[摘要]針對氯化反(fan)應産(chan)物的(de)強腐蝕、易(yi)堵塞(sai)管道(dao)、低電導率(lü)和低流速等特性，分(fen)析(xi)了曾采(cai)用過的幾種流(liu)量測控儀表 的(de)缺陷:介(jie)紹(shao)了超聲流(liu)量計的工(gong)作原理及(ji)其在(zai)氯化反(fan)應(ying)産物(wu)流量測控(kong)中的(de)優勢(shi)。
　　氯與烯烴(ting)類物質反(fan)應的(de)産物(以下稱氯(lü)反應物)是(shi)一-類(lei)重要化學品中(zhong)間體,也(ye)是(shi)生産(chan)氯氟(fu)烴替代品(pin)的主(zhu)要(yao)原(yuan)料。随着社會經濟的(de)發展和人(ren)民生(sheng)活水(shui)平的(de)不斷(duan)提高,氯反(fan)應物(wu)在醫藥、化工、染(ran)料等(deng)領域(yu)将會占有(you)越來越重(zhong)要的地位(wei)。在生産過(guo)程(cheng)中氯反(fan)應物流量(liang)參數(shu)是生(sheng)産工序中(zhong)一項重要的測(ce)控數(shu)據，然(ran)而由(you)于氯反應(ying)物的強腐蝕性(xing)、低電(dian)導率(lü)、易堵塞管(guan)道及(ji)工(gong)藝上的(de)低流量等特點(dian),使得(de)氯(lü)反應物(wu)流量(liang)測控多年(nian)來-直(zhi)存在(zai)諸多(duo)問題(ti)。儀表(biao)技術人員(yuan)曾(ceng)嘗試過(guo)使用多(duo)種流量(liang)測量(liang)儀表,也爲(wei)此付出了大量的人(ren)力(li)和财力(li),但都(dou)因出現的(de)種種(zhong)問(wen)題不能(neng)滿足生産上的需要(yao)而以失敗(bai)告終,因此(ci)氯反(fan)應物(wu)流量(liang)測控(kong)問題一(yi)直(zhi)都沒有得(de)到根本性(xing)解決。
1氯反(fan)應物(wu)流量(liang)測控失敗(bai)的原因
1.1電磁流(liu)量計
　　由(you)于 電磁(ci)流量(liang)計(ji) 對(dui)被測(ce)液體(ti)有(you)技(ji)術要(yao)求，即被測(ce)液體(ti)的電導率(lü)不能(neng)低于電磁(ci)流量(liang)計規(gui)定的阈值(zhi)，否則不能正常(chang)進行(hang)測(ce)量。通用(yong)型電磁流(liu)量計(ji)對被測(ce)液(ye)體電(dian)導率(lü)規(gui)定的阈值根(gen)據(ju)不(bu)同的(de)型号(hao)而(er)異，一般(ban)在5×10-6~10-4S/cm之間;使用時(shi)還取決于(yu)傳感器間流(liu)量(liang)信号(hao)線長(zhang)度及(ji)其分(fen)布。而非接(jie)觸電(dian)容耦(ou)合(he)大(da)面積(ji)電極(ji)的電磁流(liu)量計則可測電導率(lü)低至(zhi)(1~5)×10-8S/cm。考慮(lü)到氯反(fan)應物屬于低電導(dao)率液(ye)體，浙(zhe)江巨化股份有(you)限公司電(dian)化廠(chang)(以下簡稱“巨化(hua).電(dian)化廠”)選(xuan)用的是 電(dian)容式(shi)電磁流量(liang)計 ，但(dan)是在(zai)實際使用中還是不能正(zheng)常工(gong)作(zuo),示(shi)值經(jing)常大(da)幅跳動或(huo)流量時有(you)時無。經檢(jian)查(cha),流(liu)量計(ji)的安裝符(fu)合要求，液體等(deng)電位(wei)接地良好(hao)，電纜(lan)絕緣(yuan)等(deng)都不存(cun)在問(wen)題。由(you)于查(cha)不到(dao)氯(lü)反應物(wu)的電導(dao)率(lü)數據(ju),分析(xi)主(zhu)要(yao)還是(shi)氯反應物(wu)電導(dao)率低于或接近(jin)于規定的阈值導緻(zhi)上(shang)述問題(ti)。盡管電(dian)磁(ci)流量(liang)計傳(chuan)感器(qi)内無(wu)可動部件，也是測量導(dao)電流體(ti)較好(hao)的流量儀(yi)表，但是用(yong)于測(ce)量氯反應(ying)物這(zhe)種電(dian)導率(lü)很低(di)或處于(yu)臨(lin)界狀态的流(liu)體(ti)流量(liang)還是不太(tai)适合。
