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液堿流量計在淡濃堿生產(chǎn)中流量測量的案例分析
本文為針對產(chǎn)氯堿10萬t的大型化工企業(yè)生產(chǎn)過程中的分析,本化工廠長期以來一直采用槽位計算法來進行淡、濃堿產(chǎn)量的測量，因為貯槽的橫截面較大，標(biāo)尺分度準(zhǔn)確度較差，導(dǎo)致計算出來的產(chǎn)量的準(zhǔn)確性很不穩(wěn)定，但又無法做到時時計算，對淡、濃堿的產(chǎn)量難以控制，此問題困擾生產(chǎn)部門很久，一直未得到有效解決。2000年公司在擴大產(chǎn)能的時候，為了解決這個問題，達到計量淡、濃堿產(chǎn)量的目的，新上了兩臺電磁流量計。但是很快發(fā)現(xiàn)，在測量過程中，偶爾也會出現(xiàn)計量不準(zhǔn)的問題。公司組織技術(shù)人員對于原因進行探究，得到出的結(jié)論，許多問題的產(chǎn)生不單單從儀表本身引起的，許多外部的工況環(huán)境也是引發(fā)計量不準(zhǔn)的重要原因，只有這樣，才能做到標(biāo)本兼治，從根本上解決儀表測量不準(zhǔn)的問題。
對于流量儀表來說，產(chǎn)品在投入生產(chǎn)后由于使用條件的限制很難對它進行檢定與校準(zhǔn),因而精心地安裝與正確地使用是保證計量準(zhǔn)確可靠的先決條件。
本文即是針對于電磁流量計儀表的測量特點和在生產(chǎn)中應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進行分析，找出產(chǎn)生問題的原因，這一方法對于其他的用戶也有一定的借鑒意義。
1 液堿流量計的測量原理
電磁流量計是基于法拉第電磁感應(yīng)定律的原理工作的。被測介質(zhì)應(yīng)是導(dǎo)電液體。在垂直于介質(zhì)流向的一個區(qū)間里存在由變送器所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為B的穩(wěn)定磁場,平均流速為v的導(dǎo)電流體在流經(jīng)磁場區(qū)域時,作切割磁力線運動。于是在與管道橫截面平行且垂直于磁力線方向的兩根檢測電極上,就產(chǎn)生了感應(yīng)電壓U。根據(jù)電磁感應(yīng)定律得出:
U= k B v D (1)
式(1)中:U為感應(yīng)電壓;k為儀表常數(shù);B為磁感應(yīng)強度;v為介質(zhì)的平均流速;D為儀表管內(nèi)直徑。
由公式(1)可知,B和D是不變的,k為一常數(shù)。因而U只與v成正比,只要測出感應(yīng)電壓U的大小,就能測出介質(zhì)的平均流速v。流體的體積流量公式為:
其中:Q為介質(zhì)的體積流量。
根據(jù)公式(2)可知Q與v是成正比的一一對應(yīng)函數(shù),那么U與Q也是成正比的一一對應(yīng)函數(shù),即測出了感應(yīng)電壓U也就測出了介質(zhì)的體積流量Q。
2 液堿流量計的優(yōu)點
(1)電磁流量計管內(nèi)無節(jié)流或可動部件,無壓力損失,節(jié)約能源。特別適用于測量液固兩相介質(zhì)(如懸浮液體)。
(2)只有襯里和電極與介質(zhì)接觸,只要選好兩種材料,就可達到防腐防磨的目的,長時間使用,儀表準(zhǔn)確度不會降低,與橢圓齒輪流量計相比,其準(zhǔn)確度的穩(wěn)定性要好得多。
(3)測量時只與介質(zhì)的平均流速有關(guān),而與介質(zhì)的流態(tài)(層流或紊流)、溫度、粘度、密度、壓力及電導(dǎo)率(在一定范圍內(nèi))的變化無關(guān)。因此,電磁流量計只需用水標(biāo)定后,就可用它測量其它導(dǎo)電液體或固液兩相介質(zhì)的流量,而無需修正。
(4)量程比寬,可達1 100,而且可以任意改變量程。
(5)無機械慣性,反應(yīng)靈敏,可測量瞬時脈動流;且線性好,可直接等分刻度。
(6)從檢測電極向前,只需5 D的直管段,不需太大的安裝空間。而其它流量計一般需要10 D或10 D以上的直管段,對安裝空間要求較嚴(yán),否則無法保證測量準(zhǔn)確度。
3 液堿流量計的安裝
(1)從理論上講,傳感器可以安裝在運行管道的任何位置。但要求傳感器內(nèi)必須*充滿介質(zhì),這一條至關(guān)重要。檢測電極的軸線應(yīng)處于水平位置,以防粘污,并能排除由氣泡接觸引起的損失。
(2)傳感器的周圍不能有較強的干擾電磁場。
(3)傳感器及其密封件、接地環(huán)的安裝要與管道同心,不能向內(nèi)凸出。
(4)測量準(zhǔn)確度與傳感器的接地效果有很大關(guān)系,電磁流量計對外加電勢的干擾很敏感。因而它的接地電極必須是獨立接地極。接地的目的是讓流經(jīng)傳感器內(nèi)的導(dǎo)電流體與地等電位,而不是管道壁接地。
4 液堿流量計的選型、安裝及使用情況
4.1 電磁流量計的選型原則
