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        E+H質量流量計氯乙烯加料過程中的應用

        2021-12-01

        隨著計算機技術的發展和應用,自動控制理論和技術在現代化高新技術領域中的應用也越來越廣泛。PVC生產中原料加料的計量一直備受企業的關注,主要原料之一---氯乙烯單體(VCM)計量精確度的控制尤為重要??刂芕CM加料量、把握其精確度是保證PVC質量及產量的關鍵因素,而計量使用的流量計也日漸成為各企業關注的焦點。


        1.質量流量計簡介

        工業生產的節能降耗對成本核算管理的要求較高,流量計的使用越來越廣,且對其精度的要求也來越高。不同的測量方式和流量計內部結構對流量計的使用方法、使用條件及工藝操作均有不同的測量要求。石河子中發化工有限責任公司(簡稱石河子中發公司)是新疆天業(集團)有限公司下屬的具有8萬 t/a PVC生產裝置的子公司,生產的PVC-SG2~SG8型樹脂廣泛應用于管材、型材、門窗、裝飾板、食品包裝膜等領域。石河子中發公司采用電石與水反應生成乙炔,再與氯化氫合成VCM,再經懸浮法聚合生產PVC。常溫下,VCM為氣體,且有毒、易燃、易爆。圖1為VCM進料的流程簡圖。在該工藝中,被檢測的介質為液體(含有極少量的氣、固體混合物),或是氣/液體的混合物,且有較高的黏稠度、腐蝕性、防爆要求,及很高的環境溫度、介質溫度、工作壓力等要求。

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        1.1測量原理

        目前,PVC生產企業使用的VCM自動加料流量的計量儀表有:體積型流量計和質量型流量計。大部分加料系統的配制及工藝管理等都是以質量為單位計算的,這就要求部分配制崗位需進行質量與體積換算,涉及密度、質量、體積的換算較為繁瑣。對于生產牌號較多的PVC企業而言,頻繁地換算對控制系統及操作人員的要求更高。因此,選用一種精度較高、性能穩定、能夠直接測量料液質量的質量流量計是十分必要的。依據用戶要求及不同的用途,進行質量或體積的計量均可在流量計中進行設定。

        石河子中發公司VCM計量采用德國 Endress+ Hauser 公司的 Proline promass83(E+H83)科氏力質量流量測量系統。該流量測量系統由傳感器和智能型變送器構成測量單元及變送單元,可提供質量流量、體積流量、溫度、密度4種信號的輸出。其原理是:利用被測流體流經振動管時,能夠產生與液體的質量流量成正比的科氏力(科氏力是與管內液體的質量、液體在管道中某一質點的流速、此管道繞其垂直軸向的角速度及垂直的切向力成一定比例關系)的原理制成的。目前,許多科氏力質量流量計都采用單直管型振動測量管加激振的結構。傳感器的激振點設在振動測量管的中間點,檢測點設在測量管兩端對稱的位置。當被測介質流經測量管時,傳感器可檢測入口與出口科氏力相位差,而質量流量只與相位差及幾何常數有關(質量流量與相位差成正比),與流量管的振動頻率和角速度無關。因此,通過測定兩檢測點的相位差測量液體的質量流量,相位差與液體的質量流量、激振點的頻率成正比。沒有流體流過流量管時,流量管不發生扭曲,傳感器檢測出兩端的信號為同相位;當流體流過流量管,且流量增大時,流量管的扭轉角增大,同時流量管扭動的相位差(即傳感器檢測的入口與出口科氏力相位差)增大,通過計算就可得出物料的質量流量。

        1.2使用范圍

        E+H83系列質量流量計用于測量液體和氣體的質量流量,也可測量流體的密度和溫度。測得的參數值可用于計算其他變量(如體積流量)。不同特性的各種流體均可被測量,如巧克力、煉乳、液態糖、油、脂眆、酸、堿、油漆、涂料、溶劑、清潔劑、藥品、催化劑、阻化劑、懸浮液、氣體等。

        1.3選型及使用

        從儀表的使用及維護經驗可知:要使儀表達到所要求的精度,必須正確選型、安裝與使用。儀表維護人員在選擇、使用、維護儀表時,不能僅簡單地從儀表本身考慮,而要全面考慮工藝、設備及工作環境是否達到儀表正常使用的要求,這樣才能使每臺儀表充分體現其功能。在VCM質量流量計初選型時,要與工藝技術人員商治參數,從而為生產提供準確可靠的計量數據。在確保參數準確無誤的同時,根據現場可能出現的特殊情況(如介質特性、介質密度、正??刂茐毫?、允許壓力損失等)考慮被測介質密度、黏度、流速等變化對介質計量產生的影響;被測介質是否會因環境溫度而產生較大的溫度、壓力變化等;現場生產設備及現場因開關閥門、泵類引起的機械振動對流量計測量管振動、頻率的影響等。根據提供的詳細參數,作好初期選型工作。E+H83系列質量流量計可對上述問題進行校正,如可進行溫度、壓力補償;可根據被測介質的溫度和密度的變化(在允許范圍內),通過智能變送器自動進行溫度和壓力補償,并且可以減小由流量計外界振動帶來的不利影響。為了防止外部機械振動和管內壓力分布不均勻對計量精度的影響,流量計傳感器采用雙測量管或單檢測管帶消振管的雙管結構,從而使測量管熱穩定性好、管內壓力分布均勻。如設計較為完善,