1.2遠傳(chuan)浮(fu)子流量(liang)計
　　浮子(zi)流(liu)量計(ji) 又稱 轉子(zi)流量(liang)計 ，盡(jin)管其(qi)測量(liang)精度較低,但是(shi)它适用于低雷(lei)諾數(shu)和(he)小流量(liang)測量(liang),某種形狀(zhuang)的浮(fu)子(zi)甚至對(dui)流體的最(zui)小雷諾數要(yao)求達到(dao)40,這兩(liang)個技(ji)術特性比較(jiao)适(shi)合氯(lü)反應物流(liu)體的特點(dian)。考慮到介(jie)質的強(qiang)腐(fu)蝕性(xing)，巨化電化廠曾(ceng)選用襯聚(ju)四氟(fu)乙烯的遠(yuan)傳浮(fu)子流量(liang)計(ji)測量(liang)氯反(fan)應物(wu)流量(liang),但是(shi)由于(yu)氯反(fan)應物(wu)是含(han)有多(duo)種成分(fen)的(de)易堵(du)塞流體，而(er)浮子(zi)流量計要求被(bei)測流(liu)體應爲清(qing)潔的流(liu)體,所以在使(shi)用過(guo)程中(zhong)還是(shi)發生(sheng)了浮子在(zai)錐形(xing)管腔(qiang)體被卡堵等問題。盡(jin)管(guan)将(jiang)流量(liang)計拆(chai)下清理重新組(zu)裝後仍可(ke)使用(yong),但(dan)是使用不久(jiu)又(you)會(hui)被堵(du)塞。而(er)且在(zai)線拆卸清(qing)理(li)還需要(yao)在工(gong)藝管道設置旁路管線及(ji)閥門(men)等,這(zhe)些不僅受(shou)到現場空(kong)間及(ji)成本(ben).上的限制(zhi),還存在着(zhe)對生産(chan)的影響和操作(zuo).上(shang)的不(bu)方便(bian)等問(wen)題。由(you)于浮(fu)子流量計(ji)傳感器(qi)内(nei)有可(ke)動部(bu)件，在測量(liang)含有易(yi)堵塞流(liu)體時(shi)容易發生(sheng)堵塞，因(yin)此(ci)采用(yong)浮子(zi)流量計還(hai)是不(bu)能滿足連續穩(wen)定(ding)生産測(ce):量的需(xu)要(yao)。
1.3質量(liang)流量(liang)計
　　依據科(ke)裏奧利(li)原(yuan)理的(de)質量流量計是(shi)一-種(zhong)具有(you)精度(du)高、量(liang)程比寬、無(wu)直管(guan)段要求、無需補(bu)償的直接(jie)式質(zhi)量流(liu)量計(ji)，盡管(guan)其價格昂(ang)貴,但(dan)是爲(wei)了能(neng)找到(dao)-一種适合(he)測量氯(lü)反(fan)應物流量的(de)儀表，巨(ju)化電化廠(chang)也曾選用(yong)了質量流(liu)量計來進行測量試驗。爲(wei)了防(fang)止介質對(dui)流量(liang)計的(de)腐蝕(shi),供應(ying)商提供了(le)内襯(chen)PFA的質量流量計(ji),但在(zai)使用(yong)過程(cheng)中還(hai)是出現了(le)問題。内襯(chen)PFA雖在防止介(jie)質腐蝕(shi)方面起(qi)到(dao)了一(yi)-定作(zuo)用,但(dan)是由(you)于傳(chuan)感器(qi)口徑(jing)較小(xiao)，且(qie)液體流(liu)量測控需(xu)要傳(chuan)感器(qi)朝下(xia)安裝(zhuang),因生産中(zhong)氯反應物(wu)流體有時(shi)處于間斷(duan)流動(dong)狀态(tai)，這就導緻(zhi)了在實(shi)際使用(yong)過程(cheng)中(zhong)出現了(le)傳感(gan)器流(liu)通管内沉積(ji)結垢而(er)局部(bu)堵(du)塞(sai)和示(shi)值誤(wu)差問(wen)題,在(zai)選用(yong)測(ce)量氯反應物(wu)流(liu)量(liang)時最(zui)終還是被(bei)淘汰(tai)了。