(1)考慮口徑與量程,電磁流量計的量程雖然是任意設(shè)定的,但其設(shè)定的范圍受口徑的限制。量程的設(shè)定要考慮正常流量超過滿量程的一半,這樣的測量精度才高。流速一般選擇2～ 4 m/s,如介質(zhì)易磨損電極,可選擇稍低的流速;如介質(zhì)較易粘附,可選擇適當(dāng)稍高的流速。綜合考慮后根據(jù)流率表選擇儀表的口徑。
(2)考慮介質(zhì)的壓力、溫度及腐蝕性,依此選擇不同的內(nèi)襯和電極材料。
4.2 我公司的具體選擇與安裝
由于被測介質(zhì)是溫度低于100的淡堿和濃堿,對不銹鋼電極的腐蝕很微弱,但對各種橡膠類內(nèi)襯有腐蝕作用,因而我們選用聚四氟乙烯內(nèi)襯。考慮到以后再擴產(chǎn),我們將口徑選為150 mm。我公司具體所選用的電磁流量計規(guī)格型號為:K300-(150)11431021,口徑為150 mm,標(biāo)準(zhǔn)型,鉬二鈦電極,聚四氟乙烯內(nèi)襯,高工作壓力1.6 MPa,無接地環(huán),輸出4～ 20 mA,準(zhǔn)確度等級1.0級。安裝在水平管道上,前后有足夠長的直管段,接地極獨立,接地良好。
用于輸送淡堿的泵有2臺,量程都是100 m3/h,揚程50 m,采用單泵間斷方式輸送淡堿。流量計的量程設(shè)定為160 m3/h。從流率表上查出口徑150mm、平均流速v= 1 m/s時的流量為63.617 m3/h。
m/s,稍偏低。如將流量計量程改為250 m3/h,雙泵同時開時正常流量在200 m3/h連續(xù)輸送,效果可能會更好。但由于產(chǎn)量限制只能間斷輸送。
4.3 以淡堿流量計為例說明流量計的使用情況
流量計剛投入使用時,與槽位推算的數(shù)進行比較,每班表計產(chǎn)量與推算產(chǎn)量僅差1 t,誤差較小。而在以后的幾個月中卻發(fā)現(xiàn)有較大的偏差。表1是半年的表計產(chǎn)量(折100%)與推算產(chǎn)量(折100%)的比較。
從表1可以看出,開始安裝流量計時的1月份,表計與推算的差不大,全月僅差101.1 t。這里是把推算數(shù)當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)了,其實推算數(shù)的誤差較大,差的這101 t很難說是什么原因造成的。而2月份的差值卻大得驚人,達1 133.7 t,4～ 6月又成了負(fù)偏差。
我們先從流量計的安裝與參數(shù)設(shè)定等情況查找原因,沒發(fā)現(xiàn)問題。于是我們又找來原始記錄進行認(rèn)真地分析,終于找出了出現(xiàn)偏差的原因。原來在2月份因燒堿產(chǎn)量有所擴大又新上了一臺200 m3/h的淡堿泵,排序為1#泵。從電解工段2月份的交接班記錄上查到:
2月1日8～ 16點:3#泵改為2#;
2月4日8～ 16點:2#泵改為1#;
2月7日8～ 16點:1#泵改為2#;
2月9日8～ 16點:2#泵改為3#;
而1#泵為200 m3/h,2#、3#泵為100 m3/h。
從蒸發(fā)工段的運行日志上查到:
2月3日:全天表計淡堿產(chǎn)量876 m3;
2月4日:全天表計淡堿產(chǎn)量2 298 m3;
2月5日:全天表計淡堿產(chǎn)量3 305 m3;
2月6日:全天表計淡堿產(chǎn)量3 028 m3;
2月7日:全天表計淡堿產(chǎn)量1 695 m3;
2月8日:全天表計淡堿產(chǎn)量962 m3。
兩處記錄對照可以看出,200 m3/h大泵的投運時間是2月4～ 7日,淡堿流量非常大,是正常量的近4倍。2月7日白班改用2#泵即100 m3/h泵后流量才在8日恢復(fù)正常。這說明儀表超量程是造成誤差很大的原因,此時儀表已經(jīng)無法使用。由于工藝人員對儀表不了解,在增加大泵時沒有及時通知儀表人員改儀表量程。直到3月中旬儀表人員查出原因后,用倍增法將量程改到320 m3/h,這樣才滿足了大泵的要求,而對小泵來說單泵打液量僅為滿量程的30%,又造成在開小泵時儀表計量偏低,因而造成4～ 6月的負(fù)偏差。直到7月將量程再改到250 m3/h,并規(guī)定開大泵時只開1個,開小泵時2泵同時開。
通過對下半年幾個月表計產(chǎn)量及推算產(chǎn)量的跟蹤分析,我們認(rèn)為取得了比較好的效果。每月兩數(shù)偏差在100 t以內(nèi),一般是表計產(chǎn)量偏高。分析原因可能是流量計安裝在水平管線上,但由于管線長達數(shù)百米,安裝處不一定是管線的較低點,在開停泵時很可能有不滿管現(xiàn)象,造成計量偏高。隨著產(chǎn)量的進一步擴大,到可以連續(xù)開泵輸堿時,計量準(zhǔn)確度會更高。
5 結(jié)論
從以上分析可知,即便是準(zhǔn)確度再高的電磁流量計,也必須正確地使用。流量計不準(zhǔn)并不一定是儀表本身的原因,與使用過程有很大的關(guān)系,甚至是決定因素。儀表維護人員在選擇、使用、維護儀表時,不能單從儀表本身考慮,而要全面考慮工藝、設(shè)備等方面的性能是否滿足儀表正常使用時的要求。只有這樣才能發(fā)揮每臺儀表應(yīng)有的功能,為生產(chǎn)、經(jīng)營提供準(zhǔn)確可靠的計量數(shù)據(jù)。