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有关科里奥利质量流量计测量异丁烯的特殊应用


文章日期:2017-06-17|阅读数:


采用ZLJ-N 系列科里奥利质量流量计对异丁烯进行测量,克服现场工艺原因造成的汽化以及诸多不便因素,对香料生产的进料进行高精度控制,提高成品质量及现场运行效率,降低成本。

1.引言

科里奥利质量流量计是一种直接式质量流量计,流量计输出可直接反映流体介质的质量流量值,其测量原理与介质的状态参数(温度、压力)和物性参数(粘度、密度)无关。科里奥利效应***早应用于气象学研究气旋,本意指某一质点按一定速度运动时,改变其运动方向后此质点仍有保持原有运动方向的趋势,并产生一个力,这个力的大小根据物理定律与质点的质量有正比关系。让内部并行的双U型测量管垂直于介质前行方向并围绕固定振动轴进行高速往复振动(谐振运动),使得测量管在介质自身前行速度与测量管谐振运动角速度的共同作用下产生科里奥利力,造成测量管微量扭转,此扭转使得入口和出口处检测电路固有正弦信号产生超前和滞后,形成相位差,由于相位差与介质质量流量有直接正比关系,从而使得通过此相位差获得介质质量流量成为可能。

异丁烯也称之为2-甲基丙烯,无色气体。分子式:C4H8;分子量:56.11,易燃,具窒息性;熔点:-140.3℃;

沸点:-6.9℃;

相对密度(水=1):0.67(-49℃);

相对蒸汽密度(空气=1):2.0;

饱和蒸汽压:131.52kPa(0℃);

燃烧热:2705.3kJ/mol;

临界温度:144.8℃;

临界压力:3.99MPa;

闪点:-77℃;

温度:465℃;

爆炸上限:8.8%(V/V);

爆炸下限:1.8%(V/V);

溶解性:不溶于水,易溶于多数有机溶剂。

2 .概述

某大型精细化工厂主要生产各类香料,其产品诸多工序中有一重要环节是控制进入反应釜的异丁烯量,确保反应釜内的化合反应稳定、高效的进行,用户对进料质量流量的测量精度和稳定性有很高要求。

由于异丁烯进入反应釜参与反应时,会产生大量热量,需要同时注入-15℃的冷盐水进行冷却降温,工艺要求反应速度必须控制在确定范围内。如果入釜时异丁烯流量过大则冷却降温的效率难以保证,会造成产品品质下降,经济损失较大;反之异丁烯的入釜流量过小则反应时间过长,生产过程中的相关能耗及冷盐水的消耗也会大幅增加,反应釜的生产效能降低。

之前企业所采用异丁烯质量流量测量方法是:通过传统的磁翻板液位计测量异丁烯罐内的液位变化以求得原料消耗的体积值,同时通过在线密度计测量异丁烯的密度,***终入釜流量是通过体积值和密度换算得来,这种方式难以保证测量的精度和实时性,容易造成生产效率低下、原料和能源的严重浪费以及成品质量的不稳定。质量流量计直接测量流体质量流量具有测量精度高、稳定性好、没有可动部件、安装方便等特点,于是决定采用科里奥利质量流量计检测异丁烯的入釜流量。

3.问题

采用西安东风机电有限公司生产的N15系列(精度为0.15)的科里奥利质量流量计替代传统测量模式。该测量模式在使用初期并不顺利,在稳定工艺条件下,流量测量值波动较大,自动化控制无法实现,反应过程不得不通过人工方式实现,使用科里奥利质量流量计的初衷没能达到。

图1为工艺流程,在与厂家围绕问题进行研究的过程中发现质量流量要根据工艺需要通过调节阀V4进行调节,当调节阀V4开度大幅增大时,质量流量计的变送器液晶显示出现报警提示:弹状流报警,异丁烯实时在线密度显著降低,约为正常工况条件下密度值的一半左右,而且密度示值波动也很剧烈,质量流量显示值有较大波动,变化幅度超过50%。

利用变送器内置的智能诊断功能可以发现质量流量计的振动频率发生波动,实流测量不稳,仪表提示可能由介质汽化造成。现场观察发现质量流量计的前后端均无压力表,无法知道准确在线压力,仅知道罐区出口压力为0.45MPa左右。

 工艺1.jpg

该企业采用氮气从顶端注入罐内推动异丁烯进入反应釜,异丁烯储罐距反应釜行程距离为150m,质量流量计安装在层高5m的二层平台入口处,距本层地面1.5m,与釜顶入口高度差为0.5m。推测此处质量流量计的后背压可能过小,低于操作温度下异丁烯的饱和蒸汽压,导致汽化现象发生,而气液两相流对科里奥利质量流量计的测量精度影响极大,所以保证测量管内的单相介质是目前解决此问题的关键所在。

4.方案

由于异丁烯储罐耐压等级较低,不宜采用直接加压的方式,且过高的压力也存在安全风险和能源消耗。根据较低背压公式:较低背压=2倍压损+1.25倍饱和蒸汽压,结合当前操作温度的饱和蒸汽压以及科里奥利质量流量计在所需流量的工况压损,得出较低背压要求。经过协商决定将科里奥利质量流量计移至罐区介质出口处。据分析此处压力可以达到要求,保证单相介质的同时没有动力源的震动干扰,保证质量流量的测量精度成为可能,仅需做好此处安装支撑并重新为传感器制作保温层即可。

为方便操作人员实时观察入釜流量、密度、温度等参数,以便及时调整反应釜前手动调节阀的开度,在满足生产工艺具体需求的同时保证其产品质量和尽可能高效的生产过程,用户要求采用分体式安装方法,将变送器安装在反应釜旁的操作平台。

 

由于罐区布线槽盒恰好是与介质流通管线并行进入反应车间的,经过分析决定采用带自适应滤波器的高精度智能数字变送器,即使分体式信号电缆行程近150m,信噪比也有保证,超长距离的信号传输对于N15系列质量流量计的测量精度影响不大,可以确保企业实际的测量需求,进而确认了***终方案。

5.结果

按照事先预定的方案对工艺现场经过一系列的改造,重新启用科里奥利质量流量计后,质量流量控制完全达到工艺要求,在分体距离超远的情况下,保证了信号来源的稳定性,利用自适应滤波器强大的抗噪性,DSP解算的高效性,确保了质量流量和密度测量的稳定和准确,改造前后的流量、密度测量值见表1。

工艺2.jpg

经过多批量生产的实地跟踪和成品分析,工艺人员表示满意,并***终达到了预期效果,保证了企业的经济利益;也证明了科里奥利质量流量计在保证其需求的工艺条件下,完全可以满足特殊介质的质量流量测量精度和其工艺生产效率及成本的精准控制。

 

 



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