质量流量计测量高粘度流体流量

介绍了质量流量计的测量原理。举例说明了质量流量计在高粘度流体流量测量中的应用。

在化工生产过程中,常常有高粘度、易结晶的流体流量需要测量。这样的流体即使在高温下输送(有热媒体加热及保温层),其粘度也是很高的,且经常会有少量固体颗粒杂质。通常采用椭圆齿轮流量计或旋转活塞流量计进行就地测量指示。首先是仪表的保温无法解决,其次是精度难以满足要求,更无法实现自动控制。我们在某厂选用质量流量计测量高粘度渣油的流量,获得了令人满意的效果。

质量流量计是根据科里奥利效应制成的,因此又称科里奥利质量流量计。

金属U型管(传感器)如图1,流体从U型管一端流入,另一端流出。如果使U形管做向上运动,则流入侧流体产生一向下的压力,流出侧液体产生一向上压力,两个作用力的合成引起U形管扭曲,其扭曲程度的大小与流体的质量流量成正比,如图2。U形管做向下运动时,情况完全相反,U形管产生另一方向的扭曲。

我们令U形管做有规律的上下运动(用激磁电流进行激励)。管内没有流量时为平行振动,而有流量时就变成反复扭动,测量B点的形变,应为一正弦曲线,如图3。

分别测量A点和B点的形变,可得两个正弦信号的相位差(△t),如图4,两点正弦信号相位差的大小与U形管扭曲大小相对应。因此,测量△t则可测量流体的质量流量。△t与质量流量Qm的关系如下:

其中K为与U形管弹性系数、弯曲半径等几何常数有关的常数,质量流量仅与△t成正比,与被测介质的工况无关,这就为高粘度流体的测量奠定了理论基础。

图1 向上运动时传感管上的作用力   下载原图

图2 检测器U形管扭转图   下载原图

图3 检测器形变示意图   下载原图

图4 正弦曲线的相位差   下载原图

精炼炉工艺控制流程如图5,渣油经供油管网进精炼炉油咀燃烧,开炉时先加油升温,达到一定温度后,加富氧空气进行脱硫反应,同时切断进油管线。待进行还原反应时,继续加油燃烧,切断进气管线。渣油流量的大小及与富氧空气切换的快慢直接影响炉内的反应效果。

渣油工况:温度120℃ ,压力0.8 MPa,密度900kg/m,流量120kg/min。动力粘度2.7Pa.s,管径40mm。

我们选择corimass MFsl000250s质量流量计(单管串联型),标称流量250kg/min(以20℃水作标准),管径40mm,电加热型。这种质量流量计与其它型式质量流量计相比有如下优点:

(1)测量管采用大横截面管,弯曲半径大,保证了测量时压力损失***小。

图5 精炼炉工艺控制流程图   下载原图

(2)由于具有双管测量,因而对外来的震动干扰不敏感,抗干扰性强。

(3)由于双测量管是由单管串联而成,不用分流,流量相等,因而零点稳定。

(4)测量管管壁厚,***脆弱的焊缝在***受力的测量管直管段中部(见图6),测量管的振荡支点避开了焊缝,其受力状态为扭动而不是弯曲,从而保证了仪表有较长的寿命。

图6 检测器结构图   下载原图

(5)振荡频率低,仅100Hz左右,转换器可以对每l Hz信号进行多点采样,从而提高测量精度。

将渣油流量与精炼炉温度组成串级调节系统,在进口油管安装自动调节阀,根据炉内的反应温度自动切断和调节油量的大小,保证***佳反应状态,减少纯滞后时间。

(1)质量流量计***好是垂直安装,这样可以使悬浮的固体颗粒下沉,夹杂的空气或其它气体的气泡上浮,以保证测量精度。另外,***好将流量计安装在上升管道的较低部位,这样可以避免检测器内聚集气体,同时可以获得一定的背压。

(2)质量流量计有一个***大特点就是量程比大,在同一工况条件下,有几个口径的流量计可以选择。在选择流量计口径时。应综合考虑测量范围和压力损失。考虑到高粘度流体的压力损失较大,我们在有DN25 和DN40 两种口径同时可选择的条件下(价格相同),选择口径为DN40。不能单一地要求压力损失越小越好,否则加大仪表口径不仅增加设备费用,同时大口径仪表在小流量下运行会增加测量误差。

(3)在系统刚开始运行时,仪表读数出现抖动现象,这是由于我们仍采用网式过滤器,系统阻塞,阻力过大的结果。我们在流量计前安装BPZL型电动过滤器,它既有加温功能,又有过滤效果,保证了供油管线的畅通。

在上述工艺过程中使用质量流量计后,使渣油与富氧空气的切换成为自动控制,渣油的流量均匀、稳定、。现场环境清洁。减轻了操作工人的劳动强度,缩短了纯滞后时间,保证了产品的质量,提高了经济效益。

自使用质量流量计以来,经数次实数标定,精度符合生产要求,我们认为科里奥利质量流量计具有测量精度高、稳定性好、操作简便等特点,是一种比较理想的测量高温渣油流量的仪表。不仅如此,对于化工、冶金生产中的其它一些高温、高粘度、易结晶的流体的测量也提供了一条成功的经验。