摘要:在(zài)三聚氯氰生(shēng)産過程中,需(xu)正确地測量(liàng)進聚👣合反應(ying)器的氯化氰(qing)單體的流量(liang)。介紹了常用(yòng)的測量儀表(biǎo)及存在的不(bú)足,針對氯化(hua)氰單體流量(liàng)測量時,存在(zai)的結晶和結(jie)垢物堆積問(wèn)題,提出一種(zhǒng)耐腐蝕抗結(jie)晶彎管流量(liang)計的方案🎯。闡(chan)述了該流量(liàng)計測📞量原理(li)、影響測量補(bǔ)償問題以及(jí)儀表安裝注(zhu)意事項。實際(jì)應用表明:該(gāi)流量計具有(yǒu)耐腐蝕性、抗(kàng)結晶能力,穩(wen)定性好、可📞靠(kào)性高等特點(diǎn),能夠适應嚴(yán)酷的工藝條(tiao)件,滿足生産(chan)要求。對于與(yu)氯化氰氣體(tǐ)具有⛱️相似特(tè)性的介質,有(yǒu)借鑒意義。
三(sān)聚氯氰是一(yī)種重要的精(jing)細化工産品(pǐn),具有廣泛的(de)用途🔴,主要用(yòng)作農藥工業(yè)的中間體,是(shì)活性染料💋的(de)原💜料。在三聚(jù)氯氰生産過(guò)程中,需要正(zhèng)确地測量進(jin)聚合反應器(qì)的氯化👌氰單(dan)體的流量🌈。氯(lǜ)化氰流量的(de)測量難度在(zài)于介質遇水(shui)分解爲鹽酸(suān),具有腐蝕性(xìng)。該介質沸點(diǎn)較低,而且與(yǔ)熔點靠得很(hěn)近,極易液👅化(huà)和結晶而堵(dǔ)塞流量傳感(gan)器差壓信号(hao)傳輸通道甚(shen)至堵塞節流(liu)件本身。在工(gōng)藝流程🍓中,進(jin)入反應器的(de)氯化氰的溫(wēn)度需嚴格控(kòng)制在環境溫(wēn)度以上的适(shi)當數值,氣體(ti)處于過熱狀(zhuang)态。但在寒冷(leng)冬季,管道🈚自(zi)然散熱以及(ji)一些其他因(yīn)素會使某些(xiē)部位的氣體(ti)低于最佳溫(wen)度。如果流🌈程(chéng)短時停車,則(ze)會使局部溫(wēn)度進人飽和(hé)狀态,甚至.使(shi)氯🐆化氰結爲(wèi)固體,粘附在(zài)儀表及管道(dao)内壁等部位(wèi),影響流量測(ce)量。
氯化氰氣(qì)體物性很特(te)殊,在大氣壓(ya)力條件下,溫(wen)度☁️爲13.1°C就凝✂️結(jie)爲液體,溫度(du)低于6.5°C就結晶(jīng),因此,操作時(shí)須⛷️時刻注意(yì)溫度的變化(hua)。
1腐蝕性介質(zhì)流量測量現(xiàn)狀
1.1現有儀表(biao)測量腐蝕性(xing)介質的不足(zú)
解決腐蝕性(xìng)介質對儀表(biǎo)的腐蝕的方(fāng)法,幾十年來(lái)一🌈直成爲很(hěn)多課題”。對于(yu)腐蝕性氣體(ti)的流量測量(liàng),常年以來一(yī)直采用标準(zhǔn)孔闆,但是早(zao)期的
差壓變(bian)送器
,還沒有(yǒu)解決耐強腐(fǔ)蝕問題,儀表(biao)用戶隻能采(cǎi)用隔離⭐液将(jiāng)差壓變送器(qì)的敏感元件(jiàn)與腐蝕性介(jiè)質隔開。該❌方(fang)法存在🤟風險(xiǎn)🐅,由于操作失(shi)當或隔離液(yè)洩漏導緻隔(ge)離液損失,進(jin)而📐引發測量(liàng)誤差,甚至引(yin)起腐蝕性介(jiè)質侵入變送(song)器,以緻儀表(biao)損壞。
自從钽(tan)膜片、
法蘭膜(mo)片隔離式差(chà)壓變送器
