摘要(yào):在三聚氯氰生産(chan)過程中,需正确地(di)測量進聚📱合反應(yīng)器的氯化氰單體(ti)的流量。介紹了常(chang)用的測量儀🌈表及(ji)存在⛹🏻‍♀️的不足,針對(dui)氯化氰單體流量(liàng)測量時,存在的結(jié)晶和結垢物堆積(ji)問題,提😍出一種耐(nài)腐蝕抗結晶彎管(guǎn)流量計的方案。闡(chǎn)述了該流量計測(ce)✉️量原理、影響💰測量(liàng)補償問題以及儀(yí)表安裝注意事項(xiang)。實際應用表🧑🏾‍🤝‍🧑🏼明:該(gāi)流量計具有耐腐(fǔ)蝕性、抗結晶能力(lì)，穩定性好、可靠性(xing)高等特點,能夠适(shi)應嚴酷的工藝條(tiao)件,滿足生産要求(qiu)。對于與氯化氰氣(qi)體具有🈲相似特性(xing)的介質,有借鑒意(yi)義。
　　三聚氯氰是一(yī)種重要的精細化(huà)工産品,具有廣泛(fàn)的用途,主要用作(zuò)農藥工業的中間(jian)體，是活性染料的(de)原料。在三聚㊙️氯氰(qíng)生産過程中,需要(yao)正确地測量進聚(ju)合反應器的氯化(huà)氰單體的流量🏃🏻。氯(lǜ)化氰流量㊙️的測量(liàng)難💘度在于介質遇(yù)水分✏️解爲鹽酸💋,具(ju)有腐蝕♈性。該介質(zhi)沸點較低,而且👉與(yu)熔點靠得很近，極(ji)易液💚化和結晶而(er)堵塞流量傳感器(qì)差壓信号傳輸通(tong)道🐇甚至堵塞節流(liu)件🐉本身。在工藝流(liú)程中,進入反應器(qi)的🥵氯化氰的溫度(du)需嚴格控制在環(huán)境溫度以上的适(shi)當數值，氣體處于(yu)過熱狀态。但在寒(hán)冷冬季,管道㊙️自然(ran)散熱以及一♍些其(qí)他🏃🏻因素會使某些(xie)部位的氣體低于(yú)最佳溫度。如果流(liú)☀️程短時停車,則會(huì)使局部♈溫度📧進人(rén)飽和狀态,甚至.使(shǐ)氯🐕化氰結爲固體(ti),粘附在儀表及🐉管(guǎn)道内壁等部位，影(yǐng)響流量測⁉️量。
　　氯化(hua)氰氣體物性很特(tè)殊,在大氣壓力條(tiáo)件下，溫度🌈爲13.1°C就㊙️凝(níng)🍓結爲液體,溫度低(dī)于6.5°C就結晶，因此,操(cao)作時須時刻注意(yì)溫度的變化。
1腐蝕(shi)性介質流量測量(liang)現狀
1.1現有儀表測(ce)量腐蝕性介質的(de)不足
　　解決腐蝕性(xing)介質對儀表的腐(fu)蝕的方法,幾十年(nian)來一直成爲很多(duo)課題”。對于腐蝕性(xing)氣體的流量測量(liàng)🌍，常年以來🔞一直👈采(cǎi)用标準孔闆,但是(shì)早期的 差壓變送(song)器 ，還沒有解決耐(nai)強腐蝕問題，儀表(biǎo)用戶隻能采用隔(ge)離液将差🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓變送(song)器的敏感元件與(yǔ)腐蝕性介質隔開(kāi)。該方法㊙️存在風險(xiǎn),由于操作失當或(huo)隔離液洩漏導緻(zhì)隔🚶‍♀️離液損💋失，進而(ér)引發測量誤差🌂，甚(shèn)至引起腐💔蝕性介(jiè)質侵入變送器，以(yǐ)緻儀表損壞。
