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氯乙烯渦輪流量計選型及應用



摘要:通過對氯乙烯單體加料工藝的介紹和氯乙烯單體性質的分析, 介紹了渦輪流量計和質量流量計的選型、安裝和使用情況, 總結了使用過程中遇到的一些問題及處理辦法。
  聚氯乙烯按合成方法分類主要有 4 大類:懸浮法聚氯乙烯、乳液法聚氯乙烯 、本體法聚氯乙烯和溶液法聚氯乙烯, 懸浮法聚氯乙烯是目前產量***大的一個品種 ,也是我國生產企業常用的一種生產工藝 。不同的合成方法生產的產品, 其性能大相徑庭 ,單就懸浮法聚氯乙烯而言 ,配方不同,聚氯乙烯產品的性能也不同 。因此 ,在生產不同型號的產品時, 對配方的管理和加料量精度的控制就顯得尤為重要 。自控系統的高度自動化為配方管理搭建了方便的操作平臺 ,而加料量的控制成為產品合格率的關鍵所在。氯乙烯單體是合成聚氯乙烯的主要原料 , 要想控制好單體的加入量, 選擇何種單體加料流量計是各個生產企業都十分關注的事情。
1、單體加料工藝簡介:
  氯乙烯單體加料工藝流程簡圖見圖 1 。
圖 1  氯乙烯單體加料工藝流程圖
 
圖 1  氯乙烯單體加料工藝流程圖
 聚合釜的進料過程是一個密閉的進料過程,每條聚氯乙烯生產線都有多臺聚合釜,每臺聚合釜的每一次單體加料都有嚴格的配方管理和程序控制,通過程控閥的切斷和調節閥的調節,控制單體的流向、流速和進料量。進料量由單體流量計計量并實時傳送給DCS控制系統,從而地控制整個加料過程。整個管線上串聯安裝 2 臺流量計,其目的是控制加料的精度,通過2 臺流量計實時對比,更好地監測流量計運行情況,并確保 2 臺流量計的視數在一定偏差范圍內。
2、流量計的選擇:
  目前市場上流量計的種類眾多, 生產廠家更是千差萬別 ,尚且還沒有一種流量計或測量方式是對各種流體及流動情況都能適應的。不同的測量方式和結構,要求不同的測量操作、使用方法和使用條件。每種形式的流量計都有其特有的優缺點, 要想用好一臺流量計, 首先要做好流量計的選型工作 。流量儀表的選型主要應從如下 4 個方面考慮 。
(1)介質的性質 。所測介質為氣體 、液體 、固體 、漿料或是氣液混合物等,介質密度、黏稠度 、腐蝕性等。
(2)工藝條件。主要包括流量計的工作壓力、工作溫度等 。
(3)工作環境。主要包括流量計的環境溫度、防護等級、防爆等級、有無強電磁干擾 、有無強輻射、有無強振動等。
(4)測量精度。流量范圍和精度要求是流量計的重要參數, 也是決定流量計價格的決定性因素。
  氯乙烯單體是一種略呈芳香氣味的無色氣體 ,分子式 C2 H3Cl, 相對分子質量 62 .50 , 相對密度0 .910 6(20/4 ℃), 常溫下為氣體 , 有毒 、易燃易爆 ,為儲存或儲運而加壓成液體, 微溶于水, 不宜導電 ,遇光或催化劑會發生聚合并放熱。
  目前,某氯堿發展有限責任公司(以下簡稱神馬氯堿發展公司)共有兩條10 萬 t/a 和一條5 萬t/ a 的 PVC 生產線 , 根據氯乙烯單體的物理性質和聚合反應的單體加料條件,在單體加料流量計的選擇上采用了渦輪流量計和質量流量計兩種類型。實踐證明,這兩種流量計在單體加料管線上的使用都是成功的。

3、兩種流量計的特點及安裝使用:
3 .1、渦輪流量計:
3 .1 .1、渦輪流量計的工作原理:
  渦輪流量計是速度式流量儀表的一種, 又稱為透平流量計 ,是一種葉輪式儀表 ,其工作原理相對簡單 。渦輪流量計本體管道中心安放一個渦輪 ,兩端由軸承支撐 。當流體通過管道時 ,沖擊渦輪葉片 ,對渦輪產生驅動力矩, 使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產生旋轉 。在一定的流量范圍內 , 對一定的流體介質黏度,渦輪的旋轉角速度與流體流速成正比 。
  由此,流體流速可通過渦輪的旋轉角速度而得到 ,從而可以計算出通過管道的流體流量 。同時渦輪的轉速通過安裝在機殼外的傳感線圈來檢測 。當渦輪葉片切割由殼體內磁鋼產生的磁力線時,就會引起傳感線圈中的磁通變化 。傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器 , 對信號進行放大 、整形 ,產生與流速成正比的脈沖信號 ,送入單位換算與流量積算電路得出并顯示累積流量值;同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉換電路 ,將脈沖信號轉換成模擬電流量, 進而指示瞬時流量值。神馬氯堿發展公司采用的是直接將渦輪流量計的脈沖信號送入 DCS 控制系統 ,通過 DCS 系統來顯示和累積流量值 ,從而控制加料過程 。

