前言
流量測量是化工裝置中最為廣泛的工藝要求。流量測量的方法多種多樣，原理各不相同，如：差壓式流量計、浮子式、容積式、渦輪式、旋渦式、超聲波式、科氏力質(zhì)量式、熱式、電磁式、靶式等等。一般要根據(jù)工藝要求如操作溫度、壓力：介質(zhì)的粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、腐蝕強(qiáng)弱；管道允許阻力降大小；測量精度高低、價格以及現(xiàn)場維護(hù)方便性等來選擇流量計的型式。
低壓甲醇羰基法合成醋酸是以一氧化碳和甲醇為原料，羰基銠為主催化劑，氫碘酸、碘甲烷為助催化劑，在190~C、2．8MPa條件下合成粗醋酸。然后經(jīng)閃蒸、分離提純得到純凈醋酸產(chǎn)品，是目前生產(chǎn)醋酸的工藝。國內(nèi)運用該技術(shù)生產(chǎn)醋酸的裝置不斷建設(shè)。正處于快速發(fā)展階段。此工藝特點是高溫、強(qiáng)腐蝕性，腐蝕介質(zhì)除多種濃度和溫度的醋酸外，還有氫碘酸、碘甲烷等極強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，腐蝕環(huán)境復(fù)雜。
隨著流量測量技術(shù)的不斷進(jìn)步，針對醋酸裝置中原有部分孔板、渦街流量計、渦輪流量計、橢圓齒流量計輪等流量測量儀表易磨損、被介質(zhì)腐蝕泄漏、壽命短、維護(hù)工作量大等不足，在醋酸裝置技改時，根據(jù)工藝要求以及不同介質(zhì)的特點。選用多種新型流量計代替原設(shè)計的流量計．在生產(chǎn)實踐中取得了良好效果，既滿足了工藝要求又大幅度降低了投資和維護(hù)強(qiáng)度。下面簡要介紹3種流量計的使用情況。
1一體化T型阿牛巴流量計
1．1阿牛巴流量計的特點
阿牛巴流量計是基于伯努利能量守恒原理和皮托管測量原理而發(fā)展起來的差壓均速管流量計。其經(jīng)歷了3個發(fā)展階段：第1代圓形阿牛巴．檢測桿斷面是圓形的；第2代寶石I型，檢測桿斷面是菱形，第2代改進(jìn)寶石Ⅱ型，檢測桿斷面是改進(jìn)菱形；第3代T型阿牛巴。測量桿斷面是T型。
T型阿牛巴流量計具有優(yōu)良的本質(zhì)抗堵性能，精度高穩(wěn)定性好，突出的信噪比和量程比，一體化安裝溫壓補償，安裝便利等特點。
阿牛巴流量計可以測量介質(zhì)的體積流量或質(zhì)量流量。T型阿牛巴與多參數(shù)變送器結(jié)合就可以測量出介質(zhì)的質(zhì)量流量．多參數(shù)變送器內(nèi)置了精度佳的差壓變送器、絕壓變送器、溫度變送器、高速CPU和大容量數(shù)據(jù)存儲器。該存儲器存儲了各種流體在不同壓力、溫度下在溫度補償公式中所需要使用的物性參數(shù)。包括密度、粘度、氣體常數(shù)、壓縮系數(shù)、等容比熱等數(shù)據(jù)。根據(jù)流體實際變化的工作壓力、溫度進(jìn)行實時、動態(tài)最完全的補償計算，最大程度的消除各個造成流量測量誤差的因素。對于蒸汽流量測量會自動判斷蒸汽處于飽和、不飽和還是過熱的狀態(tài)，并自動進(jìn)行補償計算。測量精度約1％，測量桿材質(zhì)有不銹鋼、哈氏合金，過程溫度最高可達(dá)677℃。
阿牛巴流量計特別適用于氣體和蒸汽的測量，一體化阿牛巴流量計相對孔板流量計有以下主要優(yōu)勢：單一的一體化裝配，節(jié)省部件；無需引壓管；提高流量計的可靠性和測量精度；降低安裝費用和時間；減少維護(hù)強(qiáng)度和費用；減少潛在的泄漏，減少環(huán)境污染；降低永久壓力降，節(jié)約能源；更能適應(yīng)裝置負(fù)荷的變化。
1．2阿牛巴流量計選用注意事項