　　自從(cong)钽膜片、 法蘭膜片(pian)隔離式差壓變送(sòng)器 、壓力變送器使(shǐ)用後,大多已放棄(qi)用隔離液防腐蝕(shi)的方法，而采用既(jì)有效又可靠的钽(tǎn)膜片隔離的方法(fǎ)”。例如在三聚氯氰(qíng)過程🏃中,采用内襯(chen)聚四氟乙烯(PTFE)管道(dào),流量測量🌈方案是(shì)在内襯PTFE法蘭之🔞間(jian),夾上一片哈氏C材(cái)質的标準孔🌏闆,在(zai)孔闆前後的管道(dào)上,預留好DN50(或DN80)法蘭(lán)管🌈口,然後安裝 法(fa)蘭膜片(钽膜片)隔(gé)離式差壓變送器(qi) 即可。壓力測量方(fang)法與差壓測量相(xiang)似,但是運行結果(guo)表明,該方🙇‍♀️法對于(yú)測量氯化氰流量(liàng)有一些不足。因爲(wei)💋使用✏️一段時間♍後(hou)，在孔闆前後的邊(bian)緣處以及差壓變(biàn)♋送器的膜片上會(hui)結滿晶體和自聚(ju)固态物❤️質,所以造(zào)🍉成無法使用。耐腐(fu)蝕 孔闆流量計 的(de)安裝結構如圖1所(suǒ)示。
 
　　經分析,自聚(jù)物堆積堵塞的原(yuan)因是孔闆等死角(jiǎo)處流體流速太低(di),給黏稠的固态物(wù)質的沉積創造了(le)條件。而隔離膜片(pian)表面結晶，則是因(yīn)爲變送，器測量頭(tóu)是一個尺寸🔞較大(da)的金屬塊,而且被(bei)置于法蘭管口處(chù),環境溫度較低時(shi)膜片溫度太低，容(róng)易造成結晶。
　　爲了(le)改變孔闆前後聚(ju)積結晶物的問題(ti)，曾經試用 楔形流(liú)量計 來測量腐蝕(shi)性介質流量。死角(jiao)的聚積物狀況雖(sui)比孔闆方法💞好一(yī)些，但是仍然存在(zài)的。随應用時間的(de)延長,結晶物堆積(jī)仍然很🌂嚴重,因此(ci)也不能長時間使(shi)用。
1.2聚積物對流量(liàng)測量的影響
　　安裝(zhuāng)在工藝管道上的(de)孔闆節流裝置、楔(xie)形流量傳🧡感器以(yi)及法蘭膜片隔離(lí)式差壓變送器測(cè)量頭,在工況🙇‍♀️條件(jiàn)下使⛱️用一段時間(jiān)後，就會在法蘭膜(mó)片上積滿結晶體(ti)及🔞自聚生成污垢(gou)，在所有的邊緣處(chu),也都堆積了聚積(jī)物,使流體的流路(lu)偏離了❓正确的軌(guǐ)💜迹,從而導緻傳感(gan)器的流💃量系數發(fa)生變化,産生測量(liang)誤差。因爲法⛷️蘭膜(mo)片積滿結晶體和(he)污垢後,就失去了(le)壓力傳遞的靈敏(min)度，以緻在結🔱垢初(chu)期,表現爲流♻️量示(shì)值的漂移,随着結(jie)垢程度的加重，流(liú)量計顯示的流量(liàng)值完全不随管道(dào)内流體流量的變(biàn)化而變化。這些結(jie)晶體雖然從儀表(biao)維修的角度可以(yǐ)想辦法清除,但是(shi)有兩個困難🙇‍♀️:一是(shì)邊緣處很難清理(li)☂️幹淨;二是隔離膜(mó)片太薄，大約隻有(yǒu)100μm,又布滿環形波紋(wén),清理時易變形損(sǔn)壞。所以，上述🌈測量(liàng)儀表因維修難度(dù)大而棄之不用。
2耐(nài)腐蝕抗結晶彎管(guan)流量計的研發
