科里奧利質(zhì)量流量計(jì)廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工生產(chǎn)中。作為三大高精度流量計(jì)之一，其獨(dú)特的優(yōu)勢正逐漸顯現(xiàn)。簡要介紹了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的技術(shù)原理和特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)例探討了其在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1基本原則和主要特點(diǎn)

科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)的基本原理是:在測量管的諧振頻率或接近諧振頻率(或其高次諧波頻率)的中點(diǎn)激勵一根兩端固定的薄壁測量管。此時管內(nèi)流動的流體產(chǎn)生科里奧利力，使測量管在中點(diǎn)前后向相反方向彎曲，偏轉(zhuǎn)的大小與流體的質(zhì)量流量成正比。因此，通過光學(xué)或電磁方法檢測測量管的偏轉(zhuǎn)，可以獲得測量管中流體的質(zhì)量流量。

科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)的主要特點(diǎn)是:①直接測量質(zhì)量流量，測量精度高；②測量值不受流體特性(密度、粘度)的影響；③可測量各種非牛頓流體和含有顆粒的漿液；④可測量溫度、密度等多種參數(shù)。

2在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用探討

我們將結(jié)合工程實(shí)例討論科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

2.1光氣生產(chǎn)中的應(yīng)用

某化工有限公司的主要產(chǎn)品是氨基甲酸酯類農(nóng)藥。在這類農(nóng)藥的生產(chǎn)中，光氣的生產(chǎn)是一個極其重要的環(huán)節(jié)。光氣的濃度和穩(wěn)定性在氨基甲酸酯的合成中起著重要的作用。光氣的生產(chǎn)過程是:液氯經(jīng)汽化器變成氣態(tài)氯，氯氣和一氧化碳?xì)怏w按比例進(jìn)入混合器，混合氣體在催化劑的作用下通過一級反應(yīng)器和二級反應(yīng)器，生成光氣。在這個過程中，如何控制氯氣和一氧化碳?xì)怏w按一定比例進(jìn)入混合器，是提高光氣生產(chǎn)質(zhì)量的重中之重。為了解決這一問題，某化工有限公司下屬的一家農(nóng)藥公司在2007年5月進(jìn)行DCS改造時，在該工段采用了比例控制，其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1混合氣體壓力自動調(diào)節(jié)和Cl2-CO比例控制系統(tǒng)圖

這里，氯氣的流量用于控制一氧化碳的流量。首先利用混合器上的壓力變化PI-201來控制氯氣管道上的調(diào)節(jié)閥PV-201來調(diào)節(jié)氯氣的流量，保證混合器的壓力正常；然后，在比率表中輸入適當(dāng)?shù)谋嚷?。比率表會根?jù)氯氣流量計(jì)FI-201和一氧化碳流量計(jì)FI-202的流量值自動調(diào)節(jié)控制閥FV-202的開度，使氯氣和一氧化碳按設(shè)定的比率流量進(jìn)入混合器。

上述調(diào)整方案原則上是正確的，但裝置啟動后，根據(jù)筆者的觀察和現(xiàn)場技術(shù)人員的反饋，實(shí)際情況并不理想。在上比例控制之前，光氣含量約為62%(取決于現(xiàn)場工作人員控制的玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)的手動控制閥)。比例控制后光氣含量在60%-75%之間波動，光氣濃度很不穩(wěn)定，給后續(xù)酰氯合成工藝帶來很大麻煩。所以在使用了三個多月后，這個比例控制系統(tǒng)就被放棄了，操作人員又變回了以前的手動操作。

筆者認(rèn)為造成上述情況的原因在于流量計(jì)的選擇。本裝置采用北京費(fèi)希爾波特儀器公司生產(chǎn)的VT5000渦街流量計(jì)，具有溫壓補(bǔ)償、讀數(shù)穩(wěn)定、精度高、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。但現(xiàn)場氯氣和一氧化碳?xì)怏w壓力太低。正常情況下，氯氣和一氧化碳的壓力約為1.5 ~ 2公斤。氯來自鋼瓶里的液氯汽化。鋼瓶內(nèi)的液氯快用完時，壓力會明顯下降，有時低至0.5 ~ 0.7公斤。由于氣體技術(shù)的原因，氣體壓力會時有波動，有時會降到1.0kg左右，在這么低的壓力下測量氣體，即使有溫度和壓力補(bǔ)償，渦街流量計(jì)也是無能為力的。在現(xiàn)場，我們用1/10000的高精度電子秤測量氯氣鋼瓶的汽化量，與氯氣流量計(jì)的累計(jì)流量對比，發(fā)現(xiàn)誤差高達(dá)30%。

可見，低壓氣體的精確計(jì)量是一個技術(shù)難點(diǎn)，使用容積式流量計(jì)顯然不合適，只能考慮使用質(zhì)量流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)有兩種:熱式質(zhì)量流量計(jì)和科里奧利力式質(zhì)量流量計(jì)。熱式質(zhì)量流量計(jì)原理上適用于測量低壓氣體，但精度不高，廠家保證其誤差值在5%-8%之間。專業(yè)對流量計(jì)的要求是精度在1.0左右，否則光氣含量很難有大的提高。所以筆者打算用科里奧利質(zhì)量流量計(jì):這種流量計(jì)前期只能用來測量液體和高壓氣體，儀器本身的壓力損失較大。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，一些高端品牌已經(jīng)具備了測量低壓氣體的能力。經(jīng)過篩選，筆者選擇了MicroMotion公司的CMF系列科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)，該流量計(jì)采用了MVD(多變量數(shù)字技術(shù))、獨(dú)特的大彎頭結(jié)構(gòu)等旨在提高信噪比的技術(shù)，能夠勝任低壓氣體的測量。在本例工況下，計(jì)算表明，高準(zhǔn)公司生產(chǎn)的CMF質(zhì)量流量計(jì)具有0.15kg的較大壓力損失，測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性為97%，完全滿足我們的使用要求。購買安裝在管道上試運(yùn)行后，筆者用高精度電子秤檢查，實(shí)際使用誤差為0.8%，完全滿足工藝專業(yè)提出的精度要求。重新啟用DCS的比例控制回路，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，光氣含量一直保持在84%左右，徹底解決了光氣生產(chǎn)中的瓶頸問題，大大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度和物耗。