阿牛巴流量計的機(jī)械尺寸是根據(jù)要安裝的管道尺寸量身定制的，其流量測量范圍也是根據(jù)用戶提供的流量數(shù)據(jù)計算、標(biāo)定的。因此提供的流量數(shù)據(jù)和管道數(shù)據(jù)一定要正確無誤，否則會造成大的測量誤差。
T型阿牛巴流量計雖然具有本質(zhì)抗堵的特性，但下面2種情況需要注意：①流體中是否有黏粘性的雜質(zhì)，比如說未經(jīng)電除焦、除塵的水煤氣，煤氣中的焦油和粉塵等會黏附傳感器上，大大影響測量精度。②流體中雜質(zhì)較多，并且裝置間歇操作，有經(jīng)常停車而且時間長的情況。在斷流的時間里，雜質(zhì)可能會干燥．并結(jié)垢在傳感器的表面，長年累月將堵塞取壓口。
1．3阿牛巴流量計的應(yīng)用
某廠1醋酸生產(chǎn)裝置中原料氣CO和再沸器加熱蒸汽的測量都是孔板流量計。原料氣co流程長，孔板流量計有6只，永久壓力損失大，隨著裝置負(fù)荷的不斷提升，壓縮機(jī)不得不提供更高的壓力來克服阻力損失，孔板的參數(shù)(如：差壓、量程、介質(zhì)密度等數(shù)據(jù)都是事先設(shè)定的)無法適應(yīng)負(fù)荷的顯劇增加及負(fù)荷的較大波動，導(dǎo)致原料氣計量很不準(zhǔn)確。在醋酸裝置中改用一體化阿牛巴質(zhì)量流量計(可以進(jìn)行溫度、壓力的實時動態(tài)補償)，幾乎無永久壓力降，計量準(zhǔn)確，滿足了負(fù)荷不斷提升的要求。
孔板流量計測量蒸汽流量時需要配套安裝引壓管、平衡罐、保溫箱等，其缺點是靜密封點多，易發(fā)生泄漏，同時為了防凍，還需要蒸汽伴熱或電伴熱。隨著裝置負(fù)荷的不斷提升，孔板流量計量程也要隨著更改，甚至要對孔板擴(kuò)孔等等，計量不準(zhǔn)確，維護(hù)工作量也大。因此在2醋酸裝置中所有蒸氣流量測量選用一體化阿牛巴質(zhì)量流量計，根據(jù)使用情況來看。其計量準(zhǔn)確、量程范圍大適應(yīng)擴(kuò)產(chǎn)需要、無泄漏、免維護(hù)，優(yōu)勢明顯。
2電磁流量計
2．1電磁流量計的特點
①電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律工作的。因此只能測量導(dǎo)電液體的流量，不能測量氣體、蒸汽及含有大量氣體的液體的流量。
②電磁流量計無可動部分，也無阻流部件，因此基本無壓力損失，可以測量含固體顆粒的礦漿和污水等液固兩相流。
③電磁流量計僅有管道襯里和電極與被測液體接觸，因此只要合理選擇電極和襯里材料，即可以達(dá)到耐腐蝕、耐磨損的要求，如礦漿、鹽酸、氫碘酸等。
④安裝方便，只要滿管，上直管≥5D，下直管≥2D，水平、垂直、傾斜安裝均可。
⑤測量精度高，可以達(dá)到O．5％，可以作為裝桶、裝槽車等的計量。
⑥量程比大，一般為1：20，在現(xiàn)場可以根據(jù)需要，可擴(kuò)大或縮小量程，不需停車處理。
2．2電磁流量計的選用、安裝
電磁流量的選用和安裝是很重要的環(huán)節(jié)，有極強(qiáng)的專業(yè)性．下面作詳細(xì)的介紹：
適用介質(zhì)：電磁流量計能否適用首先是根據(jù)介質(zhì)電導(dǎo)率來判斷．被測介質(zhì)的電導(dǎo)率應(yīng)大于20~s／cm。更低電導(dǎo)率介質(zhì)的流量可以用陶瓷襯里、鉑電極的電磁流量計測量，但陶瓷襯里易碎，使用效果不理想。
口徑選擇：流量計口徑不一定與管徑相同．應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不高的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1．5—3m／s，電磁流量用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可；用于易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體選用流速應(yīng)不低于2m／S，最好提高到3—4m／s，起到自清掃、防止粘附沉積等作用；用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體，常用流速應(yīng)低于2-3m／s，以降低對襯里和電極的磨損：在測量接近閾值的低電導(dǎo)液體時，盡可能選定較低流速(O．5一lm／s)，因流速提高流動噪聲會增加，而出現(xiàn)輸出晃動現(xiàn)象。
