至8mm,并同時(shí)合理調(diào)節(jié)排氣孔密封墊和簧片高度，使之既不泄漏液體也可以斷續(xù)排出氣體。該公司選擇第一種辦法，并將凈醇洗滌塔進(jìn)管線中并人了粗醇閃蒸槽，以進(jìn)一步降低了進(jìn)人流體參數(shù)中的氣相組分。
三、質(zhì)量流量計(jì)的發(fā)展
目前我國(guó)的質(zhì)量流量計(jì)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)謀求突破發(fā)展，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，申請(qǐng)國(guó)際計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)和專利，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，提高行業(yè)話語權(quán)與行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，以此打破技術(shù)壁壘。按照國(guó)家的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，用于商業(yè)計(jì)量的流量計(jì)必須每年進(jìn)行一次計(jì)量校準(zhǔn)，從而達(dá)到質(zhì)量流量、時(shí)間、壓力、溫度等指標(biāo)的一致性。政府有關(guān)部門應(yīng)該從推動(dòng)我國(guó)化工生產(chǎn)發(fā)展，提升化工計(jì)量行業(yè)的形象等多個(gè)角度出發(fā)，提倡安裝計(jì)量檢定和計(jì)量檢定的觀念,對(duì)安裝計(jì)量檢定的企業(yè)給予一定的補(bǔ)助或減免，以推動(dòng)計(jì)量檢定和計(jì)量校準(zhǔn)。
四、結(jié)論
在生產(chǎn)精甲醇的過程中，需要以粗甲醇產(chǎn)量作為反.應(yīng)物料消耗和轉(zhuǎn)化能力的測(cè)量指標(biāo)，采用質(zhì)量流量計(jì)可提高測(cè)量的精度，有效減小測(cè)量誤差，因此質(zhì)量流量計(jì)在精甲醇生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。在使用質(zhì)量流量計(jì)時(shí)，優(yōu)化使用流程、完善質(zhì)量流量計(jì)的消氣裝置、規(guī)范作業(yè)杜絕人為誤差出現(xiàn)，正確應(yīng)用改良措施，這樣才能提高整體成本控制精度。
從質(zhì)量流量計(jì)的內(nèi)涵、質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理、以及質(zhì)量流量計(jì)在精甲醇計(jì)量中的使用分析等多個(gè)角度出發(fā)，闡述并強(qiáng)調(diào)了質(zhì)量流量計(jì)在精甲醇企業(yè)發(fā)展中所發(fā)揮的關(guān)鍵作用，希望能夠?yàn)槠髽I(yè)發(fā)展中針對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用提供一定的參考。
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