摘要：針對工業(yè)生產(chǎn)過程中液氨流量計測量不準(zhǔn)確的問題，為了能夠正確的選擇與使用液氨流量計，通過對幾種流量計工作原理進(jìn)行分析，找出影響測量誤差的原因，對影測量誤差的因素進(jìn)行判斷和調(diào)效，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中對液氨流量的準(zhǔn)確監(jiān)控。

 

液氨是化工生產(chǎn)過程的主要化工原料，精確地監(jiān)控和計量液氨流量對于加強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)核算、節(jié)約能源、降低成本具有重要意義。但是由于受工藝路線的影響，對流量計的選型不當(dāng)和安裝不正確導(dǎo)致無法對液氨計量準(zhǔn)確計量。針對工藝過程中對液氨流量計的選型與安裝作一介紹。

 

1 流量計的選用與分析

日前，在貴州省化工研究院與貴州開磷（集團(tuán)）的1000t/a無水氟化氫中試生產(chǎn)過程中，根據(jù)液氨的性質(zhì)、工藝要求的特殊性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性考慮，先后選擇了3種流量計，分別是孔板流量計、質(zhì)量流量計和鍋街流量計。在液氨管道上使用，調(diào)校，調(diào)整安裝方式等對這3種流量計分別進(jìn)行闡述分析。

 

1.1 孔板流量計

孔板流量計主要由孔板、導(dǎo)壓管路和差壓變送器3部分構(gòu)成。孔板是流量計的節(jié)流元件，它將介質(zhì)流量轉(zhuǎn)換成差壓。差壓大小再經(jīng)導(dǎo)壓管路傳遞至差壓變送器膜盒的正負(fù)壓室，正負(fù)壓室的隔離膜片通過硅油填充液將差壓傳遞給測量膜片，使得測量膜片左右偏移。測量膜片作為電容式差壓變送器差動電容的一個電極，與兩固定電極組成差動電容器。測量膜片的左右偏移改變了差動電容的大小，將差動電容加到差壓變送器的電路中，再經(jīng)放大變換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，并以流量的形式顯示出來。基于流體的機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的原理。在水平管道中流動的流體，具有動壓能和靜壓能（位能相等），在一定條件下，這兩種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，但能量總和不變。以體積流量公式為例：

其中：C－流出系數(shù)；ε－可膨脹系數(shù)；Α－節(jié)流件開孔截面積，m2；ΔP－節(jié)流裝置輸出的差壓，Pa；β－直徑比；ρ1－被測流體在I－I處的密度，kg/m3；Qv-體積流量，m3/h

按照補(bǔ)償要求，需要加入溫度和壓力的補(bǔ)償。

而液氨是通過將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨，底溫高壓的液氨在輸送過程中液氨的溫度和壓力隨著環(huán)境的變化而變化。直接影響節(jié)流裝置輸出的差壓△p，更無法實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的準(zhǔn)確補(bǔ)償，因此導(dǎo)致孔板計量公式的計算結(jié)果。所以導(dǎo)致孔板流量計無法準(zhǔn)確的測量出液氨真實(shí)的流量。根據(jù)裝置中的使用情況可知，孔板流量計的檢測流量波動很大，范圍在0～10m3/h。所以孔板流量計無法準(zhǔn)確的測量液氨的流量。

 

1.2 質(zhì)量流量計

質(zhì)量流量計泛指可以直接測出質(zhì)量流量讀數(shù)的流量計。通常選用的質(zhì)量流量計都是科里奧利質(zhì)量流量計。科里奧利質(zhì)量流量計的工作原理： 把測量管端部固定，通過驅(qū)動線圈使測量管產(chǎn)生諧振或接近諧振，從而使測量管內(nèi)流動的流體產(chǎn)生科氏力，用電磁學(xué)（或光學(xué)）方法檢測產(chǎn)生的相位不同的信號，以求得質(zhì)量流量。根據(jù)科里奧利原理可知，當(dāng)沿管道由圓心向外流動時，會產(chǎn)生一個使來回轉(zhuǎn)動頻率上升的力。這個力的大小和介質(zhì)的密度以及流速大小有直接關(guān)系。公式如下：

質(zhì)量流量=密度×流速×流通面積（M=ρνA），

由上式可知，質(zhì)量流量計的計量結(jié)果受介質(zhì)密度、流速和流通面積的影響，所以測量時確保測量管道中始終充滿均勻液體和保證液氨的流速穩(wěn)定是非常重要的，否則將會產(chǎn)生測量誤差。而液氨作為一種相態(tài)不穩(wěn)定的介質(zhì)，它在輸送過程中通常會存兩相狀態(tài)即氣態(tài)和液態(tài)，它的密度在不斷的變化中，受壓力波動的影響，流速也不穩(wěn)定。所以使用質(zhì)量流量計來計量液氨誤差也會很大。想要用質(zhì)量流量計精確的計量液氨的流量，那就要在液氨進(jìn)入流量計之前，將液氨分離出來。在質(zhì)量流量計前增加一個氣液分離槽，氣液分離槽的液位要穩(wěn)定，建議采用氣動或電動液位變送器，測量范圍可以根據(jù)槽的直徑來選，但安裝前必須用水在實(shí)驗室校驗過。

