質量流量計的應用

  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AG视讯結合工程實例,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。

  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AG视讯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AG视讯的使用要求。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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