摘要:在(zài)三聚氯氰生(sheng)産過程中,需(xū)正确地測量(liang)進聚合反應(yīng)器的氯化氰(qing)單體的流量(liang)。介紹了常用(yong)的測🐆量儀表(biǎo)及存在的不(bú)足,針🐕對氯化(huà)氰單體流量(liang)測量時,存在(zai)的結晶和結(jie)垢物堆積問(wen)題,提出一種(zhong)耐腐蝕抗結(jié)晶彎管流量(liang)計的方案☁️。闡(chǎn)述了該流量(liang)計測量原理(li)、影響🍉測量補(bǔ)償問題以及(jí)儀表安裝注(zhù)意事🤟項。實際(ji)應用表明:該(gāi)流量計具有(yǒu)耐腐蝕性、抗(kang)結晶能力，穩(wěn)定性好、可靠(kao)性高等特點(diǎn),能夠适應嚴(yan)酷的㊙️工💜藝條(tiáo)件,滿足生産(chan)要求。對于與(yu)氯化氰氣體(tǐ)具有相似特(te)性的介質,有(yǒu)借🚩鑒意義。
　　三(sān)聚氯氰是一(yi)種重要的精(jing)細化工産品(pin),具有廣泛的(de)用途,主要用(yòng)作農藥工業(ye)的中間體，是(shì)活性染料的(de)原料。在三聚(ju)氯氰生産過(guo)程中,需要正(zhèng)确地測量進(jin)聚合🔅反應器(qì)的氯化氰單(dan)體的流量。氯(lǜ)化氰流量的(de)測量難度在(zai)于介質遇水(shuǐ)分💞解爲鹽酸(suan)✉️,具有腐蝕性(xing)。該介質沸點(diǎn)較低,而且與(yu)熔點靠得很(hěn)近，極易液🛀🏻化(hua)和結晶而堵(du)塞流量傳感(gan)器差壓信号(hao)傳輸通道甚(shèn)至堵塞節流(liú)件本身。在工(gōng)藝流程中,進(jìn)入反應器的(de)氯化氰的溫(wen)度需💋嚴格控(kòng)制在環境溫(wen)度以上的适(shì)當數值，氣體(tǐ)處于過熱狀(zhuàng)态。但在寒冷(leng)冬季,管道自(zì)然散熱以及(jí)一💁些其他因(yin)素會使某些(xie)部位的氣體(tǐ)低于最佳溫(wen)度。如果流程(chéng)短時停車,則(ze)會使局部溫(wen)度進人飽和(hé)狀态,甚至.使(shi)氯化氰結爲(wèi)固體,粘附在(zài)儀表及管道(dao)内壁等部位(wei)，影響❓流量測(cè)量。
　　氯化氰氣(qì)體物性很特(te)殊,在大氣壓(yā)力條件下，溫(wen)度爲13.1°C就凝結(jie)爲液體,溫度(dù)低于6.5°C就結晶(jing)，因此,操作時(shi)須🌐時刻注意(yi)溫度的變化(huà)。
1腐蝕性介質(zhi)流量測量現(xiàn)狀
1.1現有儀表(biǎo)測量腐蝕性(xing)介質的不足(zú)
　　解決腐蝕性(xìng)介質對儀表(biǎo)的腐蝕的方(fāng)法,幾十年來(lai)一直成爲很(hěn)多課題”。對于(yu)腐蝕性氣體(tǐ)的流量測量(liang)，常年💞以來一(yi)直🍉采用标準(zhun)孔闆,但是早(zao)期的 差壓變(biàn)送器 ，還沒有(you)解決耐強腐(fǔ)蝕問題，儀表(biǎo)用戶隻能采(cǎi)用隔離液将(jiang)☎️差壓變送器(qi)的敏感元件(jian)與腐蝕性介(jiè)質隔開。該方(fang)法存在風險(xiǎn),由于操作失(shī)當或隔離液(ye)洩漏導緻隔(gé)離液損失，進(jin)而✨引發測🏃🏻‍♂️量(liàng)誤差，甚至引(yǐn)起腐蝕性介(jie)質侵入變送(song)💯器，以緻儀表(biao)損壞。