、壓(yā)力變送器使(shi)用後,大多已(yǐ)放棄用隔離(li)液防腐蝕☀️的(de)方法,而采用(yong)既有效又可(ke)靠的钽膜片(pian)隔離的方法(fǎ)”。例如在♊三聚(jù)氯氰🏒過程中(zhōng),采用内襯聚(ju)四氟乙烯(PTFE)管(guan)道,流量測量(liàng)方案是在内(nèi)襯🚩PTFE法蘭之間(jian),夾上一片哈(hā)氏C材質♍的标(biao)準孔闆,在孔(kong)闆前後的管(guǎn)道上,預留好(hao)DN50(或DN80)法蘭管口(kou),然後安裝
法(fǎ)蘭膜片(钽膜(mó)片)隔離式差(cha)壓變送器
即(ji)可。壓力測量(liang)方法與差壓(yā)測量相似,但(dan)是運行結果(guo)表明,該🔴方法(fa)對于測量氯(lǜ)化氰流量有(yǒu)一些不足。因(yīn)爲使用一段(duan)時間後,在孔(kong)闆前後的邊(bian)緣處以及差(cha)壓變送器的(de)膜片上🌂會結(jié)滿晶體和自(zi)聚固态物質(zhì),所以造成無(wú)法使用。耐腐(fu)蝕
孔闆流量(liang)計
的安裝結(jié)構如圖1所示(shi)。
經分析,自聚(ju)物堆積堵塞(sāi)的原因是孔(kǒng)闆等死角處(chù)流體流速太(tài)低,給黏稠的(de)固态物質的(de)沉積創造了(le)條件。而隔💋離(li)膜片表面結(jie)晶,則是因爲(wei)變送,器測量(liang)頭是一個尺(chi)寸較大的金(jin)屬塊,而且被(bei)置于法蘭管(guan)口處,環境溫(wen)度較低時膜(mo)片溫度太低(di),容👅易造成結(jie)晶。
爲了改變(bian)孔闆前後聚(jù)積結晶物的(de)問題,曾經試(shi)用
楔形流量(liàng)計
來測量腐(fu)蝕性介質流(liú)量。死角的聚(jù)積物狀況雖(suī)比孔闆方法(fǎ)好一些,但是(shì)仍然存在的(de)。随應用時間(jian)的延長,結晶(jīng)物堆積仍然(rán)很嚴重,因此(ci)也不能長時(shi)間使用。
1.2聚積(jī)物對流量測(cè)量的影響
安(an)裝在工藝管(guǎn)道上的孔闆(pan)節流裝置、楔(xiē)形流量傳感(gan)器以㊙️及⁉️法蘭(lán)膜片隔離式(shì)差壓變送器(qì)測量頭,在工(gong)況條件下使(shǐ)用一☂️段時間(jiān)後,就會在法(fǎ)蘭膜片上❌積(ji)滿結晶體及(jí)自聚生成污(wū)垢,在所有的(de)邊緣處,也都(dou)堆積了聚積(jī)物,使流體的(de)流路偏離了(le)正确的軌迹(jì),從而導緻傳(chuán)感器的流量(liàng)系數發生變(biàn)化,産生測量(liàng)誤差。因爲法(fa)蘭膜片積滿(mǎn)結晶體和污(wu)垢後,就失去(qu)了壓力傳遞(di)的靈敏度,以(yi)緻在結垢初(chū)期,表現爲流(liu)量示值的漂(piao)移,随🎯着結垢(gòu)程度的加重(zhòng),流量計顯示(shì)的流量值完(wan)全不随管道(dào)内流體流量(liàng)的變🤟化而🧡變(biàn)化。這些結晶(jīng)體雖然從🎯儀(yí)表維修的角(jiao)度可以想辦(bàn)法清除,但是(shi)有兩個困難(nan):一是邊緣處(chù)很難清理幹(gan)淨;二是隔離(lí)膜片太薄,大(da)約隻有100μm,又布(bù)滿環形波紋(wén),清理時易變(biàn)形損壞。所以(yǐ),上述測量✌️儀(yí)表因維修難(nán)度大而棄之(zhi)不用。
2耐腐蝕(shí)抗結晶彎管(guan)流量計的研(yán)發
因爲流量(liang)測量的多樣(yang)性和流體的(de)複雜性,一.直(zhí)以來流量測(cè)💯量都是一個(ge)業界難題。耐(nài)腐蝕抗結晶(jīng)彎🎯管流量計(ji)就是針對複(fu)雜流體而研(yan)發的。