　　因(yin)爲流量測量的多(duo)樣性和流體的複(fu)雜性,一.直以🆚來流(liú)量☂️測量都是一個(gè)業界難題。耐腐蝕(shí)抗結晶彎管流㊙️量(liàng)計就是針對複雜(zá)流體而研發的。
2.1彎(wan)管流量計工作原(yuan)理
　　彎管流量計由(you)一個90°彎管(傳感器(qi))和差壓變送器等(děng)組成👣,結構㊙️如圖2所(suo)示。彎管流量計是(shi)利用流體流過90彎(wan)管時,由于受到角(jiǎo)♌加速度的作用而(ér)産生離心力🔴，使彎(wan)管的外側♍管壁壓(ya)力p:增加，從而與彎(wān)管的内側管壁壓(yā)力p2之間形成壓差(cha)△p,壓差的平方根與(yu)流量成正比。
 
　　在式(shi)(1)和式(2)中,由于R和D的(de)實際值與名義值(zhi)之間都有一-定偏(piān)差,取壓孔位置與(yǔ)理想位置之間也(ye)會有微小的偏差(cha),所以，如果不經實(shi)流标定,隻能得到(dào)約4%的不确定度，。爲(wei)此,儀表出庫之前(qian),必須做實流标定(dìng)得到流量系數α的(de)值，如式(3)所示:
 
　　儀表(biao)廠商給出标定時(shi)使用的R和D,則根據(jù)測量到的✉️△p和✌️ρ,α就可(kě)計💋算得到qv或qm。
2.2溫度(dù)和壓力影響的補(bǔ)償
　　從式(1)和式(2)可知(zhī)，流量示值都與ρ成(cheng)對應的函數關系(xi)，而當被測流體爲(wèi)氣體時,ρ又與工況(kuang)條件下的流體溫(wēn)度💃、壓力成對應的(de)函數關系。在壓力(li)較低時,一般可用(yòng)理想氣體🚩方程描(miáo)述，如式💯(4)所示:
 
　　式中(zhong):ρf一實際工況下氣(qì)體密度，kg/m3;pf一實際工(gōng)況下流體絕對壓(ya)力,MPa;pn一标準狀态下(xià)流體絕對壓力,MPa,取(qǔ)值爲0.101325MPa;Tn一标準狀态(tai)下熱力學溫度,K,取(qu)值爲293.15K;TF一實際工況(kuang)下熱力學溫度,K;ρn一(yī)标準狀态下氣體(ti)密度,kg/m3。
　　在工況條件(jiàn)下，應用式(4)補償被(bèi)測氣體溫度、壓力(li)變化引起😘氣體密(mì)度變化對流量測(cè)量結果的影響。溫(wen)度一般用 鉑熱電(diàn)阻溫度傳感器 測(ce)量，壓力由壓力變(bian)送器測量,由于該(gai)傳感器、變送器般(ban)與被測流體接觸(chu),所以必須解決耐(nài)腐蝕和防堵的問(wèn)題。
2.3雷諾數補償
　　在(zài)式(3)中,a不僅與彎管(guan)流量傳感器的幾(jǐ)何尺寸有關,還與(yu)🌈C有關。而C并不是一(yi)個真正的常數,其(qí)數值要受到測量(liàng)管‼️内流🔞體雷諾數(shù)(Rep)的影響，所有的差(chà)壓流量♊計都存在(zai)這種影響，而且影(yǐng)響的程度🏃🏻‍♂️各不相(xiang)同。在流量計流🚶量(liang)測量範圍内，Rep又是(shi)變化的，所以必須(xu)對全量程範圍📐内(nei)的ReD.變化進行在線(xian)補償，才能保證流(liú)量測量的JIGNDU。标準GB/T2624.2--2006《用(yong)安裝在圓形截面(mian)管道中的差壓裝(zhuāng)置測量滿管流體(ti)流量》中,給出了 标(biāo)準差壓流量計 C=ƒ(ReD)表(biao)達式。但是彎管流(liu)量計屬于非标準(zhǔn)差壓流量計,沒有(you)現成的🌐補償模型(xíng)，所以必須另想解(jiě)決方法。