過流部件材質(zhì)選擇：與液體接觸的傳感器的零部件有襯里、電極、接地環(huán)和密封墊片。
常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷，其材料的耐磨耗性、耐腐蝕性和使用溫度上限等影響儀表對液體適應(yīng)性。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，但耐磨性差，不能用于測量礦漿液，使用溫度小于180~(3；氯丁橡膠用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿，價格最為低；聚氨酯橡膠有耐磨性，但耐酸堿的腐蝕性較差適用于煤漿、礦漿等，介質(zhì)溫度要低于40~(3一60℃／70℃；氧化鋁陶瓷有耐磨性和對強(qiáng)酸堿的耐腐蝕性，適用于有腐蝕性的礦漿，但性脆，安裝夾緊時易碎，可用于較高溫度(120~{2—140~(2／18ooc)。
電極對測量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素，其次考慮是否會產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪音。電磁流量計電極的耐腐蝕性要求很高，不允許腐蝕或嚴(yán)格地說只允許極低的腐蝕速率．否則會破壞電極與襯里間的密封性。常用金屬材料有含鉬耐酸鋼、哈氏合金、鈦、鉭、鉑銥合金，幾乎可覆蓋全部化學(xué)液，此外還有適用于漿液等的低噪聲電極，他們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極，或包裹這些材料的金屬電極。
接地環(huán)是安裝在連接塑料管道或絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端，他們的耐腐蝕要求比電極低，允許有一定腐蝕，可定期更換，通常選用耐酸鋼或哈氏合金。金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。
配管、安裝：電磁流量的配管安裝不符合要求會導(dǎo)致流量計輸出晃動、零點不穩(wěn)定、使用壽命短、甚至損壞。主要應(yīng)遵循以下原則：
①傳感器的上流側(cè)不要緊靠閥門、彎頭等影響流體流動的裝置；下流側(cè)不能安裝泵，以防止形成負(fù)壓；調(diào)節(jié)閥等節(jié)流儀表宜安裝在流量計下游，特別是裝桶、裝置槽車等排空管道。
②配管設(shè)計時要確保測量管滿管，上、下游要保持5D和2D的直管段。
③安裝方向則要注意：在測量液固兩相介質(zhì)的流量時，傳感器垂直安裝比較妥當(dāng)，一則可以防止液固兩相介質(zhì)在較低流速時產(chǎn)生兩相分布的不均勻或相分離。以減少由此引起的附加誤差。二則可以使傳感器四周的襯里磨損比較均勻，在垂直安裝時，流動方向應(yīng)該自下而上，這樣才能保證傳感器始終充滿介質(zhì)。在水平安裝時，傳感器兩電極的連線應(yīng)該是水平的．這樣如果介質(zhì)中含有氣泡，或者產(chǎn)生沉淀時不至于造成轉(zhuǎn)換器輸入端開路等現(xiàn)象。