3 .1 .2、渦輪流量計的特點:
(1)準確度高 。渦輪流量計的準確度在 0 .5 %~ 0 .1 %, 壓力損失較小 ,在線性流量范圍內, 即使流量發生變化, 累積流量準確度也不會降低, 并且在短時間內,渦輪流量計的再現性可達 0 .05 %。在國外液化石油氣 、成品油和輕質原油等的轉運及集輸站, 大型原油輸送管線的首末站都大量采用渦輪流量計進行貿易結算 。
(2)量程比寬 。渦輪流量計的量程比可達 1 ∶50 , 在同樣口徑下 ,渦輪流量計的***大流量值大于很多其他流量計。
(3)適應性強 。渦輪流量計具有較高的抗電磁干擾和抗振動能力 ,性能可靠 ,多是封閉結構 ,其轉速信號是非接觸測量,容易實現耐高壓設計 。
  如果流量計的渦輪和軸承選擇耐高溫、熱膨脹系數小的材料 , 就可以在較寬的溫度范圍內使用。這時,應注意對它的儀表系數進行修正(主要是其流通截面的變化):
  K =K 0[ 1 -(βR +2βH )·(t -to)] ,
  式中:K 、K0 分別為使用時和校驗時的儀表系數, t 、t 0 分別為使用時和校驗時的流體溫度 ,βR 、βH 分別為渦輪和機殼的材料膨脹系數。
(4)數字信號輸出 。
  渦輪流量計輸出為與流量成正比的脈沖數字信號。它具有在傳輸過程中準確度不降低 、易于累積 、易于送入計算機系統的優點(也可以轉換成標準的4 ~ 20 mA 電流信號輸出)。
  總的來說, 渦輪流量計具有結構簡單、加工零部件少 、質量輕、維修方便、流通能力大(同樣口徑可通過的流量大)和適應高參數(高溫、高壓和低溫)等優點,可廣泛應用于石油、有機液體 、無機液體 、液化氣、天然氣 、煤氣和低溫流體等 。
3 .1 .3、渦輪流量計的安裝及使用:
  流量計的安裝情況對流量計的測量準確度影響很大 ,要想發揮渦輪流量計的優點 ,在流量計的安裝及使用上應加以注意 。
(1)流速分布不均和管內二次流的存在是影響渦輪流量計測量準確度的重要因素。所以, 渦輪流量計對上 、下游直管段有一定要求 。對于工業測量 ,一般要求上游 20D(D 為流量計口徑), 下游 5D 的直管長度 。為消除二次流動, ***好在上游端加裝整流器 。若上游端能保證有 20D 左右的直管段, 并加裝整流器 ,可使流量計的測量準確度達到標定時的準確度等級。
(2)渦輪流量計對流體的清潔度有較高要求, 在流量計前須安裝過濾器來保證流體的清潔。過濾器可采用漏斗形的 。
(3)不能有混相流,必須確保通過流量計的液體是單相的 ,必要時在流量計上游加裝消氣器。
(4)為了保證顯示儀表對渦輪傳感器輸出的脈沖信號有足夠的靈敏度, 就要提高其信噪比。為此 ,在安裝時應防止各種電干擾現象, 即電磁感應 、靜電及電容耦合。在配置信號傳輸線時 ,必須注意限制信號線的***大長度(信號線的***大長度為:L =dV ,其中 V 為在***小流量時傳感線圈的輸出電壓有效值,mV ;d 為系數,m/mV ,其值可取 :V <1 000 m V時, d =1 .0 m/m V ;1 000 mV <V <5 000 m V 時 ,d =1 .5 m/mV ;V >5 000 mV 時 , d =2 .0 m/ mV);信號傳輸線應采用屏蔽電纜, 以防來自外部的感應噪聲 ;要求傳輸電纜在顯示儀表端屏蔽可靠接地;傳輸電纜不能靠近強電磁設備, 不允許與動力線平行布置 。
(5)渦輪流量計是一種機械式流量計,必須進行定期的運轉維護 ,由于氯乙烯單體大都有自聚現象 ,管道內壁和流量計內長時間接觸介質, 不可避免地會有自聚物產生 ,所以必須對設備進行定期的檢查和清洗。
(6)渦輪流量計的軸承是***易磨損的部件, 應定期更換 ,一般可根據小流量特性變化來觀察其軸承的磨損情況 ,或者對其進行定期的校準。