1.4差(cha)壓(ya)式(shi)流量(liang)計口
　　差壓類流(liu)量計是流(liu)量計(ji)範疇(chou)内品(pin)種最多的(de)流量儀表(biao),巨化電化(hua)廠曾使用(yong)過(guo) V 錐流量(liang)計 、 阿牛巴(ba)流量(liang)計 等(deng)。由于差壓(ya)類儀表屬于受限于(yu)雷(lei)諾數的(de)儀表,必須(xu)要先看是(shi)否滿(man)足儀(yi)表的技(ji)術(shu)特性(xing)要求(qiu)。以(yi)DN50管(guan)徑的(de)氯反應物最大(da)流量(liang)8m3/h、最小流量(liang)0.5~1m3/h來分析是否滿(man)足儀(yi)表的(de)要求(qiu)。根據上述(shu)最小(xiao)流量(liang)0.5~1m3/h時，計算得(de)到對(dui)應的(de)雷諾(nuo)數爲4000~6800(黏度μ=1.5mPa·s),盡管(guan)V錐流(liu)量(liang)計(ji)是下限要求(qiu)較低的(de)儀表(biao),其下(xia)限雷(lei)諾數(shu)也要達到(dao)≥8000才能正(zheng)常(chang)工作(zuo),而阿(a)牛巴(ba)要求(qiu)的下(xia)限遠(yuan)高于(yu)V錐流(liu)量計。所以(yi)當流量較(jiao)小時(shi)，DN50管道(dao)由于受限(xian)于雷(lei)諾數(shu),差壓(ya)類流(liu)量計不能(neng)正常(chang)工作(zuo)。
　　再看(kan)差壓(ya)變送器實(shi)際測量(liang)時的不(bu)确定度。以V錐流(liu)量計爲(wei)例(li)，當孔(kong)闆内(nei)外徑(jing)之比(bi)β取0.6、測量(liang)管(guan)内徑(jing)爲50mm時(shi)，對應最大(da)流量(liang)8m'/h差壓(ya)量程(cheng)上限(xian)爲9kPa,采(cai)用精(jing)度等(deng)級爲0.075的 差壓變送(song)器 ,依據(ju)下式計(ji)算可得(de)到在(zai)小流(liu)量0.5~1m3/h時(shi)差壓變送(song)器的實際(ji)測(ce)量(liang)不确(que)定度(du)的大(da)小。

　　式(1)中:E-差(cha)壓實際測(ce)量的不确(que)定度;ξsρ---差壓(ya)變(bian)送(song)器的(de)準确(que)度等(deng)級;△p:一差壓(ya)變(bian)送器上(shang)限值(20mA輸出對應(ying)差壓(ya)值),Pa(或(huo)kPa);△p:一差(cha)壓實際值(zhi)，Pa(或kPa)。
　　在小流(liu)量1m3/h時，節流(liu)件産生(sheng)的(de)差壓(ya)值爲0.14kPa,帶入(ru)式(1)得(de)到差壓變(bian)送器(qi)實際(ji)不(bu)确(que)定度(du)爲3.2%;在流量(liang)0.5m3/h時，差壓爲(wei)0.035kPa,差壓變送(song)器實(shi)際不确定(ding)度爲(wei)12.9%。盡(jin)管采用(yong)精度(du)等(deng)級(ji)爲0.075的(de)差壓變送器,但(dan)在小流量(liang)時整(zheng)個測量(liang)系統實(shi)際精度太(tai)差,這(zhe)是差(cha)壓類流量(liang)計不能正(zheng)常工(gong)作的(de)原因。
2選擇(ze)測量控制(zhi)方案(an)0
2.1超聲(sheng)流量計