　　自從钽(tan)膜片、 法蘭膜(mo)片隔離式差(chà)壓變送器 、壓(yā)力變送器使(shi)用後,大多已(yǐ)放棄用隔離(lí)液防腐蝕的(de)方法，而🚶‍♀️采用(yòng)既有效又可(ke)靠的钽膜片(piàn)隔離的方法(fǎ)”。例如在三聚(ju)氯氰過程🧡中(zhōng),采用内襯聚(jù)四氟乙烯(PTFE)管(guan)道,流量測量(liang)方案是在内(nèi)襯PTFE法蘭之間(jian),夾上一片哈(ha)氏C材質的标(biao)準孔闆,在孔(kǒng)闆前後的管(guǎn)✂️道上,預留🔅好(hao)DN50(或DN80)法蘭管口(kǒu),然後安裝 法(fǎ)蘭膜片(钽膜(mó)片)隔離式差(chà)壓變送器 即(jí)可。壓力測量(liang)方法與差壓(ya)測量相似,但(dàn)是運行結❄️果(guǒ)表明,該方法(fǎ)對于測量氯(lü)化氰流量有(you)一些不足。因(yīn)爲㊙️使用一段(duàn)時間後，在孔(kong)闆前後的邊(biān)緣處以及差(chà)壓變送器的(de)膜片上會結(jié)滿晶體和自(zi)聚固态物質(zhì),所以造成無(wú)法使用。耐腐(fǔ)蝕 孔闆流量(liang)計 的安裝結(jie)構如圖1所示(shi)。
 
　　經分析,自聚(ju)物堆積堵塞(sāi)的原因是孔(kǒng)闆等死角處(chù)流體流🐅速太(tài)低,給黏稠的(de)固态物質的(de)沉積創造了(le)條件。而隔離(lí)膜片表☂️面結(jie)晶，則是因爲(wèi)變送，器測量(liang)頭是一♌個尺(chǐ)寸🙇‍♀️較大的金(jin)屬塊,而且被(bei)置于法蘭管(guan)口處,環境溫(wēn)度較低時膜(mó)片溫度太低(dī)，容易造成結(jie)晶。
　　爲了改變(biàn)孔闆前後聚(ju)積結晶物的(de)問題，曾經試(shi)用 楔形流量(liang)計 來測量腐(fǔ)蝕性介質流(liu)量。死角的聚(ju)積物狀況雖(sui)比💛孔闆方法(fa)👌好一些，但是(shi)仍然存在的(de)。随應用時間(jiān)的延長,結晶(jīng)物堆積仍然(ran)很🌈嚴重,因此(ci)也不能長時(shí)間使用。
1.2聚積(ji)物對流量測(ce)量的影響
　　安(an)裝在工藝管(guan)道上的孔闆(pǎn)節流裝置、楔(xie)形流量傳感(gan)器以及法蘭(lan)膜片隔離式(shì)差壓變送器(qì)測量頭,在🚶‍♀️工(gōng)況條件下使(shǐ)用一段時🌏間(jian)後，就會在法(fǎ)蘭膜片上積(ji)滿結晶體及(jí)自聚生成污(wū)垢，在所有的(de)邊緣處,也都(dou)堆積了聚積(ji)物,使流體的(de)流路偏離了(le)正确的軌迹(ji),從而導緻傳(chuán)感器的流量(liang)系數發生變(biàn)化,産生測量(liang)誤差。因爲法(fǎ)蘭膜片積滿(mǎn)結晶體和污(wū)垢後,就失👌去(qu)了壓力傳遞(dì)的靈敏度，以(yǐ)緻在結垢初(chu)期,表現爲流(liú)㊙️量示值的漂(piao)移,随⛱️着結垢(gòu)程度的加重(zhòng)，流量計顯示(shi)的流量值完(wan)全不随管道(dao)内😘流體流量(liàng)的變化而變(biàn)化。這些結晶(jing)體雖然從儀(yí)表維修的角(jiao)度可以想辦(ban)法清除,但是(shì)有兩個困難(nán):一是邊緣處(chu)很難清理幹(gan)淨;二是隔離(li)膜片太薄，大(dà)約隻有100μm,又布(bu)滿環形波紋(wen),清理時易變(biàn)形損壞。所以(yǐ)，上述測量儀(yi)表因維修✔️難(nan)度大而棄之(zhī)不用☀️。
2耐腐蝕(shi)抗結晶彎管(guan)流量計的研(yán)發
　　因爲流量(liang)測量的多樣(yang)性和流體的(de)複雜性,一.直(zhi)以來流量測(cè)量都是一個(ge)業界難題。耐(nài)腐蝕抗結晶(jīng)彎管流量計(ji)就是針對🚩複(fú)雜流體而研(yán)發的。
