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质量流量计的应用
发表时间:2016-08-20 08:08 / 本文浏览次数:
 

  1 基本原理与主要特点

    科氏力质量流量计的基本原理为:一根两端固定的薄壁测量管,在中点处以测量管谐振或接近谐振的频率(或其高次谐波频率)所激励,此时,在管 内流动的流体产生科里奥利力,使测量管中点前后产生方向相反的挠曲,挠曲的大小与流体的质量流量成正比。因此,用光学或电磁学的方法检测测量管的挠曲量, 就可以求得管内流体的质量流量。

    科氏力质量流量计的主要特点为:①直接测量质量流量,有很高的测量准确度;②测量值不受流体特性(密度、粘度)等的影响;③可测量各种非牛顿流体及含微粒的浆液;④可做多参数测量,如温度、密度等。

    2 在精细化工生产中的应用探讨

    下面我们结合工程实例,来探讨科氏力质量流量计在精细化工生产中的应用。

    2.1 在光气生产中的应用

    海利化工股份有限公司的主要产品是氨基甲酸酯类农药,在此类农药的生产中,光气生产是极其重要的一个环节,光气的浓度含量及其稳定程度在氨 基甲酸酯的合成中有着举足经重的地位。光气的生产过程如下:液氯经过汽化器变成气态氯,氯气与一氧化碳气体按比例进入混合器,混合后的气体在催化剂的作用 下经过一、二级反应器便生成光气。在此过程中,如何控制氯气与一氧化碳气体按一定的比例进入混合器,是提高光气生产质量的重中之重。为解决此问题,海利化 工股份有限公司下属的贵溪农药公司在2007年5月进行的DCS改造中,在这个工段采用了比值控制,其原理结构如图1所示。

图1 混合气压力自动调节及CL2—CO比值控制系统图

    这里用氯气的流量来控制一氧化碳的流量。先用混合器上的压变PI-201控制氯气管道上的调节阀PV-201来调节氯气的流量以保证混合器 压力正常;然后在比值器中输入合适的比值,比值器会根据氯气流量计FI-201和一氧化碳流量计FI-202的流量值,自动调节控制阀FV-202的开 度,使氯气与一氧化碳按照设定的比值流量进入混合器。

    上述调节方案在原理上是正确的,但是在装置开车后,根据笔者的观察和现场工艺人员的反馈,实际情况不太理想。光气含量在上比值控制前是 62%左右(依赖于现场工人控制玻璃转子流量计手动调节阀),用了比值控制后,含量在60%~75%之间波动,光气浓度很不稳定,对后面的酰氯合成工艺造 成了较大的困扰。因此,在使用了三个多月以后,这套比值控制系统被弃用,操作工人又改回了以前的手动操作。

    笔者认为以上情况出现的原因是流量计的选型问题。这套装置选用的是北京菲舍波特仪器公司生产的VT5000型涡街流量计,这种流量计的特点 是带温度和压力补偿,读数稳定准确度高,运行可靠。但是现场的氯气与一氧化碳气体压力过低,正常时氯气与CO的压力在1.5~2kg左右,氯气因是钢瓶液 氯汽化而来,在钢瓶内液氯快用完时,压力会明显降低,有时会低到0.5~0.7kg;由于煤气工艺的原因,煤气压力也时有波动,有时会降至1.0kg左 右。在如此之低的压力下测量气体,即使带了温压补偿,涡街流量计也是有心无力。在现场我们用万分之一的高精度电子秤测量氯气钢瓶的汽化量,和氯气流量计的 累积流量相比较,发现误差达到30%之多。

    由此可见,低压气体的准确测量是一个技术难点,用体积式流量计明显不合适,只能考虑使用质量流量计。质量流量计分为2种:热式质量流量计和 本文所述的科氏力质量流量计。从原理上来说,热式质量流量计适合测量低压气体,但是其精度不高,生产厂家保证其误差值在5%~8%之间。工艺专业给流量计 提的要求是精度为1.0左右,否则光气含量难以有大的提升。因此,笔者拟使用科氏力质量流量计:这种流量计早期只能用来测量液体和高压气体,且仪表自身的 压力损失较大。但是随着技术的发展,其中的一些高端品牌已经具备测量低压气体的能力。经过筛选,笔者选择了艾默生高准公司(MicroMotion)的 CMF系列科氏力质量流量计,它采用了MVD(多变量数字技术)、独特的大弯管结构以及其他一些旨在提高信噪比的技术,可以胜任低压气体的测量。在本例的 工况下,通过计算得出:采用高准公司的CMF质量流量计,最大压损为0.15kg,测量数据可重复性为97%,完全符合我们的使用要求。购买后安装在管道 上试运行时,笔者又用高精度电子秤进行了校验,实际使用误差为0.8%,完全符合工艺专业提出的精度要求。重新启用DCS的比值控制回路,系统运行稳定, 光气含量一直保持在84%左右,彻底解决了光气生产中存在的这个瓶颈问题,大大减轻了操作工人的劳动强度,减少了物料消耗。

    2.2 在生产流程中作为在线密度计的应用

    由前文所述得出:由于科氏力质量流量计的测量管以一定的频率连续振动,当一定密度的流体流过测量管时,测量管的振动频率会发生相应的变化, 这个频率是流体密度的函数,与流体密度有着唯一的对应关系,通过测量流体流过测量管时的频率即可获得流体的密度。因此,科氏力质量流量计可以同时测量流体 的质量流量和流体密度。根据这一特性,可以将其作为在线密度计使用。与其他的在线密度计,如音叉式密度计、差压式密度计、超声波式密度计等相比较,它具有 测量精度高、运行稳定、压力损失较小等优点,下面以实例来介绍其作为在线密度计在精细化工生产中的应用。

    海利贵溪农药公司于2011年7月完成了甲基硫菌灵(简称甲托)的技术改造项目。此项目中,有一个工艺步骤是用泵将溶剂—外购的乙酸乙酯从 溶剂储罐输送到甲托合成釜中,输送管道上设一流量计,达到累积流量后DCS联锁停泵。由于外购的乙酸乙酯中不可避免的含有水分,而水对甲托合成的品质有很 大的消极影响,所以,如何避免水进入甲托合成釜就成了一个关键问题。乙酸乙酯相对水的密度是0.902,所以在溶剂储罐中乙酸乙酯与水是分层的。因为是技 改项目,溶剂储罐利旧,没有多余的设备口来安装界面计,于是笔者在自控设计中,采用了一台科氏力质量流量计作为在线密度计,同时显示溶剂的质量流量与密 度,其原理如图2所示。

 

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