　　解決該問(wen)題有兩種方案:一(yī)種是通過大量實(shí)驗獲得數據⭐自🧑🏾‍🤝‍🧑🏼行(háng)建模;另一種是整(zheng)機校驗後,對各試(shì)驗點的示值誤差(chà)用折線法🌈逐點校(xiao)正，從而保證整套(tào)流量計精準可靠(kào)。
　　在兩種方案中,第(di)一種方案要投入(rù)大量的人力和财(cai)力🐇,而且解決的是(shì)局部問題，解決之(zhī)後，由于其他🧡因素(su)的影響，整套流量(liàng)計的誤差有可能(néng)較大;而第二種方(fāng)🛀案由于非标準流(liu)量計總是需要實(shi)流标定㊙️這道工序(xu),則在校驗得到各(ge)試驗點誤差後，用(yong)折線法進行在線(xian)🌐校正，既不增加成(cheng)本又直觀明了,整(zhěng)套流量計準确🔴度(dù)又更有保證。采🔴用(yong)的是第二種方案(àn),用10段折線🌈法實現(xian)ReD影響校🚩正。典型樣(yang)機全量程範圍内(nèi)的校驗點誤差和(he)校正曲線如圖3所(suǒ)示。
 
　　實驗表明,當Rep≥7X103時(shi),a具有較高的線性(xing)度。如果具體的測(ce)量對⚽象由于管内(nèi)氣體流速太低導(dǎo)緻Rep太小，則可适當(dang)縮小管徑,使ReD增大(da)。
　　典型彎管流量計(jì)在空氣流量标準(zhǔn)裝置上的校驗記(ji)錄見表1所列。由表(biǎo)1可知，當儀表在配(pèi)套校驗後配套使(shǐ)用的條件下，能得(de)到🏒±1.5%的準确度,甚至(zhì)更高。
2.4密度差異的(de)處理
　　在氣體流量(liang)測量過程中,被測(ce)氣體的種類很.多(duo),氣🚩體🏃‍♂️的🌈性質差異(yì)也很大,其中對測(cè)量準确度影響最(zuì)大的☎️是氣體密度(dù)。在流量計做實流(liu)校驗或校準時,一(yi)般流量标準裝置(zhi)除了空氣介質之(zhī)外,還有天然氣。那(na)麽就出現了一👣個(ge)問題:在空氣流量(liàng)标準裝置👈上校準(zhun)合格的流量計，用(yòng)來測量氯化氰流(liú)量是否☂️準确?要回(hui)答該問題需要借(jie)助式(2),從上述的原(yuan)理分析,用同一🔞套(tao)彎管流量計測量(liang)不同種類的氣體(ti),由于物性的差異(yì),将會使式(2)中的C和(he)ρ有變㊙️化,其中對C的(de)影響是微💃小的,可(kě)予以忽略,而ρ的變(biàn)化對測量結果的(de)影響不能忽略🈲,可(ke)用式(5)予以換算。
　　式(shi)中:qmmax一實際使用介(jie)質對應的流量上(shang)限，kg/s;ρd一設計工況⛷️條(tiao)件下介質密度，kg/m3;ρ'一(yī)設計工況條件下(xia)校準介質密度⭕,kg/m3;q'mmax校(xiào)準介質對應的流(liú)量上限,kg/s。
 
