常州鑫旺儀表有限公司金屬管浮子流量計(jì)在工況氣液雙相介質(zhì)的應(yīng)用闡述
作者:常州鑫旺儀表有限公司
2021-01-02
金屬管浮子流量計(jì)在工況氣液雙相介質(zhì)的應(yīng)用闡述
近年來(lái)，我國(guó)化工行業(yè)中采用離子膜法制堿工藝發(fā)展很快，前幾年該裝置大多為全套進(jìn)口，包括在線的各種儀表。現(xiàn)在從設(shè)備到儀表逐漸國(guó)產(chǎn)化，這樣既能保證質(zhì)量，同時(shí)可以節(jié)約大量外匯。
西北某大型化工廠在建成試生產(chǎn)階段就發(fā)現(xiàn)安裝在陰、陽(yáng)兩極管道上的兩臺(tái)浮子流量計(jì)工作不正常，指針總在擺動(dòng)，無(wú)法讀數(shù)；輸出電流信號(hào)也不穩(wěn)定，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工藝流程調(diào)節(jié)與控制目標(biāo)等，以至影響了正常投產(chǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察和分析認(rèn)為：陰極、陽(yáng)極兩條管道中被測(cè)量的介質(zhì)均為既不均勻、比例又不固定的氣、液雙相介質(zhì)；而流量計(jì)則是常規(guī)型浮子流量計(jì)。
金屬管浮子流量計(jì)的工作原理之一是浮力定律，也就是與被測(cè)介質(zhì)的密度有關(guān)，密度不穩(wěn)定時(shí)浮子就會(huì)跳動(dòng)。由于本工況液體伴有不定氣體量的情況，產(chǎn)生脈動(dòng)流，導(dǎo)致了流量計(jì)的上述現(xiàn)象。
目前各種常規(guī)流量計(jì)都不適用于氣、液雙相介質(zhì)，而工藝過(guò)程的鹽液及堿液流量必須加以測(cè)量和控制，即必須安裝流量計(jì)。因此，選用一種可用的流量計(jì)或?qū)ΜF(xiàn)有的某種流量計(jì)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)以滿足此特定工況測(cè)量要求就成為下步工作。
實(shí)施方案的選擇與確定至少要滿足以下3點(diǎn)：
?。?）流量計(jì)的接液零部件必須能承受陰、陽(yáng)兩極管道中含氯氣鹽液及堿液的強(qiáng)烈氧化和腐蝕；
?。?）安裝連接尺寸盡量與原流量計(jì)相同，以減少工作量；
?。?）流量計(jì)自身能有效地緩沖和減少由隨機(jī)產(chǎn)生氣體帶來(lái)的劇烈波動(dòng)，達(dá)到可視為穩(wěn)定值的讀數(shù)，并且輸出電流信號(hào)波動(dòng)滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。
按上述要求對(duì)電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、浮子流量計(jì)與差壓式流量計(jì)等進(jìn)行分析、比較后認(rèn)為只有對(duì)金屬管浮子流量計(jì)進(jìn)行必要的改進(jìn)才是可行的和最佳的方案。因此江蘇亞龍儀表有限公司在其原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上特殊設(shè)計(jì)了一種金屬管浮子流量計(jì)。
金屬管浮子流量計(jì)應(yīng)實(shí)施3項(xiàng)改進(jìn)設(shè)計(jì)。
耐腐蝕材料選擇和防腐措施
查閱金屬材料手冊(cè)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)其它設(shè)備材料的應(yīng)用實(shí)際，陽(yáng)極管道中的介質(zhì)為含氯氣的鹽液，傳感器中所有與介質(zhì)接觸的零件均采用鈦（Ti）材制造，兩法蘭密封面及殼體與導(dǎo)管組件密封面均進(jìn)行涂鈀處理。
整個(gè)傳感器具有良好的抗氧化及耐腐蝕性能。而陰極管道中的介質(zhì)為堿液和氫氣及氯氣等，傳感器中所有與介質(zhì)接觸的零件均采用不銹鋼（SUS316L）材質(zhì)制造，整個(gè)傳感器具有良好的耐腐蝕性能。經(jīng)兩年多的使用證明是可行的。
連接尺寸與安裝方式
由于用戶的原有流量計(jì)為水平安裝，這與常規(guī)浮子流量計(jì)垂直安裝、流體自下而上的流向完全不同，因此必須將其設(shè)計(jì)成（水）平進(jìn)（水）平出結(jié)構(gòu)，由于已有管道的開檔尺寸足夠長(zhǎng)，于是設(shè)計(jì)成的浮子流量計(jì)。
最大限度地保證工作條件下流量計(jì)的穩(wěn)定
