摘要：針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中液氨流量計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題，為了能夠正確的選擇與使用液氨流量計(jì)，通過(guò)對(duì)幾種流量計(jì)工作原理進(jìn)行分析，找出影響測(cè)量誤差的原因，對(duì)影測(cè)量誤差的因素進(jìn)行判斷和調(diào)效，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)液氨流量的準(zhǔn)確監(jiān)控。

 

液氨是化工生產(chǎn)過(guò)程的主要化工原料，精確地監(jiān)控和計(jì)量液氨流量對(duì)于加強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)核算、節(jié)約能源、降低成本具有重要意義。但是由于受工藝路線的影響，對(duì)流量計(jì)的選型不當(dāng)和安裝不正確導(dǎo)致無(wú)法對(duì)液氨計(jì)量準(zhǔn)確計(jì)量。針對(duì)工藝過(guò)程中對(duì)液氨流量計(jì)的選型與安裝作一介紹。

 

1 流量計(jì)的選用與分析

日前，在貴州省化工研究院與貴州開磷（集團(tuán)）的1000t/a無(wú)水氟化氫中試生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)液氨的性質(zhì)、工藝要求的特殊性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性考慮，先后選擇了3種流量計(jì)，分別是孔板流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和鍋街流量計(jì)。在液氨管道上使用，調(diào)校，調(diào)整安裝方式等對(duì)這3種流量計(jì)分別進(jìn)行闡述分析。

 

1.1 孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)主要由孔板、導(dǎo)壓管路和差壓變送器3部分構(gòu)成。孔板是流量計(jì)的節(jié)流元件，它將介質(zhì)流量轉(zhuǎn)換成差壓。差壓大小再經(jīng)導(dǎo)壓管路傳遞至差壓變送器膜盒的正負(fù)壓室，正負(fù)壓室的隔離膜片通過(guò)硅油填充液將差壓傳遞給測(cè)量膜片，使得測(cè)量膜片左右偏移。測(cè)量膜片作為電容式差壓變送器差動(dòng)電容的一個(gè)電極，與兩固定電極組成差動(dòng)電容器。測(cè)量膜片的左右偏移改變了差動(dòng)電容的大小，將差動(dòng)電容加到差壓變送器的電路中，再經(jīng)放大變換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，并以流量的形式顯示出來(lái)。基于流體的機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的原理。在水平管道中流動(dòng)的流體，具有動(dòng)壓能和靜壓能（位能相等），在一定條件下，這兩種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，但能量總和不變。以體積流量公式為例：

其中：C－流出系數(shù)；ε－可膨脹系數(shù)；Α－節(jié)流件開孔截面積，m2；ΔP－節(jié)流裝置輸出的差壓，Pa；β－直徑比；ρ1－被測(cè)流體在I－I處的密度，kg/m3；Qv-體積流量，m3/h

按照補(bǔ)償要求，需要加入溫度和壓力的補(bǔ)償。

而液氨是通過(guò)將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻得到液態(tài)氨，底溫高壓的液氨在輸送過(guò)程中液氨的溫度和壓力隨著環(huán)境的變化而變化。直接影響節(jié)流裝置輸出的差壓△p，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的準(zhǔn)確補(bǔ)償，因此導(dǎo)致孔板計(jì)量公式的計(jì)算結(jié)果。所以導(dǎo)致孔板流量計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)量出液氨真實(shí)的流量。根據(jù)裝置中的使用情況可知，孔板流量計(jì)的檢測(cè)流量波動(dòng)很大，范圍在0～10m3/h。所以孔板流量計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)量液氨的流量。

 

1.2 質(zhì)量流量計(jì)

質(zhì)量流量計(jì)泛指可以直接測(cè)出質(zhì)量流量讀數(shù)的流量計(jì)。通常選用的質(zhì)量流量計(jì)都是科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的工作原理： 把測(cè)量管端部固定，通過(guò)驅(qū)動(dòng)線圈使測(cè)量管產(chǎn)生諧振或接近諧振，從而使測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科氏力，用電磁學(xué)（或光學(xué)）方法檢測(cè)產(chǎn)生的相位不同的信號(hào)，以求得質(zhì)量流量。根據(jù)科里奧利原理可知，當(dāng)沿管道由圓心向外流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)頻率上升的力。這個(gè)力的大小和介質(zhì)的密度以及流速大小有直接關(guān)系。公式如下：

質(zhì)量流量=密度×流速×流通面積（M=ρνA），

由上式可知，質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果受介質(zhì)密度、流速和流通面積的影響，所以測(cè)量時(shí)確保測(cè)量管道中始終充滿均勻液體和保證液氨的流速穩(wěn)定是非常重要的，否則將會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。而液氨作為一種相態(tài)不穩(wěn)定的介質(zhì)，它在輸送過(guò)程中通常會(huì)存兩相狀態(tài)即氣態(tài)和液態(tài)，它的密度在不斷的變化中，受壓力波動(dòng)的影響，流速也不穩(wěn)定。所以使用質(zhì)量流量計(jì)來(lái)計(jì)量液氨誤差也會(huì)很大。想要用質(zhì)量流量計(jì)精確的計(jì)量液氨的流量，那就要在液氨進(jìn)入流量計(jì)之前，將液氨分離出來(lái)。在質(zhì)量流量計(jì)前增加一個(gè)氣液分離槽，氣液分離槽的液位要穩(wěn)定，建議采用氣動(dòng)或電動(dòng)液位變送器，測(cè)量范圍可以根據(jù)槽的直徑來(lái)選，但安裝前必須用水在實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)過(guò)。

