[摘(zhai)要]針對(duì)氯化反(fan)應産物(wu)的強腐(fǔ)蝕、易堵(du)塞管道(dao)、低電導(dǎo)率和低(dī)流速等(deng)特性，分(fèn)析了曾(ceng)采用過(guò)的幾種(zhǒng)流量測(cè)控儀表(biǎo)
的缺陷(xian):介紹了(le)超聲流(liu)量計的(de)工作原(yuán)理及其(qí)在氯化(hua)反應産(chǎn)物流量(liàng)測控中(zhong)的優勢(shi)。
氯與烯(xī)烴類物(wu)質反應(ying)的産物(wù)(以下稱(chēng)氯反應(ying)物)是一(yi)-類重要(yào)化學品(pin)中間體(ti),也是生(shēng)産氯氟(fu)烴替代(dài)品的主(zhu)要原🚶♀️料(liào)。随着社(shè)會經濟(jì)的發展(zhǎn)和人民(min)生活水(shuǐ)平的不(bú)斷提高(gāo),氯反應(yīng)㊙️物在醫(yi)藥、化工(gōng)、染料等(děng)領域将(jiang)會占有(yǒu)越來越(yue)重要的(de)地位。在(zai)生産過(guò)程中氯(lü)反應物(wù)流量參(cān)數是生(shēng)産工序(xù)中一項(xiang)重要的(de)測控數(shù)據，然而(ér)由于氯(lü)反應物(wu)的強腐(fu)蝕性、低(dī)電導率(lǜ)、易堵塞(sai)管道及(ji)工藝上(shang)的低流(liú)量等特(tè)點,使得(de)氯反應(ying)物流量(liàng)測控多(duō)年來-直(zhi)存在諸(zhū)多問題(tí)。儀表技(jì)術人員(yuan)💃🏻曾嘗試(shì)過使用(yong)多種流(liu)量測量(liàng)儀表,也(yě)爲此付(fu)出了🧑🏾🤝🧑🏼大(dà)量的人(ren)力和财(cai)力,但都(dōu)🆚因出現(xian)的種種(zhǒng)問題不(bu)能滿足(zú)生産上(shang)的需要(yào)而以失(shi)敗告終(zhōng),因此氯(lü)反應物(wu)流量測(ce)控問題(ti)一直都(dou)沒有得(dé)到根本(běn)性解決(jue)。
1氯反應(ying)物流量(liang)測控失(shi)敗的原(yuán)因
1.1電磁(cí)流量計(jì)
由于
電(diàn)磁流量(liang)計
對被(bèi)測液體(tǐ)有技術(shù)要求，即(jí)被測液(yè)體的電(diàn)導率不(bú)能😄低于(yú)電📧磁流(liú)量計規(gui)定的阈(yu)值，否則(zé)不能正(zheng)常進🏃♂️行(hang)測🌈量。通(tong)用型電(dian)磁流量(liàng)計對被(bèi)測液體(tǐ)電導率(lǜ)規🛀🏻定的(de)阈值根(gen)據不同(tong)的型号(hào)而♍異，一(yī)般🔞在5×10-6~10-4S/cm之(zhi)間;使用(yòng)時還取(qu)決于傳(chuán)感器間(jian)流量信(xìn)号線長(zhǎng)度及其(qi)分布。而(ér)非接觸(chu)電容耦(ǒu)合大面(mian)積電極(ji)的電磁(cí)流量計(ji)則🈲可測(ce)電導率(lü)低至(1~5)×10-8S/cm。考(kao)慮到氯(lü)反應物(wu)屬于低(di)電導率(lü)液體，浙(zhè)江巨化(huà)股份有(yǒu)限公司(sī)電化廠(chang)(以下簡(jian)稱“巨🈲化(huà).電化廠(chang)”)選用的(de)是
電容(rong)式電磁(ci)流量計(jì)
，但是在(zài)實際使(shǐ)用中還(hái)是不能(neng)正常工(gong)作,示值(zhi)經常大(dà)㊙️幅跳動(dòng)或流量(liàng)時有時(shí)無。經檢(jiǎn)查,流量(liàng)計的安(an)裝符合(he)🤞要求，液(ye)體等電(diàn)位接地(di)良好，電(diàn)纜絕緣(yuán)等都不(bú)存在問(wen)題。由于(yu)查不到(dao)氯反應(yīng)物的電(diàn)導率數(shu)據,分析(xī)主要還(hai)是氯反(fan)應物電(dian)導率低(di)于或接(jiē)近于規(gui)定的阈(yù)值導緻(zhì)上述問(wen)題。盡管(guan)電磁流(liu)量計傳(chuan)感器内(nèi)✏️無可動(dong)部件，也(yě)是測量(liàng)導電流(liú)體較好(hao)的流量(liàng)儀表，但(dan)是用于(yú)測量氯(lǜ)反應物(wu)這種電(diàn)導率很(hěn)低或處(chù)于🏃♂️臨界(jie)狀态的(de)流體流(liu)量還是(shi)不太适(shi)合。