2.1彎管流(liu)量計工作原(yuan)理
彎管流量(liàng)計由一個90°彎(wān)管(傳感器)和(hé)差壓變送器(qi)等🔆組成👨❤️👨,結構(gòu)🤩如圖2所示。彎(wan)管流量計是(shi)利用流體流(liú)過90彎管時,由(you)🌐于受到角加(jiā)速度的作用(yòng)而産生離心(xin)力,使彎管的(de)外側管壁壓(yā)力p:增加,從而(ér)與🥵彎管的内(nèi)側⛷️管壁壓力(li)p2之間形成壓(yā)差△p,壓差的平(ping)方根與流量(liàng)成✉️正比。
在式(shi)(1)和式(2)中,由于(yú)R和D的實際值(zhí)與名義值之(zhi)間都有👈一-定(ding)偏差,取壓孔(kong)位置與理想(xiang)位置之間也(ye)會有微小的(de)偏差🙇♀️,所以,如(ru)果不經實流(liú)标定,隻能得(de)到約4%的不确(què)定度,。爲此☀️,儀(yi)表出庫之前(qian)🧑🏽🤝🧑🏻,必須做實流(liú)标定得💯到流(liu)量系數α的值(zhi),如式(3)所示:
儀(yí)表廠商給出(chū)标定時使用(yong)的R和D,則根據(jù)測量到的△p和(he)ρ,α就可計算得(de)到qv或qm。
2.2溫度和(hé)壓力影響的(de)補償
從式(1)和(hé)式(2)可知,流量(liang)示值都與ρ成(cheng)對應的函數(shù)關系,而當被(bèi)🏒測流體爲氣(qì)體時,ρ又與工(gong)況條件下的(de)流體溫度、壓(ya)力成對應的(de)函數關系。在(zài)壓力較低時(shi),一般可用理(li)想氣體方程(cheng)描述,如式(4)所(suo)示:
式中:ρf一實(shi)際工況下氣(qi)體密度,kg/m3;pf一實(shi)際工況下流(liu)體絕對壓力(lì),MPa;pn一标準狀态(tài)下流體絕對(dui)壓力,MPa,取值爲(wèi)0.101325MPa;Tn一标準狀态(tài)下熱力學溫(wēn)度,K,取值爲293.15K;TF一(yī)實際工況下(xià)熱力學溫度(du),K;ρn一标準狀态(tai)下氣體密度(dù),kg/m3。
在工況條件(jiàn)下,應用式(4)補(bu)償被測氣體(ti)溫度、壓力變(bian)化引起氣體(tǐ)密度變化對(dui)流量測量結(jie)果的影響。溫(wēn)度一般用
鉑(bó)熱電阻溫度(du)傳感器
測量(liang),壓力由壓力(li)變送器測量(liàng),由于該傳感(gan)器、變送器般(ban)與被測流體(tǐ)接觸,所以必(bi)須解決耐腐(fu)蝕和防堵的(de)問題。
2.3雷諾數(shu)補償
在式(3)中(zhong),a不僅與彎管(guan)流量傳感器(qi)的幾何尺寸(cun)有關💋,還與C有(yǒu)關。而💔C并不是(shì)一個真正的(de)常數,其數值(zhi)要受到測量(liang)管内流體雷(léi)諾數(Rep)的影響(xiang),所有的差壓(yā)流量計都存(cun)在這種影響(xiǎng),而💃🏻且影響的(de)程度㊙️各不相(xiàng)同。在流量計(jì)流💋量測量範(fan)圍内,Rep又是變(bian)化的,所以必(bì)須對全量程(cheng)範圍内的ReD.變(bian)化進行在線(xiàn)補償,才能保(bǎo)證流量測量(liàng)的JIGNDU。标準GB/T2624.2--2006《用安(an)裝在圓形🧡截(jie)面管道中的(de)差壓裝置測(cè)量滿管流體(ti)流量》中,給出(chu)了
标準差壓(yā)流量計
