在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中,需要測量各種流體的流量。測量流量主要有兩個目的:一是為有效地進行生產(chǎn)操作和控制,某些過程需要精確測量;二是滿足成本核算和貿(mào)易結(jié)算的要求,因此需要高精度的流量計。流量計根據(jù)測量要求可分為體積流量計和質(zhì)量流量計。差壓流量計、渦街流量計、電磁流量計等是體積流量計,它們的測量原理都以流體的流速為依據(jù),儀表系數(shù)總與雷諾數(shù)和流體的某些物理參數(shù)相關(guān),通過體積流量、密度、溫度運算和修正后得到的質(zhì)量流量誤差較大,不能滿足成本核算、貿(mào)易結(jié)算及精確測量的要求,而質(zhì)量流量計是一種能夠直接、精確測量管道中流體質(zhì)量的流量計。

1.科氏力質(zhì)量流量計的特點

科氏力質(zhì)量流量計的特點有:(1)實現(xiàn)了真正的、高精度的直接質(zhì)量流量測量。精度一般可達±0.1%~±0.2%,重復(fù)性優(yōu)于±0.1%。(2)可測量各種非牛頓流體、各種漿液、懸浮液、高粘度流體等。(3)不受管內(nèi)流動介質(zhì)物性參數(shù)及狀態(tài)的影響,無論是層流還是湍流都不影響測量精度,安裝時無上下直管段要求。(4)可進行多參數(shù)測量,在測量質(zhì)量流量的同時,還可同時測得介質(zhì)密度、體積流量、溫度等參數(shù)。(5)不能用于測量密度太低的流體介質(zhì),如低壓氣體;液體中含氣量超過某一值時會顯著地影響測量值。(6)測量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會影響測量精度,尤其對薄壁測量管的CMF更為顯著。(7)價格昂貴。

2.液氨特點及流量計的選用

2.1液氨的特點

(1)液氨的飽和蒸氣壓高,在標準大氣壓條件下,其沸點為-33.4℃,因此必須在壓力條件下輸送和儲存。(2)液氨密度的溫度系數(shù)較大。從液氨的p=f(t)函數(shù)表可知,在常溫條件下,液氨溫度每變化1℃,其密度變化0.2%以上,因此液氨計量必須進行溫度補償。(3)儲存在儲槽或球罐中液氨的氣液分界面一般處氣液平衡狀態(tài),但在液氨的輸送過程中容易引起部分氣化,出現(xiàn)氣、液兩相流,影響測量精度。(4)精確度要求高。原化工部有關(guān)文件要求液氨計量達到1級精確度。(5)流體易燃易爆、且有腐蝕性。

2.2高準科里奧利流量計的選用

1977年美國高準(Micro Motion)公司發(fā)明了工業(yè)用質(zhì)量流量計——科里奧利質(zhì)量流量計(Coriolis Mass Flowmeter,CMF)。據(jù)有關(guān)資料顯示,高準公司完全掌握科氏力質(zhì)量流量計的技術(shù)及知識產(chǎn)權(quán),在全球范圍內(nèi)高準科氏力質(zhì)量流量計的安裝數(shù)量比所有其它品牌的總和還多。由于科氏力質(zhì)量流量計具有不受測量流體介質(zhì)的密度、溫度、壓力、粘度等的影響,因此是實現(xiàn)液氨精確計量的理想流量計。

云南云天化國際化工股份有限公司紅磷分公司選用的**臺高準科氏力質(zhì)量流量計始于1999年的3萬t年合成氨項目,安裝在中繼槽出口,作為合成氨廠液氨班產(chǎn)量及總產(chǎn)量的zui終計量儀表。在此之前,較為準確的液氨測量一直是個難題,更不用說精確測量。目前紅磷分公司在線運行測量液氨的高準科里奧利質(zhì)量流量計共計12套。應(yīng)用情況:過程精確控制用7套;滿足分廠間成本核算二級計量用4套;公司外管進氨貿(mào)易結(jié)算一級計量用1套。

2.3高準科里奧利質(zhì)量流量計的安裝

根據(jù)高準ELITE科里奧利流量傳感器及2700型變送器安裝手冊的要求,結(jié)合流量計安裝地點周圍的環(huán)境條件、被測介質(zhì)的特性及日常維護的需要,選擇zui佳的安裝位置,做出科學(xué)、合理的安裝,我公司水平典型安裝如圖1所示。