1.2遠傳(chuán)浮子流(liu)量計
浮(fu)子流量(liàng)計
又稱(cheng)
轉子流(liú)量計
，盡(jìn)管其測(ce)量精度(du)較低,但(dàn)是它适(shi)用于低(di)雷諾數(shù)和小流(liu)量測🚶量(liang),某種形(xing)狀的浮(fu)子甚至(zhì)對流體(tǐ)的最小(xiao)雷諾數(shù)要求達(dá)到40,這兩(liǎng)個☀️技術(shù)特性比(bi)較适合(he)氯反應(yīng)物流體(tǐ)的特點(dian)。考慮✔️到(dao)介質的(de)強腐蝕(shi)性，巨化(huà)電化廠(chǎng)曾選用(yong)襯聚四(si)氟乙烯(xi)的遠傳(chuan)浮子流(liú)量計測(ce)量氯反(fan)應物流(liú)量,但是(shì)由于氯(lǜ)反應物(wù)是含有(yǒu)多種成(chéng)分的易(yì)堵塞流(liú)體，而浮(fu)子流量(liàng)計要求(qiú)被測流(liú)體應爲(wei)清潔的(de)流體,所(suǒ)以在😄使(shi)用過程(cheng)中還是(shi)發生了(le)🈲浮子在(zai)錐形管(guan)腔體🔞被(bèi)卡堵等(deng)問題。盡(jìn)管将流(liú)量計拆(chāi)下清理(li)🐕重新組(zu)裝後仍(réng)可使用(yong),但是使(shǐ)用不久(jiu)又會被(bèi)堵塞。而(er)且在✊線(xian)拆卸清(qīng)理還需(xū)要在工(gōng)藝管道(dao)設置旁(pang)路管線(xiàn)及閥門(men)等,這些(xiē)不僅受(shou)到現場(chǎng)空間及(jí)成本.上(shang)的限制(zhi),還存在(zai)着對生(shēng)産的影(ying)響和操(cao)作.上的(de)不方便(bian)等問題(ti)。由于浮(fú)子流量(liang)計傳感(gan)器内有(you)可動部(bù)件，在測(ce)量含有(you)易堵塞(sāi)流體時(shí)容易發(fā)生堵塞(sāi)，因此采(cǎi)用浮子(zǐ)流量計(jì)還是🚶♀️不(bú)能滿足(zu)連續穩(wěn)定生産(chǎn)測:量的(de)需要。
1.3質(zhì)量流量(liàng)計
依據(jù)科裏奧(ao)利原理(lǐ)的質量(liàng)流量計(ji)是一-種(zhong)具有精(jīng)👅度高、量(liàng)程比寬(kuān)、無直管(guan)段要求(qiu)、無需補(bu)償的直(zhi)接式質(zhi)量流量(liang)計，盡管(guan)其價格(ge)昂貴,但(dan)是爲了(le)能找到(dào)-一種适(shi)合測量(liàng)氯反應(yīng)物🏃🏻♂️流量(liàng)的儀表(biao)，巨化電(dian)化廠也(yě)曾選用(yong)了質量(liang)流量計(jì)來進行(háng)測量試(shì)驗。爲了(le)防止介(jie)質對流(liu)量計的(de)腐蝕,供(gong)🙇🏻應商提(tí)供了内(nèi)襯PFA的質(zhì)量流量(liang)計,但在(zài)使用過(guo)程中還(hái)是出現(xian)了問題(tí)。内襯PFA雖(suī)在防止(zhi)介質腐(fu)蝕🌐方面(miàn)起到了(le)一-定作(zuo)用,但是(shi)由于傳(chuan)感器口(kǒu)徑較小(xiǎo)，且🈲液體(ti)流量測(ce)控需要(yào)傳感器(qì)朝💋下安(an)裝,因生(shēng)産中氯(lü)反😄應物(wù)流體有(you)時處于(yu)間斷流(liu)動狀态(tai)，這就導(dǎo)緻了在(zài)實際使(shǐ)用過程(cheng)中出現(xiàn)了傳感(gan)器流通(tong)管内沉(chen)積結垢(gou)而局部(bù)堵塞和(he)示值誤(wu)差✉️問題(tí),在選用(yòng)測量氯(lü)反應物(wù)流量時(shí)最終還(hái)是被淘(tao)汰了。