C=ƒ(ReD)表達(dá)式。但是彎管(guan)流量計屬于(yu)非标準差壓(yā)流量計,沒🐅有(you)現成的補償(cháng)模型,所以必(bì)須另想解決(jue)方法。
解決該(gāi)問題有兩種(zhǒng)方案:一種是(shi)通過大量實(shi)驗獲得數據(jù)自🌈行建模;另(lìng)一種是整機(ji)校驗後,對各(gè)試驗🔅點的示(shì)值誤差用折(shé)線法逐點校(xiào)正,從而保證(zheng)整套流量計(jì)精準可靠。
在(zài)兩種方案中(zhōng),第一種方案(an)要投入大量(liang)的人力和财(cái)力,而且解決(jué)的是局部問(wen)題,解決之後(hou),由于其他因(yin)素的影響,整(zhěng)套流量計的(de)誤差有可能(néng)較大;而第二(er)種方案由于(yú)非标準流量(liàng)計總是需❤️要(yao)實流标定這(zhè)道工序,則在(zài)校驗得到各(ge)試驗點誤差(chà)後,用折線法(fa)進行在線校(xiào)正,既不增🐇加(jiā)成本又直觀(guan)明了,整套流(liu)量計準确度(dù)又更有保證(zhèng)。采用的是第(di)二種❗方案🌂,用(yong)10段折線法實(shi)現ReD影響校正(zhèng)。典型樣機全(quan)量程範圍内(nei)的校驗點誤(wù)差和⭕校正曲(qu)線如圖3所示(shi)。
實驗表明,當(dang)Rep≥7X103時,a具有較高(gao)的線性度。如(rú)果具體的測(cè)量♊對象由于(yú)管内氣體流(liu)速太低導緻(zhì)Rep太小,則可适(shi)當縮小管徑(jing),使ReD增大。
典型(xíng)彎管流量計(jì)在空氣流量(liang)标準裝置上(shang)的校驗記錄(lu)見🔞表1所列。由(yóu)表1可知,當儀(yi)表在配套校(xiao)驗後配🌐套使(shi)用的條件下(xia),能💋得到±1.5%的準(zhǔn)确度,甚至更(gèng)高。
2.4密度差異(yì)的處理
在氣(qi)體流量測量(liàng)過程中,被測(ce)氣體的種類(lèi)很.多,氣體的(de)性質差異也(yě)很大,其中對(duì)測量準确度(dù)影響最大的(de)是氣體密度(dù)。在流量計做(zuo)實流校驗或(huo)校準時,一般(ban)流量标準裝(zhuang)置除了空氣(qì)介質之外,還(hái)有天然氣。那(nà)麽就出現了(le)一個問題:在(zài)空氣流量标(biao)準裝置上校(xiao)準合格的流(liú)量計,用來測(cè)量氯化㊙️氰流(liú)量是否👨❤️👨準确(què)?要回答該問(wen)題需要借助(zhu)⭐式(2),從上述的(de)原理分析,用(yong)同一套彎管(guan)流量計測量(liàng)不同💃種類的(de)氣體,由于物(wù)性的差異,将(jiāng)會👄使式(2)中的(de)C和ρ有變🚶♀️化,其(qí)中對C的影響(xiang)是微小的,可(kě)予以❄️忽略,而(ér)ρ的變化對測(ce)量結果的影(yǐng)響不能忽略(luè),可用式🛀(5)予以(yi)換算。
式中:qmmax一(yi)實際使用介(jie)質對應的流(liú)量上限,kg/s;ρd一設(shè)計工況條件(jian)下介🧡質密度(dù),kg/m3;ρ'一設計工況(kuang)條件下校準(zhǔn)介質👄密度,kg/m3;q'mmax校(xiào)準介質🌂對應(yīng)☀️的流量上限(xiàn),kg/s。
以某台氯化(huà)氰流量計校(xiào)準爲例:qmmax=604kg/h,常用(yòng)工況下表壓(ya)💁爲p1=10kPa,溫度t=45°C,對應(ying)的ρd=2.7820kg/m3,由于幹空(kong)氣在該工況(kuang)條件下,ρ'=1.2198kg/m3,所以(yi)🌈在空⛱️氣流量(liang)标準裝☁️置上(shang)🍓校準,流量上(shàng)限q'mmax=400kg/h。