2.1彎管流(liu)量計工作原(yuán)理
　　彎管流量(liang)計由一個90°彎(wān)管(傳感器)和(hé)差壓變送器(qì)等組成,結構(gou)如圖2所示。彎(wān)管流量計是(shì)利用流體流(liu)過90彎管時,由(you)于受到角加(jia)速🌈度的作用(yòng)而産生離心(xin)力，使彎管的(de)外側管壁壓(yā)力p:增加，從而(er)與彎管的内(nèi)側管壁壓力(lì)p2之間形成壓(ya)差△p,壓差的平(ping)方根與流量(liang)成正比。
 
　　在式(shì)(1)和式(2)中,由于(yu)R和D的實際值(zhí)與名義值之(zhi)間都有一-定(ding)偏差,取🌈壓孔(kǒng)位置與理想(xiang)位置之間也(ye)會有微小的(de)偏差🔆,所以，如(rú)果不經😄實流(liú)标定,隻能得(dé)到約4%的不确(que)定度，。爲此,儀(yi)表出☂️庫之前(qián),必須做實流(liú)标定得到流(liú)量系數α的值(zhi)，如㊙️式(3)所示:
 
　　儀(yi)表廠商給出(chū)标定時使用(yong)的R和D,則根據(jù)測量到的△p和(he)ρ,α就可計算得(dé)到qv或qm。
2.2溫度和(hé)壓力影響的(de)補償
　　從式(1)和(hé)式(2)可知，流量(liàng)示值都與ρ成(cheng)對應的函數(shù)關系，而當被(bei)測流體爲氣(qì)體時,ρ又與工(gōng)況條件下的(de)流體溫度、壓(ya)力成對♍應的(de)☂️函數關系。在(zài)壓力較低時(shi),一般可用理(lǐ)想氣體方程(chéng)描述，如式(4)所(suo)示:
 
　　式中:ρf一實(shi)際工況下氣(qi)體密度，kg/m3;pf一實(shí)際工況下流(liú)體絕對壓力(lì)🔴,MPa;pn一标準狀态(tai)下流體絕對(dui)壓力,MPa,取值爲(wèi)0.101325MPa;Tn一标準狀态(tai)下熱力學溫(wēn)度,K,取值爲293.15K;TF一(yī)實際工況下(xià)熱力學溫度(du),K;ρn一标準狀态(tài)下氣體密度(dù),kg/m3。
　　在工況條件(jian)下，應用式(4)補(bu)償被測氣體(ti)溫度、壓力變(biàn)化引起氣體(tǐ)密度變化對(dui)流量測量結(jié)果的影響。溫(wēn)度一般用 鉑(bo)熱電阻溫度(dù)傳感器 測量(liang)，壓力由壓力(li)變送器測量(liang),由于該傳感(gǎn)器、變送🈲器般(ban)與被測流體(tǐ)接觸,所以必(bì)須解決耐腐(fǔ)蝕和防堵的(de)問題。
2.3雷諾數(shù)補償
　　在式(3)中(zhong),a不僅與彎管(guan)流量傳感器(qi)的幾何尺寸(cùn)有關,還🤩與🈲C有(yǒu)關。而C并不是(shi)一個真正的(de)常數,其數值(zhí)要受🏃‍♀️到測量(liàng)管内流體雷(lei)諾數(Rep)的影響(xiang)，所有的差壓(ya)流量計都存(cun)在這種影響(xiǎng)，而且影響的(de)程度🍓各不相(xiang)同。在流量計(ji)流量測量範(fàn)圍内，Rep又是變(biàn)化的，所以必(bi)須對全量程(cheng)範圍🎯内的ReD.變(bian)化進行在線(xiàn)補償，才能保(bao)證流🈲量測量(liàng)的JIGNDU。标👨‍❤️‍👨準GB/T2624.2--2006《用安(ān)裝在圓形截(jié)面管道中的(de)差壓裝置測(cè)量滿管流🔞體(ti)流量》中,給出(chū)了 标準差壓(yā)流量計 C=ƒ(ReD)表達(dá)式。但是彎管(guan)流量計屬于(yú)非标準差壓(yā)流量計😄,沒有(yǒu)現成的🈲補償(cháng)模型，所以必(bì)須另想解決(jue)方法。