④有些工況需在管道內(nèi)注入化學(xué)藥品，注入后會導(dǎo)致液體導(dǎo)電率不均勻?qū)﹄姶帕髁坑嬢敵鲂盘柈a(chǎn)生干擾。對此，可在流量計下游注入，如需在上游注入則注入點應(yīng)與流量計保持一定距離，使液體混合均勻。
⑤安裝在塑料管道或內(nèi)襯管道上必須使用接地環(huán)。
2．3電磁流量計的應(yīng)用
某廠1甲醇低壓羰基法裝置中工藝介質(zhì)的流量測量均采用孔板流量計，在下列3種工藝介質(zhì)條件下的孔板流量計使用不理想。因此在2裝置中改用電磁流量計，取得了良好效果。①含有氫碘酸的工藝介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，孔板、取壓法蘭、根部閥、導(dǎo)壓管等材質(zhì)均為鋯合金或哈氏合金，1寸到8寸的孔板流量計，其價格為10—50萬元／套。因此在2裝置中全部選用電磁流量計，襯里材料為PTFE。電極材料為鉭，價格在3-10萬元／套之間，節(jié)省了大量的費用。②醋酸水溶液介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，316L不銹鋼材質(zhì)的導(dǎo)壓管、根部閥、卡套、五閥組等存在均勻腐蝕。半年左右就產(chǎn)生泄漏，需更換這些部件，維護(hù)工作量大且費用高。在2裝置中選用電磁流量計，到目前為止運行良好。③介質(zhì)為醋酸水溶液、碘甲烷不相混溶的兩相流�？装辶髁坑嫵３Ｒ�?qū)汗苤幸追e累碘甲烷相(重相)導(dǎo)致測量誤差很大，影響工藝操作，需要頻繁的進(jìn)行現(xiàn)場排液，維護(hù)工作量大且排出物毒性大。危害操作人員身體健康。在2裝置中選用電磁流量計，計量準(zhǔn)確，克服了孔板流量計測量2相流時存在的弊端。
由于經(jīng)驗不足。電磁流量計在2裝置中也有應(yīng)用不成功的地方：①純度較高的醋酸電導(dǎo)率<5S／，cm，我們是選用陶瓷襯里，陶瓷襯里易碎，在使用過程中由于施工或管道振動的原因．無一例外的都出現(xiàn)破裂、泄漏而損壞。②使用溫度不要高于160~C，否則易出現(xiàn)PTFE襯里損壞。③在成品塔塔頂產(chǎn)品出料測量時，成品醋酸電導(dǎo)率低。電磁的測量精度達(dá)不到要求，計量不準(zhǔn)確，后改用質(zhì)量流量計，才解決問題。④電磁流量計的流速不宜過高：有一臺流量計口徑為1英寸。前后管道為3英寸，投運后，由于流量管內(nèi)液體流速達(dá)到7m／s，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，管道劇烈的振動，后更換為2英寸管徑的，問題得到解決。因此設(shè)計選型時即使為了節(jié)省投資流量計口徑也不宜選得過�。魉龠x擇在2．2中已有論述。
3超聲波流量計
3．1超聲波流量計的特點
超聲波流量計的測量原理主要有時差式和多普勒式。多普勒式超聲波流量計只能用于測量介質(zhì)中含有適量能反射超聲波信號的顆�；驓馀莸牧黧w，它對被測介質(zhì)要求比較苛刻，既不能是潔凈水，同時雜質(zhì)含量要相對穩(wěn)定，才能穩(wěn)定測量。目前應(yīng)用范圍廣泛的是時差式超聲波流量計，它主要用來測量潔凈的流體流量。
時差式超聲波流量計按換能器安裝方式可以分
為外貼式、管段式、插入式3類：
外貼式：有便攜式和固定式兩種，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用。便攜式超聲波流量計具有很大的機(jī)動性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時測量．使用內(nèi)置充電電池供電；固定式超聲波流量計在某一固定位置，對某一特定管道內(nèi)的流體的流量進(jìn)行長期不問斷的計量，使用220V交流電源，有4—20mA信號輸出等功能。