這樣去除掉氣態(tài)氨的影響。液氨的密度與流速就是一個穩(wěn)定的值，那么質(zhì)量流量計就可以準(zhǔn)確的測量出液氨的流量了。但是通常由于質(zhì)量流量計的精度高，價格都比較昂貴。

 

1.3 渦街流量計

目前，液氨流量測量大都選用渦街流量計來計量。被人們稱為“數(shù)字孔板”的渦街流量計有測量精度度較高、無可動部件、可靠性好、量程范圍寬、輸出信號頻率與狀態(tài)體積流量成正比等優(yōu)點(diǎn)。因其檢測到的液氨流量是工作狀態(tài)下的體積流量，液氨流體的壓力變化引起的密度變化非常小，可以忽略，但必須考慮溫度的變化所引起的密度變化，否則，測量到的流量會產(chǎn)生較大的誤差。鍋街流量計工作原理： 以脈沖形式輸出的渦街流量計，其體積流量表達(dá)式為：

Q=F/K

式中：Q－工作狀態(tài)下的體積流量，m3/h；F－渦街流量計每小時發(fā)生的脈沖數(shù)（每立方流體所產(chǎn)生的脈沖數(shù)）；K－儀表系數(shù)。

為了使計量精度控制在±1%，采用液體間接式質(zhì)量流量計量系統(tǒng)，即“體積流量+密度”法。以渦街流量計測得的狀態(tài)體積流量Q乘上同期測得的流體密度p（間接從測量成分不變的流體溫度求得的密度），即為所測的質(zhì)量流量，其表達(dá)式為：

M=Q×p

式中：M－工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量，kg/h；p－工作狀態(tài)下的測量流體介質(zhì)密度，kg/m＇。

要想得到準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)，就必須不斷地在線檢測出運(yùn)行工況下的溫度，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。安裝鍋街流量計的同時配套使用的DTB液流量計溫度補(bǔ)償器。DTB 液氨流量計溫度補(bǔ)償器安裝電原理方框圖（如圖1），其中虛線框內(nèi)為DTB溫度補(bǔ)償器部分。

圖1 DTB液氨流量計溫度補(bǔ)償器安裝電原理方框圖

由圖1中可以看出，該補(bǔ)償器安裝簡單、使用方圖1DTB液氨流量計溫度補(bǔ)償器安裝電原理方框圖便，只需在原來的旋渦式流量計傳感器下游液氨管道上安裝一只鉑熱電阻，把測量信號及鍋街流量計二次表輸出信號同時傳人補(bǔ)償器，補(bǔ)償器顯示屏即可間斷顯示自動補(bǔ)償后的液氮累計質(zhì)量流量及液氨溫度，這樣既能繼續(xù)發(fā)揮原來安裝的旋渦式流量計的作用，又能克服原流量計的弱點(diǎn)，達(dá)到理想的使用效果。

 

2.3 3種流量計的比較

通過對上述3種流量計在液氨中使用的分析，可知，孔板流量計由于液氨的壓力不穩(wěn)定，直接影響流量計的測量參數(shù)，而導(dǎo)致測量結(jié)果誤差偏大；質(zhì)量流量計由于液氨的不穩(wěn)定性導(dǎo)致流速與密度不斷變化，而影響質(zhì)量流量計的測量參數(shù)，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確，在液氨進(jìn)行流量計前，增加一個氣液分離槽，將氣態(tài)的液氨分離出來，這樣進(jìn)入質(zhì)量流量計的液氨的流速和密度都是一個穩(wěn)定的值，保證的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，但是由于質(zhì)量流量計的價格相對較貴，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，不經(jīng)濟(jì)；鍋街流量計由于受液氨溫度的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果存在誤差。可在計量點(diǎn)上增加一個DTB溫度自動補(bǔ)償器。這樣就可以使計量結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且補(bǔ)償安裝簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。被大多數(shù)企業(yè)所選用。

 

3 結(jié)論

經(jīng)過上述分析比較可知，選用鍋街流量計不但經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且經(jīng)過溫度補(bǔ)償后，測量精準(zhǔn)。從而實(shí)現(xiàn)工藝的準(zhǔn)確控制，為物料的核算提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。