　　解決該(gāi)問題有兩種(zhong)方案:一種是(shì)通過大量實(shí)驗獲得數據(jù)自行建模;另(ling)一種是整機(jī)校驗後,對各(ge)試驗點的示(shì)值誤差用折(shé)💘線法🐪逐點校(xiao)正，從而保證(zhèng)整套流量計(jì)精準可靠。
　　在(zai)兩種方案中(zhong),第一種方案(an)要投入大量(liang)的人力和财(cái)力,而🙇🏻且解決(jue)的是局部問(wèn)題，解決之後(hòu)，由于其他因(yīn)素的影響，整(zheng)套流量計的(de)誤差有可能(néng)較大;而第二(er)種方🐅案由于(yu)非标準流量(liang)計🎯總是需要(yao)實流标定這(zhe)道工序,則在(zai)校驗得到各(ge)試🏒驗點誤差(cha)🔞後，用折線☔法(fa)進行在線校(xiào)正，既不增加(jia)成本又直觀(guan)明了,整套流(liu)量計準确度(du)又更有保證(zheng)。采用的是第(di)二種方案,用(yong)10段折線法實(shí)現ReD影響校📧正(zheng)。典型樣機全(quan)量程範圍内(nei)的校驗點誤(wu)差和🧡校正曲(qǔ)線如圖3所示(shì)🌏。
 
　　實驗表明,當(dāng)Rep≥7X103時,a具有較高(gāo)的線性度。如(rú)果具體的測(cè)量對象由于(yú)管内氣體流(liú)速太低導緻(zhi)Rep太小，則可适(shi)當縮⭕小管徑(jing),使ReD增大。
　　典型(xing)彎管流量計(jì)在空氣流量(liang)标準裝置上(shàng)的校驗記錄(lù)見表1所✨列。由(you)表1可知，當儀(yi)表在配套校(xiào)驗後配套使(shǐ)用的條件🌏下(xià)，能得到±1.5%的準(zhǔn)确度,甚至更(geng)高。
2.4密度差異(yi)的處理
　　在氣(qì)體流量測量(liàng)過程中,被測(ce)氣體的種類(lèi)很.多,氣💛體的(de)性質差異也(yě)很大,其中對(duì)測量準确度(du)影響最大的(de)是氣體密度(dù)。在流量計做(zuò)實流校驗或(huo)校準時😄,一般(bān)流量标準裝(zhuang)置除了空氣(qi)介質之外,還(hái)有天然氣。那(nà)麽就出現了(le)一個問題:在(zài)空氣流量标(biāo)準裝置🥰上校(xiào)準合格的流(liú)量計，用來測(cè)量氯化氰流(liú)量是否🔞準确(que)?要回答🌈該問(wèn)題需要借助(zhu)式(2),從上述的(de)原❄️理分析,用(yong)同一套彎管(guǎn)流量計測量(liàng)不同種類的(de)氣體,由于物(wù)性的差異,将(jiāng)會使式(2)中的(de)C和ρ有變💜化,其(qí)中對C的影響(xiǎng)是微📧小的,可(kě)予以忽略,而(ér)ρ的變化對測(cè)量☂️結果的影(ying)響不能忽略(lue),可用式(5)予以(yi)換算。
　　式中:qmmax一(yī)實際使用介(jie)質對應的流(liú)量上限，kg/s;ρd一設(she)計工🤞況條件(jiàn)✏️下介質密度(du)，kg/m3;ρ'一設計工況(kuàng)條件下校準(zhun)介質密度,kg/m3;q'mmax校(xiào)準介質對應(yīng)💞的流量上限(xian),kg/s。
 