3 .1 .4 、運行故障分析:
  故障分析情況見表 1 。
表 1  故障分析情況
表 1  故障分析情況

3 .2、質量流量計:
3 .2 .1、質量流量計的工作原理:
  根據流量管的不同 ,質量流量計主要有 U 形測量管流量計 、S 形測量管流量計、Ψ形測量管流量計 、B 形測量管流量計、雙 J 形測量管流量計、單直管形測量管流量計 、雙直管形測量管流量計、雙環形測量管流量計等(神馬氯堿發展公司使用的是 U 形測量管質量流量計)。無論哪種形式流量管的流量計 ,其質量流量檢測采用的都是科里奧利的基本原理 ,通過直接或間接測量在振動的管道中流動的流體所產生的科氏力從而測得質量流量 。
  一臺質量流量計由傳感器和信號處理變送器兩部分組成 ,傳感器包含流量管、檢測線圈、驅動線圈、溫度傳感器等,驅動線圈使流量管產生恒定振幅的振動 , 流體在振動的管道中流動使恒定的振動發生變化 , 形成科氏力 ,從而使流量管發生扭曲 ,測量管扭曲的程度與流體流過測量管的質量流量成正比, 不同形狀的流量管產生不同性質的科氏力 ,變送器負責將檢測到的流量管運動的相位差信號進行放大、修正 、濾波等轉換成所需要的標準信號傳送出去 。

3 .2 .2、質量流量計的特點:
(1)精度***高 。質量流量計是目前公認的精度***高、重復性***好的一種流量計, 精度等級大于 0 .2 %, 一般為0 .15 %, 多用于貿易結算和高精度測量 。
(2)穩定性好 。質量流量計內部無機械傳動機構, 儀表從出廠到使用過程中都有良好的穩定性 ,使用壽命長, 明顯優于其他傳統儀表 。
(3)便于維護。質量流量計無可動部件, 流量管內無障礙物, 性能穩定,故障率低,無需經常維護。
(4)應用范圍廣 。測量方便, 配合數字化顯示儀表,方便顯示流體的在線測量值及溫度 、密度值等, 可測量多個參數 ,應用于多種行業 。
(5)受介質制約因素少。介質的密度 、黏度、溫度、壓力 、電導率等特性對測量結果影響小 ,安裝時無上下直管段要求。
(6)體積較大。質量流量計的測量原理決定了測量系統的復雜性,科氏力是一個十分微小的變化力,為地測量其相位差 ,需放大其流量管長度,這樣就造成其體積較大 。目前質量流量計正在向精小型發展。
(7)價格偏高。特殊的結構、良好的測量精度決定了其高昂的價格 ,一次性投入較大,但長期的使用壽命和低廉的維護成本大大提高了其性價比 。

3 .2 .3、質量流量計的安裝及使用:
  質量流量計是一種精密的流量儀表 ,在安裝及使用過程中應特別注意以下 4 點。
(1)注意流量計的安裝方式 。安裝時應采取外殼向下安裝,這樣可以避免有氣體聚集在傳感器內 ,影響測量 ;只有在測量氣體介質時才采取外殼向上安裝的方式,這樣可以避免液體滯留在振動管內, 影響測量精度。
(2)質量流量計對外界的振動干擾比較敏感, 安裝時流量管道應保持水平, 并且盡量把流量計安裝在較低處 ,同時應對管道做加固處理,以確保管道盡可能地減少振動 。
(3)傳感器的安裝位置應盡量遠離電磁干擾, 同時遠離加料泵,距離至少在 10 m 以上。
(4)在初次安裝和大修拆裝 、送檢后 , 都要對質量流量計進行滿管清零 ,以確保計量的準確度。

3 .2 .4 、運行故障分析:
  質量流量計一般很少出現故障 ,但是若管理不善 ,也會產生一些故障 ,從變送器的表頭錯誤代碼即可判斷故障原因。
(1)Drive Overrange 或 Input Overrange:即變送器中產生錯誤輸出, 流速超出傳感器量程 。應檢查傳感器與變送器之間的線路是否正常 , 依次檢查驅動線圈是開路或是短路 、檢測線圈是開路還是短路 。
(2)Sensor Error :即電纜出現問題 , 檢查檢測線圈是開路或是短路。
(3)Power Reset :電源出現故障 ,監測電源系統是否正常。
(4)Zero Too High 或 Zero Too Low :表示零點偏移太大 ,應確保在流體完全終止流動時調校零點 。儀表的智能化顯示為生產維護提供了良好的監測平臺 ,通過不同的故障提示, 使人們能夠方便、快捷地查找故障原因 ,從而提高了工作效率 。

4、結語:
  綜合某氯堿發展公司多年來的使用經驗 ,在單體加料流量計的選擇上 ,無論是渦輪流量計還是質量流量計都是實用的。渦輪流量計結構簡單、價格便宜 ,但存在機械磨損, 需要定期維護 、更換易損部件;質量流量計價格昂貴 ,但性能穩定, 維護量小。各個廠家在流量計的選擇上應綜合企業的實際情況 ,選擇一種適合自身現狀的流量計 。


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