2.2在線密度計(jì)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

綜上所述，由于科氏質(zhì)量流量計(jì)的測量管以一定的頻率連續(xù)振動，當(dāng)一定密度的流體流過測量管時，測量管的振動頻率也會發(fā)生相應(yīng)的變化。該頻率是流體密度的函數(shù)，并且與流體密度具有唯一的對應(yīng)關(guān)系。流體密度可以通過測量流過測量管的流體的頻率來獲得。因此，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)可以同時測量流體的質(zhì)量流量和密度。根據(jù)這一特性，它可以用作在線密度計(jì)。與其他在線密度計(jì)相比，如音叉密度計(jì)、差壓密度計(jì)、超聲波密度計(jì)等。它具有測量精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)。下面的例子將介紹它作為在線密度計(jì)在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

2011年7月，某農(nóng)藥公司完成甲基硫菌靈(簡稱甲乙酮)技術(shù)改造項(xiàng)目。在本項(xiàng)目中，一個工藝步驟是將溶劑購買的乙酸乙酯從溶劑儲罐中泵入乙酸甲酯合成釜。管道上裝有流量計(jì)，達(dá)到累計(jì)流量后DCS聯(lián)鎖停泵。由于購買的乙酸乙酯不可避免地含有水，而水對乙酸甲酯合成的質(zhì)量有很大的負(fù)面影響，如何避免水進(jìn)入乙酸甲酯合成釜成為關(guān)鍵問題。乙酸乙酯相對于水的密度是0.902，所以乙酸乙酯和水在溶劑罐中是分層的。由于是技改項(xiàng)目，溶劑儲罐老舊，沒有額外的設(shè)備端口安裝接口儀表，所以在自動控制設(shè)計(jì)中，作者采用了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)作為在線密度計(jì)，同時顯示溶劑的質(zhì)量流量和密度，其原理如圖2所示。

圖2溶劑儲罐自動控制設(shè)計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)FIQS203與溶劑輸送泵P208、開關(guān)閥KV201和KV202聯(lián)鎖。當(dāng)密度計(jì)檢測到管道中的流體為溶劑(相對密度≤0.91)時，DCS打開閥門KV201，閥門KV202保持關(guān)閉。同時，流量累積聯(lián)鎖投入運(yùn)行，溶劑輸送至急救合成釜。在累積的質(zhì)量流量達(dá)到后，泵P208被互鎖并停止。當(dāng)密度計(jì)檢測到管線中的流體為水(相對密度>:0.91)時，DCS關(guān)閉閥KV201，打開閥KV202，同時解除流量累積聯(lián)鎖，水沿KV202閥管線流向廢液罐V209，直到流量計(jì)檢測到液體流量為零，聯(lián)鎖停泵P208。

這里由于被測介質(zhì)是常溫液體，所以在工藝專業(yè)中對流量計(jì)的精度要求不是太高(0.5級)。出于價格成本的考慮，筆者選擇了國產(chǎn)品牌科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。經(jīng)過幾年的發(fā)展，國產(chǎn)品牌質(zhì)量流量計(jì)取得了長足的進(jìn)步。目前，一些大型石化企業(yè)，如九江石化公司、武漢石化公司、烏魯木齊石化公司等，大多在其裝置中使用國產(chǎn)品牌質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行過程控制和測量。但目前國產(chǎn)品牌質(zhì)量流量計(jì)與進(jìn)口品牌仍有一定的技術(shù)差距，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):測量管加工精度低；部件選材不良；傳感器的年漂移大；變送器配置性能不足等。作者認(rèn)為，在貿(mào)易交接或配比控制等要求精度高、穩(wěn)定性好的場合，必須使用進(jìn)口質(zhì)量流量計(jì)。但在一般過程控制場合和對精度要求不太高的測量場合，一些優(yōu)秀的國產(chǎn)品牌，如東風(fēng)機(jī)電、太行儀表、北京首科等廠家生產(chǎn)的西安科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)完全可以滿足使用要求。在此，筆者選擇北京一分公司生產(chǎn)的DMF系列質(zhì)量流量計(jì)，使用一年多，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，價格僅為進(jìn)口品牌的一半。

結(jié)論3

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和廠商的增加，市場競爭激烈。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的性能在不斷提高，應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，但價格在不斷降低。作為工程設(shè)計(jì)人員，應(yīng)結(jié)合科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)和項(xiàng)目的實(shí)際需要，通過流量計(jì)生產(chǎn)廠家的合作，合理選擇儀器設(shè)備，不斷完善設(shè)計(jì)方案，使科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在精細(xì)化工生產(chǎn)中發(fā)揮更大、更積極的作用。

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