　　以某台氯(lǜ)化氰流量計校準(zhǔn)爲例:qmmax=604kg/h,常用工況下(xià)表壓爲p1=10kPa,溫度t=45°C,對🔅應(yīng)🆚的ρd=2.7820kg/m3,由于幹空氣在(zai)該工況條件下,ρ'=1.2198kg/m3,所(suǒ)以㊙️在空🔞氣流量标(biāo)準裝置上校準,流(liu)量上限q'mmax=400kg/h。
2.5取壓口的(de)設計與耐腐蝕問(wèn)題的解決
　　根據GB/T2624.1--2006《用(yòng)安裝在圓形截面(mian)管道中的差壓裝(zhuang)置測量滿管流體(tǐ)流量第1部分:一般(bān)原理和要求》中,對(dui)差壓式流量傳感(gǎn)器的差壓信号取(qǔ)壓孔作了下述規(guī)定:形狀呈圓形,不(bú)得有毛✉️邊和卷口(kou)。取壓孔直徑應小(xiao)于管道内徑的0.13倍(bèi),孔徑太大,在流體(tǐ)流過🌈取壓孔時♌容(róng)易産生渦🤞流而引(yin)起差壓測量誤差(chà)，而孔徑太小,對于(yú)耐腐蝕彎管流量(liàng)傳感器來說，又使(shi)噴塑🍓施工産生困(kun)難👉，因此設計時應(yīng)在執行标準的同(tong)時兼顧可行性。
　　對(duì)于噴塑管上的取(qu)壓孔，需要關注的(de)是噴塑層的厚❗度(du)及均勻性，如果金(jin)屬孔存在90°銳緣,則(zé)在銳緣處🏃‍♀️形成的(de)PTFE保護層就會♉很薄(bao),而且附着得不夠(gou)牢固，使用時間久(jiu)後容易破損。爲了(le)解🔅決該問題，金屬(shu)管圓筒形開孔🚩與(yǔ)管道内外壁相交(jiāo)處,加工成90°圓弧,圓(yuan)弧🌈的曲率半徑應(yīng)盡可能大。取壓孔(kong)的噴塑層要求厚(hou)度均勻，而且⁉️延伸(shēn)到管道外壁🙇‍♀️足夠(gou)的距離。
　　爲解決取(qǔ)壓孔與PTFE管的連接(jie)問題，設計了一個(gè)用PTFE棒材加工而成(chéng)特殊的連接頭,再(zài)用金屬壓闆壓在(zài)取壓孔上,PTFE導壓管(guǎn)經管口翻邊後與(yǔ)取壓孔相連。在壓(ya)力爲0.6MPa,常📞溫條件下(xia),該連接方式💯能長(zhang)期工作。
2.6傳感器及(jí)相關設備配件的(de)配置
　　傳感器、差壓(ya)變送器在設計中(zhong)相關配置及要求(qiu)如下:
1)90°彎管采用316L不(bu)鏽鋼材質,即使沒(méi)有氟塑料噴塗層(céng)的保護💜，也可耐受(shòu)絕大多數腐蝕性(xing)介質的腐蝕。由于(yú)流路合理,沒有💁死(si)角，而且可以認爲(wèi)90°彎管的溫度與流(liu)體溫度基本一緻(zhì),所以不會結晶。
2)彎(wan)管内壁、連接法蘭(lan)的密封面,以及差(cha)壓信号取壓孔，均(jun1)噴⚽塗新型氟塑料(liào)。由于氟塑料表面(miàn)光滑，所以不會有(you)自聚物沉積。
3)采用(yong)PTFE導管傳送差壓信(xìn)号。
4) 智能差壓變送(sòng)器 内與腐蝕性介(jiè)質接觸的部件,均(jun)采用耐腐蝕材料(liao)制成。
5)爲防止易結(jie)晶介質在差壓信(xin)号管内結晶、自聚(jù)，差壓🌐變送器高低(dī)壓室及差壓信号(hào)管内,均采用氮氣(qì)連續☂️吹掃,氮氣體(ti)積流量爲3mL/min。而且短(duǎn)時間停止吹氣時(shí)導壓♊管也不會堵(du)塞🔞。
