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    高準質量流量計實現液氨的精確計量

    作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
    在現代工業生產過程中,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易結算的要求,因此需要高精度的流量計。流量計根據測量要求可分為體積流量計和質量流量計。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,儀表系數總與雷諾數和流體的某些物理參數相關,通過體積流量、密度、溫度運算和修正后得到的質量流量誤差較大,不能滿足成本核算、貿易結算及精確測量的要求,而質量流量計是一種能夠直接、精確測量管道中流體質量的流量計。
    1.科氏力質量流量計的特點
    科氏力質量流量計的特點有:(1)實現了真正的、高精度的直接質量流量測量。精度一般可達±0.1%~±0.2%,重復性優于±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)不受管內流動介質物性參數及狀態的影響,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)可進行多參數測量,在測量質量流量的同時,還可同時測得介質密度、體積流量、溫度等參數。(5)不能用于測量密度太低的流體介質,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)測量管內壁磨損腐蝕或沉積結垢會影響測量精度,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較大。從液氨的p=f(t)函數表可知,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,但在液氨的輸送過程中容易引起部分氣化,出現氣、液兩相流,影響測量精度。(4)精確度要求高。原化工部有關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)公司發明了工業用質量流量計——科里奧利質量流量計(Coriolis Mass Flowmeter,CMF)。據有關資料顯示,高準公司完全掌握科氏力質量流量計的技術及知識產權,在全球范圍內高準科氏力質量流量計的安裝數量比所有其它品牌的總和還多。由于科氏力質量流量計具有不受測量流體介質的密度、溫度、壓力、粘度等的影響,因此是實現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第一臺高準科氏力質量流量計始于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量及總產量的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量流量計共計12套。應用情況: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;公司外管進氨貿易結算一級計量用1套。
     
    2.3高準科里奧利質量流量計的安裝
    根據高準ELITE科里奧利流量傳感器及2700型變送器安裝手冊的要求,結合流量計安裝地點周圍的環境條件、被測介質的特性及日常維護的需要,選擇zui佳的安裝位置,做出科學、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必須能可靠關斷,以保證流量計在線調零時沒有流體流過。(2)截止閥A方便流量計維護,并在調零時關斷以優化調零。(3)支撐A、B視流量計的口徑大小及具體的現場安裝位置而定。(4)截止閥C、管道D作比對時裝槽車用。
    2.4科里奧利質量流量計在線零點校準
    從科氏力質量流量計的原理上看,測量不受流體物性參數的影響,但工程應用必須依靠一定結構和材質制成的流量計來實現。據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均難以做到絕對一致,9n=0
    時Δt=0是做不到的。此外K值受到三個因數的影響:(1)流量管的形狀、管徑、壁厚等結構參數;
    (2)流量管振動的剛度系數;(3)流量管(圖1(a)中B-B1、C-C1)固有諧振頻率的一致性。而這三個參數受壓力、溫度的影響,影響的程度、線性、重復性等取決于設計、制造質量,因此制造商為質量流量計設計了一套零校準程序用于對上述影響進行修正。
    科氏力質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“調零”,調零的條件盡可能與流量計正常運行中的工況條件一致,以使質量流量計能響應“零流量”并為流量測量設置基準線。調零之前使流量計通電運行,并讓被測流體介質通過流量傳感器一段時間,使測量管的溫度與介質溫
    度基本一致,使測量管內充滿被測流體介質后關閉圖3中的截止閥B,然后關閉截止閥A,保證測量管內被測流體介質靜止,通過流量計面板功能鍵、手持通信器或AMS進行流量調零,在調零過程中如有流體通過流量計會導致流量計調零不準確從而影響流量計的測量準確性。
    3.汽車衡稱重與質量流量計的累積值比對
    從計量的角度看,任何儀表都應定期檢定或校準,但由于科氏力質量流量計的特性,離線檢定難以準確反映在線時的技術性能,國外的制造商對在用的科氏力質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,用質量流量計精確計量液氨需要直觀的數據支持。根據紅磷分公司的現有情況,采用靜態稱重法與在線運行的質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(%)=絕對誤差/約定真值,絕對誤差=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、二級計量用的質量流量計進行比對,數據如表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倍。比對的兩臺質量流量計為高準的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后第三位,那么稱重得到的凈重值與流量計的累積值絕對誤差將會更小,相對誤差將會更加接近±0.05%的流量精度,表1、表2中的數據清楚表明了這一點,也消除了以往關于液氨計量不準的有關慣性思維及疑慮。
    4.結束語
    液氨的精確計量,有力地支撐了二級成本核算體系及過程的精確控制,也促使公司的管理及操作控制向精細化方向發展。由于工藝生產的需要,隨后又進行了多次非正式比對,但每次比對驗證的數據充分說明了高準的由來。
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