管道式：將換能器與測量管道組成一體，測量精度也較其他超聲波流量計高，但安裝時必須斷流切開管道才能進(jìn)行，但傳感器可以不停產(chǎn)維修。其測量管材質(zhì)有碳鋼、316L不銹鋼、哈氏合金C等，一體型測量溫度可達(dá)140~C，對于高溫介質(zhì)可用分體型，最高溫度可達(dá)180~C。可以測量固體顆粒含量<5％(按體積計)或氣體含量<2％(按體積計)的均勻流體，測量精度可達(dá)0．5％。
插入式：在安裝時可以利用專門工具在有流體的管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，其信號的發(fā)射、接收不經(jīng)過管壁和管襯，所以它的測量不受管道和管襯材質(zhì)的影響。插入式傳感器可以避免耦合劑的問題。能夠在管路內(nèi)壁嚴(yán)重結(jié)垢或流體含氣的情況下，實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的測量。
3．2傳感器類型的選擇對比
①便攜式外貼超聲波流量計，使用方便，最適用于評估管網(wǎng)流動狀況或用作檢查管道上其它流量儀表的運行情況。
②外貼式傳感器不存在直接腐蝕的問題，但管道內(nèi)表面腐蝕結(jié)晶，也會造成測量不準(zhǔn)。
③外貼式傳感器由于偶合劑在使用一段時間后易出現(xiàn)發(fā)干的現(xiàn)象，影響檢測效果，在較大的直徑的管道上不宜使用。
④外貼式傳感器短時測量時用黃油。也可用凡士林等酯類，長期測量可用硅酯或硅膠。
⑤外貼式傳感器不適用于測量氣體。
3．3超聲波流量計的安裝
超聲波流量計換能器不合理安裝是使其不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個問題。確定位置時除保證足夠的上下游直管段外(前10D，后5D)，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速器、電焊機(jī)等污染點源的地方。在安裝方式上，主要有v方式和z方式，通常情況下，管徑小于300mm時，采用v方式安裝，管徑大于300mm時，采用z方式安裝。
3．4超聲波流量計的應(yīng)用
在醋酸裝置中對于低電導(dǎo)率強(qiáng)腐蝕的純醋酸介質(zhì)選用316L材質(zhì)管道式超聲波流量計取代原有孔板和陶瓷內(nèi)襯電磁流量計取得了良好效果，克服了孔板流量計易腐蝕泄漏、維護(hù)費用高和陶瓷內(nèi)襯電磁流量計易夾碎、不抗溫度劇烈變化而損壞的缺點。原有循環(huán)水總管(DN700)的流量測量為渦輪流量計，其投運1年后，由于渦輪流量計軸承磨損，計量誤差很大，后用外夾固定式超聲波流量計取代，運行穩(wěn)定，克服了渦輪流量計軸承較易磨損，壽命較短的缺點。
結(jié)束語
在醋酸裝置技改過程中，用阿牛巴流量計取代原料煤氣、蒸汽、甲醇管道上的孔板、渦輪、橢圓齒輪等流量計；用電磁流量計取代強(qiáng)腐蝕性的氫碘酸和醋酸且電導(dǎo)率>20~s／cm的介質(zhì)管道上的孔板流量計；用管道式超聲波流量計取代低電導(dǎo)率且腐蝕性強(qiáng)的純醋酸管道上的孔板、渦輪、陶瓷內(nèi)襯電磁流量計；用便攜式超聲波流量計測量各個循環(huán)水用戶的流量等等都達(dá)到了預(yù)期目的。這些新型的流量測量儀表，有其獨特的特點，在很多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，每一種儀表都不是萬能的，因此，在工程應(yīng)用中，根據(jù)工藝要求及介質(zhì)的特點正確選型、配管設(shè)計、安裝是發(fā)揮這些儀表優(yōu)勢的重要環(huán)節(jié)。必須引起我們的高度重視。
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