6)爲防止彎管傳(chuan)感器管内壁結晶(jing),采用管外伴熱保(bao)溫。
7)如果彎管傳感(gan)器内壁萬一結晶(jīng)、自聚時,爲了便于(yú)💯拆開清洗,傳🈚感器(qì)采用法蘭連接。
8) 壓(yā)力變送器 經特殊(shū)設計的連接頭，安(an)裝在差壓變送器(qi)正壓室的排液口(kǒu)上。
9)爲了徹底解決(jue)腐蝕性介質對溫(wen)度傳感器保護套(tào)管的腐蝕🔅問題，采(cai)用 铠裝鉑熱電阻(zǔ) 管外安裝方法口(kou),并在安裝完畢用(yòng)發泡劑噴射法形(xing)成♊保溫層。
3安裝注(zhù)意事項
3.1變送器的(de)安裝
　　配套的差壓(ya)變送器、壓力變送(song)器和吹氣裝置需(xu)組裝在不鏽鋼保(bǎo)護箱内，保護箱安(ān)裝在距傳感器不(bu)👣遠的地方。變送器(qì)應安裝在保護箱(xiāng)内,目的是消除日(rì)曬和雨淋引起的(de)零😘點漂移。如果露(lù)天安裝，由于差壓(yā)測量采用的是微(wei)差壓變送器,差壓(yā)膜盒靈敏度高,在(zai)不同的時間，陽光(guang)照射在膜盒的不(bú);同部位,使之受熱(re)不均勻,極易引起(qǐ)零點漂移。同樣的(de)道理📐,雨淋也會引(yin)起零點漂移🌐。
3.2電伴(ban)熱的應用
　　設置電(diàn)伴熱的目的是彌(mí)補彎管流量傳感(gǎn)器因自然🚶‍♀️散熱引(yǐn)起的熱量損失，免(mian)除彎管内壁結晶(jing)的擔憂。如果确定(ding)需💃🏻要電伴熱，就須(xu)在彎管處實施絕(jué)熱保溫;如果實踐(jian)證明彎管内不✔️會(hui)結晶，則無需設置(zhi)通電伴熱。
4儀表在(zai)現場使用情況
　　耐(nài)腐蝕型彎管流量(liàng)計投人使用後,流(liu)量示值穩定🔴,3a多以(yǐ)來未發♌生過故障(zhang),流量顯示值與工(gong)藝計算結果基本(běn)相👌符。後來利用停(ting)車機會拆下流量(liang)傳感器檢查,傳感(gǎn)器内🏃‍♀️壁光滑如初(chū)，未🚶‍♀️發現有結晶物(wù)的沉積;差壓信号(hao)導壓管内和差壓(yā)變送器高低壓室(shì)内♉也未見結晶物(wù)。
5結束語
　　氯化氰氣(qì)體因爲易結晶和(he)自聚,使得流量測(cè)量的難度🈚較大。采(cai)用 孔闆流量計 、楔(xiē)形流量計等測量(liàng)管内有阻流部件(jian)的流量計均無法(fa)長周期運行。應用(yòng)配備内壁噴塗新(xīn)型氟塑料的彎🌈管(guǎn)流量傳感器，管外(wai)增加伴熱保溫，并(bìng)用氮氣♉連續吹掃(sǎo)差壓.信号管✉️的方(fāng)法,組成耐腐蝕型(xing)彎管流量計,能有(yǒu)效地防💰止介質的(de)結晶、自聚并耐受(shou)流✌️體的強腐蝕。該(gāi)流量計經長期使(shǐ)用表明，具有耐腐(fu)蝕性、抗結晶能✏️力(lì),穩定性好，可靠性(xìng)高，能夠适✂️應嚴酷(ku)的工藝條件,滿😄足(zu)生産✔️要求。該測量(liàng)方式可爲與氯化(hua)氰氣體具有相似(si)特性的介質測量(liang)㊙️流量提供借鑒。

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