1.4差(chà)壓式流(liú)量計口(kǒu)
差壓類(lei)流量計(jì)是流量(liang)計範疇(chou)内品種(zhǒng)最多的(de)流量儀(yí)表,巨化(huà)電化廠(chang)曾使用(yòng)過
V
錐流(liú)量計
、
阿(ā)牛巴流(liú)量計
等(děng)。由于差(cha)壓類儀(yi)表屬于(yú)受限于(yú)雷諾數(shu)的儀表(biǎo),必須要(yao)先看🙇🏻是(shì)否滿足(zú)儀表的(de)技術特(te)性要求(qiu)。以DN50管徑(jìng)⛹🏻♀️的氯反(fǎn)應物最(zui)大流量(liàng)8m3/h、最小流(liu)量0.5~1m3/h來分(fèn)析是否(fou)滿足🚩儀(yi)表的要(yao)求。根據(ju)上述最(zui)小流量(liàng)0.5~1m3/h時，計算(suan)得到對(dui)應的雷(lei)諾數爲(wei)4000~6800(黏度μ=1.5mPa·s),盡(jìn)管V錐流(liú)量計是(shi)下限要(yao)求較低(di)的儀表(biǎo),其下限(xian)雷諾數(shu)也要達(dá)到≥8000才能(néng)正常工(gong)作,而💋阿(a)牛巴要(yao)求的🏃下(xia)限遠高(gāo)于V錐流(liú)量計。所(suo)以當流(liú)量較小(xiao)時，DN50管道(dao)由于🌐受(shou)限于雷(léi)諾數,差(chà)壓類流(liú)量計不(bu)能正常(chang)工作。
再(zai)看差壓(yā)變送器(qì)實際測(cè)量時的(de)不确定(ding)度。以V錐(zhui)流量計(ji)爲例，當(dang)孔闆内(nèi)外徑之(zhī)比β取0.6、測(ce)量管内(nei)徑爲50mm時(shi)，對應最(zuì)大流量(liàng)8m'/h差壓量(liang)程上限(xian)爲9kPa,采用(yòng)精度等(deng)級爲0.075的(de)
差壓變(biàn)送器
,依(yi)據下式(shi)計算可(ke)得到在(zai)小流量(liang)0.5~1m3/h時差壓(yā)變送器(qì)的實😘際(jì)測量不(bú)确定度(dù)的大小(xiao)。
式(1)中:E-差(chà)壓實際(jì)測量的(de)不确定(dìng)度;ξsρ---差壓(yā)變送器(qì)的準确(que)🌈度等級(ji);△p:一差壓(yā)變送器(qi)上限值(zhí)(20mA輸出對(dui)應差壓(ya)值),Pa(或kPa);△p:一(yi)差壓實(shí)際值，Pa(或(huo)kPa)。
在小流(liu)量1m3/h時，節(jie)流件産(chǎn)生的差(chà)壓值爲(wèi)0.14kPa,帶入式(shì)(1)得到差(cha)壓㊙️變送(sòng)器🏒實際(ji)不确定(dìng)度爲3.2%;在(zài)流量0.5m3/h時(shí)，差壓爲(wei)0.035kPa,差♍壓變(bian)送器👨❤️👨實(shí)際不确(que)⭐定度爲(wèi)12.9%。盡管采(cai)用精度(dù)等級爲(wèi)0.075的差壓(ya)變送器(qi),但在小(xiǎo)流量時(shi)整個測(ce)量系統(tǒng)實際🏃♀️精(jing)度太差(cha)🈲,這是差(cha)壓類流(liú)量計不(bú)能正常(cháng)工作的(de)原因。
2選(xuan)擇測量(liang)控制方(fang)案0
2.1超聲(sheng)流量計(jì)
根據氯(lǜ)反應物(wù)流量測(ce)控中出(chu)現的上(shang)述問題(ti)，在與生(shēng)産
超聲(shēng)流量計(jì)