　　以某台氯化(huà)氰流量計校(xiao)準爲例:qmmax=604kg/h,常用(yong)工況下表壓(yā)爲p1=10kPa,溫🏃🏻度t=45°C,對應(yīng)的ρd=2.7820kg/m3,由于幹空(kōng)氣在該工況(kuang)條件下,ρ'=1.2198kg/m3,所以(yi)在空🈲氣流量(liang)标♊準裝置上(shang)校準,流量上(shàng)限q'mmax=400kg/h。
2.5取壓口的(de)設計與耐腐(fu)蝕問題的解(jie)決
　　根據GB/T2624.1--2006《用安(an)裝在圓形截(jié)面管道中的(de)差壓裝置測(cè)量滿☁️管流體(ti)流量第1部分(fen):一般原理和(hé)要求》中,對差(cha)壓式流量傳(chuán)感器的差壓(yā)信号取壓孔(kong)作了下述規(guī)定:形狀呈圓(yuán)形,不得有毛(máo)邊和卷口。取(qǔ)壓孔直徑應(ying)小于管道内(nèi)徑的0.13倍,孔徑(jìng)太大,在📐流體(tǐ)流過取壓孔(kǒng)時容易産生(sheng)渦流而引起(qi)差😄壓測量誤(wu)差，而孔徑太(tài)小,對于耐腐(fǔ)蝕彎管流量(liàng)傳感器來說(shuo)，又使噴塑🌂施(shi)工♉産生困難(nán)，因此設計時(shí)應在執行标(biāo)準的同時兼(jiān)顧可行性。
　　對(duì)于噴塑管上(shàng)的取壓孔，需(xu)要關注的是(shì)噴塑層的厚(hou)度及均勻性(xìng)，如果金屬孔(kǒng)存在90°銳緣,則(zé)在銳緣處㊙️形(xing)成的PTFE保護層(céng)就會很薄,而(er)且附着得不(bú)夠牢固，使用(yong)時間久後容(róng)易破損。爲了(le)解決該問題(ti)，金屬管圓筒(tong)形開孔與管(guan)道内外壁相(xiang)交處,加工成(cheng)90°圓弧,圓弧的(de)曲率半徑應(yīng)盡可能大。取(qǔ)壓孔的噴塑(su)層要求厚🌍度(dù)均勻，而且延(yán)伸到管道外(wài)壁足夠的距(jù)離。
　　爲解決取(qu)壓孔與PTFE管的(de)連接問題，設(she)計了一個用(yong)PTFE棒材加工而(er)成特殊的連(lian)接頭,再用金(jin)屬壓闆壓在(zai)取😍壓孔上,PTFE導(dao)壓管經管口(kǒu)翻邊後與取(qu)壓孔相連。在(zai)壓力爲0.6MPa,常溫(wēn)條件下,該連(lián)接方式能長(zhǎng)期工作。
2.6傳感(gan)器及相關設(shè)備配件的配(pèi)置
　　傳感器、差(cha)壓變送器在(zai)設計中相關(guan)配置及要求(qiú)如下:
1)90°彎管采(cǎi)用316L不鏽鋼材(cai)質,即使沒有(you)氟塑料噴塗(tu)層的保護，也(yě)可🏃🏻耐受絕大(dà)多數腐蝕性(xìng)介質的腐蝕(shi)。由于流路合(he)理🔞,沒有死角(jiǎo)，而且可以認(ren)爲90°彎管的溫(wēn)度與流體溫(wen)度基本一緻(zhi),所以不會結(jie)晶。
2)彎管内壁(bì)、連接法蘭的(de)密封面,以及(ji)差壓信号取(qu)壓孔，均噴塗(tu)新型氟塑料(liào)。由于氟塑料(liao)表面光滑，所(suo)以不會有自(zì)聚物沉積。
3)采(cǎi)用PTFE導管傳送(sòng)差壓信号。
4) 智(zhi)能差壓變送(sòng)器 内與腐蝕(shí)性介質接觸(chù)的部件,均采(cǎi)用耐腐蝕材(cai)料制♍成。
5)爲防(fang)止易結晶介(jie)質在差壓信(xìn)号管内結晶(jing)、自聚，差壓變(bian)送🔅器高低壓(yā)室及差壓信(xin)号管内,均采(cǎi)用氮氣連續(xu)吹掃,氮氣體(tǐ)積流量爲3mL/min。而(er)且短時間停(ting)止吹氣時導(dǎo)壓管也不會(hui)堵塞🏃🏻。