就流量計(jì)自身而言，克服波動(dòng)（不論是外部還是內(nèi)部原因所致）的常用而有效的措施是加裝阻尼器。阻尼器一般分為機(jī)械式和電（磁）式，顯然對(duì)浮子流量計(jì)應(yīng)首先考慮選用前者。
按阻尼介質(zhì)不同又分為液體阻尼器和氣體阻尼器。
阻尼器的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)阻尼器必須了解和確定下列數(shù)據(jù)：
波動(dòng)幅度與頻率：經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)幾小時(shí)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)未裝阻尼器的流量計(jì)的波動(dòng)幅度約為15%~25%，（士7.5%~士12%）；頻率約為180~350次/min。
?。?）要求阻尼效果：波動(dòng)幅度應(yīng)不大于士2%；頻率約不大于50~90次/min。當(dāng)然，由于沒(méi)有適當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行定量檢測(cè)，所以阻尼的最終效果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，一定程度上還應(yīng)通過(guò)實(shí)際應(yīng)用由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)和操作人員判斷和認(rèn)定。
?。?）依照上述實(shí)際工況和阻尼目標(biāo)，兼顧該浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸、鈦材管料規(guī)格等，求出阻尼系數(shù)之后，初步確定阻尼器結(jié)構(gòu)及尺寸。而決定阻尼效果的阻尼室與阻尼體之間間隙的最佳尺寸必須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后才能確定。
試驗(yàn)時(shí)金屬管浮子流量計(jì)上端自然存有空氣做為阻尼介質(zhì)。試驗(yàn)方法是：初始流量置于約50%最大流量處，這時(shí)指針仍略有擺動(dòng)但有滿意讀數(shù)（系流場(chǎng)不穩(wěn)所致，可視為穩(wěn)定），然后迅速開啟（或關(guān)閉）球閥，使指針約達(dá)80%（或20%）最大流量處并記下時(shí)間，等待指針雖擺動(dòng)仍有可滿意讀數(shù)為止，再記下時(shí)間，即可得知阻尼時(shí)間。經(jīng)多次試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果大致：
間隙（mm）0.80.60.40.2
阻尼時(shí)間（s）5～64～52～43～5
從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出后兩組間隙的阻尼器效果較好。但必竟現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況與試驗(yàn)室條件有較大差別，因此還必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用效果
2002年6月對(duì)特殊設(shè)計(jì)的浮子流量計(jì)及特制的間隙為0.3mm的阻尼體安裝于現(xiàn)場(chǎng)取代原流量計(jì)進(jìn)行多次試驗(yàn)，結(jié)果是間隙為0.3mm和0.4mm阻尼器效果最佳，原來(lái)流量計(jì)指針擺動(dòng)幅度為10%～20%的同樣條件換裝特殊設(shè)計(jì)的流量計(jì)后，其指針擺動(dòng)基本不超過(guò)6%（士3%），操作人員認(rèn)為滿意，可以接受，這一設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期效果。經(jīng)使用一直很穩(wěn)定，這就初步解決了氣、液兩相流流量測(cè)量的難題。
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☆ 設(shè)備安裝調(diào)試完畢，驗(yàn)收合格后，由供方技術(shù)人員對(duì)用戶設(shè)備操作及維護(hù)人員進(jìn)行一周以上的技術(shù)培訓(xùn)及使用維修保養(yǎng)培訓(xùn)。
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