的廠家(jia)進行了(le)廣泛的(de)技術交(jiao)流後，初(chu)步了解(jiě)到針對(dui)氯💔反應(ying)物流量(liang)測控難(nan)點,可以(yǐ)采用不(bú)受流體(tǐ)物性和(he)性狀影(ying)響、傳感(gan)器内無(wu)可動部(bù)件的超(chāo)聲流量(liang)計進行(háng)✍️測量。
超(chao)聲波在(zai)流動的(de)流體中(zhōng)傳播時(shí),順流方(fang)向聲波(bo)速度會(hui)🙇🏻增大，逆(ni)流方向(xiàng)則減小(xiǎo),同一傳(chuán)播距離(lí)就有不(bú)同的傳(chuan)播時間(jian)。順流傳(chuán)播的時(shi)間與逆(ni)流傳播(bo)的時間(jian)之差與(yǔ)被測流(liú)體的❗流(liú)速有關(guān)，據此☔求(qiú)出流體(tǐ)的流速(sù)超聲👣流(liú)量計工(gong)🌈作原理(li)示👈意圖(tú)如圖1所(suǒ)示。
設流(liu)體在管(guǎn)道中流(liú)動的速(sù)度爲?,聲(sheng)波在流(liú)體中傳(chuan)播的速(su)度爲㊙️c,聲(sheng)道傳播(bo)角度爲(wei)?,則聲波(bō)在兩個(ge)傳感器(qi)A、B間🙇🏻順流(liú)傳播時(shi)間與逆(nì)流傳播(bō)時間分(fèn)别如”下(xia)。
式中:tAB;一(yī)超聲波(bo)順流傳(chuan)播的時(shi)間;tBA一超(chāo)聲波逆(nì)流傳播(bō)的時🌈間(jian)💃🏻;L一上下(xia)遊傳感(gan)器A、B間的(de)聲長度(dù)。
從式(4)可(kě)以求得(dé)流體的(de)流速，進(jìn)而得到(dào)流體在(zài)管道中(zhōng)的流🔴量(liàng)。在☀️求得(de)的流體(ti)速度計(ji)算式中(zhong),聲波速(su)度c在方(fang)程中消(xiāo)失了，流(liu)體流速(su)僅由固(gu)定距離(lí)L的傳播(bo)時間得(dé)出,從而(er)消除了(le)流體溫(wen)度、壓力(lì)👣和流體(ti)組成🔞等(děng)因素對(duì)流量計(ji)測🏒量的(de)影響🔞。
2.2使(shǐ)用效果(guǒ)
對于氯(lü)反應物(wu)流量的(de)測量,鑒(jian)于以前(qian)也曾多(duo)次得到(dao)過其他(tā)流量計(ji)廠家産(chǎn)品可靠(kao)的承諾(nuò),所以決(jue)定先采(cai)，用手持(chi)式超聲(shēng)🍓流量🚶計(jì)現場進(jìn)行測控(kong)試驗,若(ruo)測控效(xiào)果和數(shù)據可靠(kao),再陸續(xù)改造。經(jing)過約半(ban)年時間(jian)的現場(chǎng)實際測(ce)量考驗(yan),流量測(ce)控參數(shu)穩定可(kě)靠,完全(quán)符合生(shēng)産工藝(yi)的需要(yào)。根據這(zhe)種情況(kuàng)，生産中(zhōng)陸續采(cǎi)用了多(duo)台固定(ding)式超聲(shēng)流量計(jì)，至今測(ce)量穩定(ding),并且能(neng)夠實現(xian)氯反應(ying)器的參(can)數自動(dong)比值調(diào)節。經💋驗(yan)證，超聲(sheng)流量計(jì)✍️還用于(yu)其他裝(zhuāng)置氯化(huà)反應物(wù)☎️液體的(de)流量測(ce)量，均取(qu)得較好(hao)的測量(liàng)效果。
3結(jié)語
超聲(shēng)流量計(ji)在特殊(shū)化工生(sheng)産過程(cheng)中提供(gòng)了可靠(kao)的計量(liang)和調🤟節(jiē)參數,爲(wei)确保生(sheng)産的長(zhǎng)期穩定(ding)作出了(le)貢獻,并(bìng)減少了(le)企業衆(zhong)多的人(ren)力資源(yuán)浪費與(yǔ)财🐕力損(sǔn)失。
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