說明:(1)截止閥B、C必須能可靠關(guān)斷,以保證流量計在線調(diào)零時沒有流體流過。(2)截止閥A方便流量計維護,并在調(diào)零時關(guān)斷以優(yōu)化調(diào)零。(3)支撐A、B視流量計的口徑大小及具體的現(xiàn)場安裝位置而定。(4)截止閥C、管道D作比對時裝槽車用。

2.4科里奧利質(zhì)量流量計在線零點校準

從科氏力質(zhì)量流量計的原理上看,測量不受流體物性參數(shù)的影響,但工程應(yīng)用必須依靠一定結(jié)構(gòu)和材質(zhì)制成的流量計來實現(xiàn)。據(jù)m=K△t可知,m=0時Δt=0,但由于流量管激振點與傳感器A、B的距離、傳感器A、B的對稱性、傳感器A、B的物理性能、流量管的各項幾何參數(shù)均難以做到**一致,9n=0

時Δt=0是做不到的。此外K值受到三個因數(shù)的影響:(1)流量管的形狀、管徑、壁厚等結(jié)構(gòu)參數(shù);

(2)流量管振動的剛度系數(shù);(3)流量管(圖1(a)中B-B1、C-C1)固有諧振頻率的一致性。而這三個參數(shù)受壓力、溫度的影響,影響的程度、線性、重復(fù)性等取決于設(shè)計、制造質(zhì)量,因此制造商為質(zhì)量流量計設(shè)計了一套零校準程序用于對上述影響進行修正。

科氏力質(zhì)量流量計在正確安裝完成后正常投運之前必須進行工況條件下的在線“調(diào)零”,調(diào)零的條件盡可能與流量計正常運行中的工況條件一致,以使質(zhì)量流量計能響應(yīng)“零流量”并為流量測量設(shè)置基準線。調(diào)零之前使流量計通電運行,并讓被測流體介質(zhì)通過流量傳感器一段時間,使測量管的溫度與介質(zhì)溫

度基本一致,使測量管內(nèi)充滿被測流體介質(zhì)后關(guān)閉圖3中的截止閥B,然后關(guān)閉截止閥A,保證測量管內(nèi)被測流體介質(zhì)靜止,通過流量計面板功能鍵、手持通信器或AMS進行流量調(diào)零,在調(diào)零過程中如有流體通過流量計會導(dǎo)致流量計調(diào)零不準確從而影響流量計的測量準確性。

3.汽車衡稱重與質(zhì)量流量計的累積值比對

從計量的角度看,任何儀表都應(yīng)定期檢定或校準,但由于科氏力質(zhì)量流量計的特性,離線檢定難以準確反映在線時的技術(shù)性能,國外的制造商對在用的科氏力質(zhì)量流量計推薦在線檢定/校準/比對,以克服離線檢定的缺點。高準公司和它授權(quán)的檢定公司,采

用美國加利布朗公司研制的Syncrotrak i塞式車載標準體積管加密度計在線校準比對科氏力質(zhì)量流量計。

由于工廠的實際情況及以往對液氨計量不準確的慣性思維,用質(zhì)量流量計精確計量液氨需要直觀的數(shù)據(jù)支持。根據(jù)紅磷分公司的現(xiàn)有情況,采用靜態(tài)稱重法與在線運行的質(zhì)量流量計進行比對即采用槽車過汽車衡稱皮重,再通過流量計給槽車裝液氨,稱毛重,用稱重得到的液氨凈重與流量計的累積值進行比對。約定:汽車衡稱重值為真值;流量計累積值為示值,則相對誤差(%)=**誤差/約定真值,**誤差=示值-約定真值=流量計凈值-凈重。選取兩臺不同口徑、不同安裝位置、二級計量用的質(zhì)量流量計進行比對,數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

1#、2#、3#汽車衡在進行比對前都通過了上級計量機構(gòu)的檢定,1#、2#汽車衡的顯示分度值為10kg,3汽車衡的顯示分度值為20kg即汽車衡的稱重顯示值為顯示分度值的整數(shù)倍。比對的兩臺質(zhì)量流量計為高準的ELITE,是高準公司系列中精確測量流量zui佳儀表,其測量液體和漿液的流量精度為±0.05%。假設(shè)汽車衡的顯示分度值是1kg,則汽車衡的顯示值將精確到小點數(shù)后第三位,那么稱重得到的凈重值與流量計的累積值**誤差將會更小,相對誤差將會更加接近±0.05%的流量精度,表1、表2中的數(shù)據(jù)清楚表明了這一點,也消除了以往關(guān)于液氨計量不準的有關(guān)慣性思維及疑慮。