　　根(gen)據氯反應物流(liu)量測控(kong)中(zhong)出現(xian)的上述問(wen)題，在(zai)與生(sheng)産 超聲流(liu)量計 的廠家進行了(le)廣泛(fan)的技(ji)術交流(liu)後(hou)，初步了解(jie)到針對氯(lü)反應物(wu)流量測(ce)控難(nan)點(dian),可以采(cai)用不受流體物性和(he)性(xing)狀(zhuang)影響(xiang)、傳感器内無可(ke)動部件的超聲(sheng)流量(liang)計進(jin)行測(ce)量。
　　超聲波在流(liu)動的流體(ti)中傳(chuan)播時(shi),順流方向(xiang)聲波(bo)速(su)度(du)會增(zeng)大，逆(ni)流方(fang)向則(ze)減小,同(tong)一(yi)傳播(bo)距離(li)就有不同(tong)的傳播時(shi)間。順流傳(chuan)播(bo)的時間(jian)與逆流(liu)傳播的時間(jian)之差與被(bei)測流(liu)體的(de)流速(su)有關(guan)，據此求出(chu)流體(ti)的(de)流(liu)速超(chao)聲流量計工作(zuo)原理(li)示意圖如(ru)圖1所示。

　　設(she)流體(ti)在管道中流動(dong)的速度爲?,聲波(bo)在流體(ti)中(zhong)傳播(bo)的速(su)度(du)爲c,聲道(dao)傳播(bo)角(jiao)度(du)爲?,則(ze)聲波(bo)在(zai)兩(liang)個傳(chuan)感器A、B間順(shun)流傳(chuan)播時(shi)間與(yu)逆流(liu)傳播(bo)時間(jian)分别(bie)如”下(xia)。

　　式中(zhong):tAB;一超(chao)聲波(bo)順流(liu)傳播的時間;tBA一超聲(sheng)波逆流(liu)傳(chuan)播的時間(jian);L一上下遊(you)傳感器(qi)A、B間的聲(sheng)長度(du)。
　　從(cong)式(4)可以(yi)求得(de)流體的流(liu)速，進(jin)而得(de)到流(liu)體在(zai)管道中的流量。在(zai)求得的(de)流體速(su)度(du)計算(suan)式中(zhong),聲波(bo)速度(du)c在方程(cheng)中消失了，流(liu)體(ti)流速僅(jin)由固定距(ju)離L的(de)傳播(bo)時(shi)間得出(chu),從而消除(chu)了流(liu)體溫度(du)、壓力和(he)流體組(zu)成(cheng)等因(yin)素對流(liu)量(liang)計測(ce)量的(de)影響(xiang)。
2.2使用(yong)效果(guo)
　　對(dui)于氯反(fan)應物流量(liang)的測(ce)量,鑒于以(yi)前也(ye)曾多(duo)次得(de)到過其他流量(liang)計廠(chang)家産品可靠的承諾(nuo),所(suo)以決定(ding)先采，用(yong)手持式(shi)超聲流(liu)量計現(xian)場進行測(ce)控試(shi)驗,若(ruo)測(ce)控效果(guo)和數(shu)據可(ke)靠,再陸續(xu)改(gai)造。經過(guo)約半年時(shi)間的現場實際測量(liang)考驗,流量測控(kong)參數(shu)穩(wen)定可靠(kao),完全符(fu)合(he)生産(chan)工藝(yi)的需(xu)要。根(gen)據這種(zhong)情(qing)況，生(sheng)産中(zhong)陸續采用(yong)了多台固定式(shi)超聲流(liu)量(liang)計，至(zhi)今測量穩(wen)定,并(bing)且能(neng)夠實現氯(lü)反應器(qi)的(de)參數(shu)自動(dong)比值調節(jie)。經驗證，超(chao)聲流(liu)量計(ji)還用于其(qi)他裝(zhuang)置氯(lü)化反(fan)應物液(ye)體的流(liu)量測量(liang)，均(jun)取得(de)較好的測量效(xiao)果。
3結語
　　 超聲流量計(ji)在(zai)特(te)殊化(hua)工生産過程中(zhong)提供(gong)了可靠的(de)計量和調節參(can)數,爲确(que)保生産(chan)的長期穩定作(zuo)出了(le)貢獻,并減(jian)少了企(qi)業(ye)衆多的人(ren)力資源浪(lang)費與财力(li)損失(shi)。

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