這樣去除掉氣態(tài)氨的影響。液氨的密度與流速就是一個(gè)穩(wěn)定的值，那么質(zhì)量流量計(jì)就可以準(zhǔn)確的測(cè)量出液氨的流量了。但是通常由于質(zhì)量流量計(jì)的精度高，價(jià)格都比較昂貴。

 

1.3 渦街流量計(jì)

目前，液氨流量測(cè)量大都選用渦街流量計(jì)來(lái)計(jì)量。被人們稱為“數(shù)字孔板”的渦街流量計(jì)有測(cè)量精度度較高、無(wú)可動(dòng)部件、可靠性好、量程范圍寬、輸出信號(hào)頻率與狀態(tài)體積流量成正比等優(yōu)點(diǎn)。因其檢測(cè)到的液氨流量是工作狀態(tài)下的體積流量，液氨流體的壓力變化引起的密度變化非常小，可以忽略，但必須考慮溫度的變化所引起的密度變化，否則，測(cè)量到的流量會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。鍋街流量計(jì)工作原理： 以脈沖形式輸出的渦街流量計(jì)，其體積流量表達(dá)式為：

Q=F/K

式中：Q－工作狀態(tài)下的體積流量，m3/h；F－渦街流量計(jì)每小時(shí)發(fā)生的脈沖數(shù)（每立方流體所產(chǎn)生的脈沖數(shù)）；K－儀表系數(shù)。

為了使計(jì)量精度控制在±1%，采用液體間接式質(zhì)量流量計(jì)量系統(tǒng)，即“體積流量+密度”法。以渦街流量計(jì)測(cè)得的狀態(tài)體積流量Q乘上同期測(cè)得的流體密度p（間接從測(cè)量成分不變的流體溫度求得的密度），即為所測(cè)的質(zhì)量流量，其表達(dá)式為：

M=Q×p

式中：M－工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量，kg/h；p－工作狀態(tài)下的測(cè)量流體介質(zhì)密度，kg/m＇。

要想得到準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)，就必須不斷地在線檢測(cè)出運(yùn)行工況下的溫度，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。安裝鍋街流量計(jì)的同時(shí)配套使用的DTB液流量計(jì)溫度補(bǔ)償器。DTB 液氨流量計(jì)溫度補(bǔ)償器安裝電原理方框圖（如圖1），其中虛線框內(nèi)為DTB溫度補(bǔ)償器部分。

圖1 DTB液氨流量計(jì)溫度補(bǔ)償器安裝電原理方框圖

由圖1中可以看出，該補(bǔ)償器安裝簡(jiǎn)單、使用方圖1DTB液氨流量計(jì)溫度補(bǔ)償器安裝電原理方框圖便，只需在原來(lái)的旋渦式流量計(jì)傳感器下游液氨管道上安裝一只鉑熱電阻，把測(cè)量信號(hào)及鍋街流量計(jì)二次表輸出信號(hào)同時(shí)傳人補(bǔ)償器，補(bǔ)償器顯示屏即可間斷顯示自動(dòng)補(bǔ)償后的液氮累計(jì)質(zhì)量流量及液氨溫度，這樣既能繼續(xù)發(fā)揮原來(lái)安裝的旋渦式流量計(jì)的作用，又能克服原流量計(jì)的弱點(diǎn)，達(dá)到理想的使用效果。

 

2.3 3種流量計(jì)的比較

通過(guò)對(duì)上述3種流量計(jì)在液氨中使用的分析，可知，孔板流量計(jì)由于液氨的壓力不穩(wěn)定，直接影響流量計(jì)的測(cè)量參數(shù)，而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差偏大；質(zhì)量流量計(jì)由于液氨的不穩(wěn)定性導(dǎo)致流速與密度不斷變化，而影響質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量參數(shù)，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，在液氨進(jìn)行流量計(jì)前，增加一個(gè)氣液分離槽，將氣態(tài)的液氨分離出來(lái)，這樣進(jìn)入質(zhì)量流量計(jì)的液氨的流速和密度都是一個(gè)穩(wěn)定的值，保證的測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，但是由于質(zhì)量流量計(jì)的價(jià)格相對(duì)較貴，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，不經(jīng)濟(jì)；鍋街流量計(jì)由于受液氨溫度的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在誤差。可在計(jì)量點(diǎn)上增加一個(gè)DTB溫度自動(dòng)補(bǔ)償器。這樣就可以使計(jì)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且補(bǔ)償安裝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。被大多數(shù)企業(yè)所選用。

 

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述分析比較可知，選用鍋街流量計(jì)不但經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償后，測(cè)量精準(zhǔn)。從而實(shí)現(xiàn)工藝的準(zhǔn)確控制，為物料的核算提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。