2.5取壓口的(de)設計與耐腐(fǔ)蝕問題的解(jiě)決
根據GB/T2624.1--2006《用安(ān)裝在圓形截(jie)面管道中的(de)差壓裝置測(cè)量滿管流體(tǐ)流量第1部分(fen):一般原理和(he)要求》中,對差(cha)壓式流量傳(chuan)感器的差壓(yā)信号取壓孔(kǒng)作了下述規(guī)定:形狀呈🌂圓(yuan)形,不💃🏻得有毛(máo)邊和卷口。取(qǔ)壓孔直徑應(ying)小🌈于管道内(nèi)徑的0.13倍,孔徑(jing)太大,在♻️流體(ti)流過取壓孔(kong)時🐉容易産生(sheng)渦流而引起(qǐ)差壓測量誤(wù)差,而孔徑太(tai)小,對于耐腐(fu)蝕彎🌈管流量(liàng)傳感器來說(shuo),又使噴塑施(shī)工産生困難(nan),因此設🌈計時(shí)應🌈在執行标(biao)準的同時兼(jian)顧可行性。
對(duì)于噴塑管上(shàng)的取壓孔,需(xu)要關注的是(shi)噴塑層的厚(hou)度及均勻性(xìng),如果金屬孔(kǒng)存在90°銳緣,則(zé)在銳緣處形(xíng)成的PTFE保護層(ceng)就會很薄,而(er)且附着得不(bu)夠牢固,使用(yong)時間🔞久後容(róng)易破損。爲了(le)解決該問題(ti),金屬管圓筒(tǒng)形開孔與管(guǎn)道内外壁相(xiàng)交處,加工成(chéng)90°圓弧,圓弧🛀🏻的(de)曲率半徑應(ying)盡可能大。取(qu)壓孔的噴塑(sù)層要求厚👨❤️👨度(dù)均勻,而且延(yan)伸到管道外(wài)壁足夠的距(jù)離。
爲解決取(qǔ)壓孔與PTFE管的(de)連接問題,設(shè)計了一個用(yòng)PTFE棒材加工而(ér)💋成特殊的連(lian)接頭,再用金(jīn)屬壓闆壓在(zai)取🐪壓孔上,PTFE導(dao)壓管🐕經管口(kǒu)翻😍邊後與取(qu)壓孔相連。在(zài)壓力爲0.6MPa,常溫(wēn)條件下,該連(lian)接方式能長(zhǎng)期工作。
2.6傳感(gǎn)器及相關設(she)備配件的配(pèi)置
傳感器、差(chà)壓變送器在(zai)設計中相關(guan)配置及要求(qiú)如下:
1)90°彎管采(cǎi)用316L不鏽鋼材(cái)質,即使沒有(you)氟塑料噴塗(tu)層的保👨❤️👨護❗,也(yě)可耐受絕大(dà)多數腐蝕性(xing)介質的腐蝕(shí)。由于流路合(he)理,沒有死角(jiǎo),而且可以認(rèn)爲90°彎管的溫(wen)度與流體溫(wen)度基本一緻(zhì),所以不會🙇🏻結(jie)晶。
2)彎管内壁(bi)、連接法蘭的(de)密封面,以及(jí)差壓信号取(qǔ)壓孔❌,均噴塗(tú)新型氟塑料(liao)。由于氟塑料(liào)表面光滑,所(suǒ)以🥰不會有自(zi)聚物沉積。
3)采(cai)用PTFE導管傳送(song)差壓信号。
4)
智(zhì)能差壓變送(song)器
内與腐蝕(shí)性介質接觸(chu)的部件,均采(cǎi)用耐腐蝕材(cái)料🈲制成🐆。
5)爲防(fáng)止易結晶介(jiè)質在差壓信(xìn)号管内結晶(jing)、自聚,差壓變(biàn)送器高低壓(ya)室及差壓信(xìn)号管内,均采(cǎi)用氮氣連續(xù)吹掃,氮氣體(tǐ)積流量爲3mL/min。而(er)且短時間停(tíng)止吹氣時導(dao)壓管也不會(hui)堵塞。
6)爲防止(zhǐ)彎管傳感器(qì)管内壁結晶(jing),采用管外伴(ban)熱保溫☔。