6)爲防止(zhi)彎管傳感器(qì)管内壁結晶(jīng),采用管外伴(bàn)熱保溫🔞。
7)如果(guǒ)彎管傳感器(qì)内壁萬一結(jié)晶、自聚時,爲(wei)了便于拆⚽開(kāi)清🤩洗,傳☎️感器(qi)采用法蘭連(lián)接。
8) 壓力變送(song)器 經特殊設(she)計的連接頭(tóu)，安裝在差壓(ya)變送器正壓(ya)室的排液口(kou)🚩上。
9)爲了徹底(di)解決腐蝕性(xing)介質對溫度(du)傳感器保護(hù)套管的腐蝕(shí)問🌈題，采用 铠(kǎi)裝鉑熱電阻(zǔ) 管外安裝方(fang)法口,并在安(an)裝完畢用發(fa)泡劑噴射法(fa)形成💰保溫層(ceng)。
3安裝注意事(shì)項
3.1變送器的(de)安裝
　　配套的(de)差壓變送器(qì)、壓力變送器(qi)和吹氣裝置(zhi)需組裝在不(bú)鏽鋼保護箱(xiang)内，保護箱安(an)裝在距傳感(gǎn)器不遠的地(dì)方。變送器應(yīng)🤟安裝♻️在保護(hu)箱内,目的是(shì)消除🔞日曬和(he)雨淋引起的(de)零點漂移。如(rú)果露天安裝(zhuāng)，由于🐇差壓測(cè)量采用的是(shì)微差壓變送(song)器,差壓㊙️膜盒(he)靈敏度高,在(zài)不同的時間(jian)，陽光照射在(zài)膜盒的不;同(tong)部位,使之受(shòu)熱不均勻,極(ji)易引起零點(diǎn)漂移。同樣的(de)道理,雨淋也(ye)會引起零點(dian)漂移。
3.2電伴熱(re)的應用
　　設置(zhi)電伴熱的目(mu)的是彌補彎(wan)管流量傳感(gan)器因自然散(sàn)熱引起的熱(rè)量損失，免除(chu)彎管内壁結(jié)晶的擔憂。如(rú)⚽果确👣定需要(yào)電伴熱📧，就須(xū)在彎管處實(shi)施絕熱保溫(wen);如🏃‍♂️果實踐證(zhèng)明彎⛷️管内不(bú)會結晶，則無(wú)需設置通電(diàn)伴熱☂️。
4儀表在(zài)現場使用情(qing)況
　　耐腐蝕型(xíng)彎管流量計(ji)投人使用後(hòu),流量示值穩(wěn)定,3a多以來未(wèi)發😄生過故障(zhàng),流量顯示值(zhi)與工藝計算(suan)結果基本相(xiàng)符。後來利用(yong)停車機會拆(chāi)下流量傳感(gan)器檢查,傳感(gan)器内壁光滑(huá)如初，未發現(xiàn)有💜結晶物的(de)沉積;差壓信(xìn)号導壓管内(nei)和差壓變送(sòng)器高低壓室(shi)内也未見結(jie)晶物。
5結束語(yǔ)
　　氯化氰氣體(tǐ)因爲易結晶(jing)和自聚,使得(dé)流量測量的(de)難度較大。采(cǎi)用 孔闆流量(liàng)計 、楔形流量(liàng)計等測量管(guǎn)内有阻流部(bu)件的流量計(jì)均無法長周(zhōu)期運行。應用(yòng)配備内壁噴(pēn)塗新型氟塑(sù)料的彎管流(liú)量傳感器，管(guan)外增加伴熱(rè)保溫，并用氮(dàn)氣連續吹掃(sao)差壓.信号管(guǎn)的方法,組成(chéng)耐腐蝕型彎(wān)管流量計,能(néng)有效地防止(zhi)介質的結晶(jing)、自聚并耐受(shòu)流🐕體的強腐(fu)蝕。該流量計(jì)經長期使用(yòng)表明，具有耐(nai)腐✔️蝕性、抗結(jié)晶能力,穩定(dìng)性好，可靠性(xìng)高，能夠适應(yīng)嚴酷的工藝(yì)條件,滿🙇‍♀️足生(shēng)産要求。該測(cè)量方式可爲(wei)與氯🏃‍♀️化氰氣(qi)體具有相似(sì)特性的介質(zhi)測量流量提(tí)供借鑒。

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