7)如果(guo)彎管傳感器(qi)内壁萬一結(jié)晶、自聚時,爲(wèi)了便于㊙️拆開(kai)清洗,傳感器(qì)采用法蘭連(lián)接。
8)
壓力變送(sòng)器
經特殊設(she)計的連接頭(tóu),安裝在差壓(ya)變送器正壓(ya)室🙇♀️的排液口(kǒu)上。
9)爲了徹底(di)解決腐蝕性(xing)介質對溫度(dù)傳感器保護(hù)套管的腐蝕(shi)問題,采用
铠(kǎi)裝鉑熱電阻(zǔ)
管外安裝方(fāng)法口,并在安(ān)裝完畢用發(fā)泡劑噴射法(fa)形成保溫🌈層(ceng)。
3安裝注意事(shi)項
3.1變送器的(de)安裝
配套的(de)差壓變送器(qì)、壓力變送器(qì)和吹氣裝置(zhi)需組裝在不(bu)🔞鏽鋼保護箱(xiang)内,保護箱安(an)裝在距傳感(gǎn)器不遠的地(di)方。變送器應(ying)安裝在保護(hù)箱内,目的是(shi)消除日曬和(hé)雨淋引起的(de)零點漂移。如(ru)果露天安裝(zhuāng),由于🌈差壓測(cè)量采用的是(shi)✨微差壓變送(song)器,差壓膜盒(he)靈敏度高,在(zài)不同的時間(jiān),陽光🛀🏻照射在(zai)膜盒👣的不;同(tong)部位,使之受(shou)熱不均🆚勻,極(ji)易引起零點(dian)漂移。同樣的(de)道理,雨淋也(yě)會引起零點(diǎn)漂移🙇♀️。
3.2電伴熱(rè)的應用
設置(zhì)電伴熱的目(mù)的是彌補彎(wān)管流量傳感(gǎn)器因自然散(sàn)熱引起的熱(re)量損失,免除(chu)彎管内壁結(jié)晶的擔憂。如(rú)果确定需要(yao)電伴熱,就須(xū)在彎管處實(shi)施絕熱保溫(wēn);如果實踐🔆證(zheng)明彎✨管内不(bú)會結晶,則無(wu)需設置通電(dian)伴熱♻️。
4儀表在(zai)現場使用情(qing)況
耐腐蝕型(xíng)彎管流量計(ji)投人使用後(hòu),流量示值穩(wen)定,3a多以來未(wei)發生過故障(zhang),流量顯示值(zhi)與工藝計算(suàn)結果基⛱️本相(xiang)符。後來利用(yong)停車機會拆(chāi)下流量傳感(gan)器檢查,傳感(gǎn)器内壁光滑(hua)如初,未發現(xian)有😍結晶物的(de)沉🈲積;差壓信(xin)🤩号導壓管内(nèi)和差壓變送(sòng)器高低壓室(shi)内🌂也未見結(jié)晶👣物。
5結束語(yǔ)
氯化氰氣體(ti)因爲易結晶(jīng)和自聚,使得(de)流量測量的(de)難⭐度較大。采(cǎi)用
孔闆流量(liang)計
、楔形流量(liang)計等測量管(guǎn)内有阻流部(bù)件的流量計(ji)均無🏃法長周(zhou)期🐕運行。應用(yong)配備内壁噴(pēn)塗新型氟塑(su)料的彎管流(liú)量傳⭐感器,管(guǎn)外增加伴熱(rè)保溫,并用氮(dan)氣連續吹掃(sao)差壓.信号管(guan)🔆的方法,組成(cheng)耐🔞腐蝕型彎(wān)管流量計,能(néng)有效地防📧止(zhǐ)介質的結晶(jing)、自聚并耐受(shòu)流🈲體的強腐(fu)蝕。該流量計(ji)經長期使用(yòng)表明,具有耐(nài)腐♻️蝕性、抗結(jié)晶能🧑🏽🤝🧑🏻力,穩定(dìng)性好,可靠性(xing)高,能夠适🔞應(ying)嚴🛀🏻酷的工藝(yi)條件,滿足生(shēng)産要求。該測(ce)量方式可爲(wèi)與♌氯化氰氣(qì)體具有相似(sì)特性的介質(zhì)測量‼️流量提(ti)供借鑒。
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