        只要滿足安裝要求,就可以達到穩定測量的目的。

        1.4安裝時注意事項

        VCM質量流量計的正確安裝是十分重要的。

        如安裝不當,將造成流量計無法正常使用,更無法精確計量。在安裝中要注意以下事項

        (1)按照安裝要求進行合理安裝。確認傳感器銘牌上的箭頭方向與流體的流向(流體流過管道的方向)一致,以確保測量的準確性。當測量管內夾帶氣泡時,會產生測量誤差,應避免流量計內空氣積聚,因此,流量計不可安裝在管道的ui高點或直接安裝在向下的放空管道出口處;傳感器應安裝在泵的下游(避免真空)或垂直于管道的zui低點處;有些測量介質需要減少傳感器處的熱量損失,可考慮伴熱(如既可采用電伴熱,也可用銅管通熱水或蒸汽對傳感器進行伴熱)。對直管段無特殊要求,安裝時應盡可能遠離閥門、三通和彎通等管件。為避免振動,可在選型時根據需求采用高振動頻率的測量管,從而確保測量系統不受管道振動的影響,正常運行。

        (2)因為質量流量計是通過測量管的振動來測量流量的,所以安裝現場的周圍要盡量避免有較大的振動源,外界振動會引起質量流量計的流量計量零點發生變化,造成測量誤差增大,嚴重時將導致無法正常測量;另外,外界振動和應力也會影響傳感器的諧振頻率。為防止這些不利因素造成的影響,還應減少來自無線設施、雷達等設備的干擾,尤其是在現場工藝設備、電氣設備復雜的情況下,質量流量計工作地點應盡量遠離大型變壓器、電機等產生較大磁場的設備,以防止其產生的磁場干擾質量流量計的精度,并嚴格按照相關規定做好接地、屏蔽等抗干擾措施,以防止這些干擾因素造成的各種不安全事故的發生。

        (3)儀表操作人員及安裝人員必須經過嚴格培訓,包括操作、工藝、設備的維護等及異?,F象的應變能力等;按照安裝要求進行安裝是完全必要的。

        1.5參數的設置

        在投人使用前,要正確設置VCM質量流量計傳感器的參數。這些參數的設置對質量流量計能否正常投用是十分重要的。其主要包括:流量系統的設置,如介質的性狀(如氣體、固體、液體)、比例系數、阻尼系統、頻率系統、小流量切除等參數。特別是在初次安裝完成后,要對質量流量計進行“滿管清零”,確保計量準確性。在日常調試過程中,也需要進行“滿管清零”,確保傳感器中充滿液體,且需嚴格靜止,以防止泄漏、流動等因素可能造成的偏差。表1是質量流量計儀表變量的設定實例(HART協議儀表變量),雖參數設置較為復雜,但必須準確無誤。

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        1.6出現的問題及解決辦法

        石河子中發公司VCM質量流量計在使用初期,存在如下問題。

        (1)質量流量計測得的流量波動較大。該現象多為泵氣蝕或是工藝不穩定造成的,與質量流量計的關系較小。

        (2)無流量顯示或瞬時流量不變化。發生此故障的原因多為質量流量計堵結(拆除清理即可)或是入釜氣動閥門未開造成。根據多年使用情況可知該質量流量計使用方便,基本處于免維護狀態。通過對常見故障的分析處理,使質量流量計在VCM加料過程中發揮了計量準確、可靠、靈活方便的優勢,顯示出巨大的潛力。而石河子中發公司儀表維護人員也需在日常維護中不斷積累經驗,正確處理各類質量流量計系統的故障,并對每一次故障原因及相關維護處理過程、結果作相應記錄,不斷提高業務技術水平,增加事故處理的經驗。


        2.質量流量計與自動控制系統結合進行準確計量

        DCS或PLC可與質量流量計進行通信?,F場控制站具有冗余的 Vlnet總線,通過 ERBUS總線與現場控制站進行通信?,F場控制站主要完成I/O處理、數據采集、順序控制、批量處理等功能。數據采集程序以一定的時間間隔將現場采集到的瞬時流量(.PV值)、總量(.SUM值)等數據進行采集,并實時顯示在PC機屏幕上,同時也可貯存在本地硬盤的數據庫中,作為歷史數據備用;并可結合DCS或PLC自帶曲線圖和表格等功能,按時間段顯示瞬時流量(.PV值)、總量(.SUM值)的曲線圖,利用監控程序中加入的“歷史數據”記錄將數據存入數據庫中,這些生成的數據是各單位用戶查詢的基礎;同時可以通過結合VB編輯程序,將數據發往企業內部所需部門的主數據庫,建立用戶庫,分用戶編制的客戶端查詢,從而實現能源計量數據的自動上報及自動累加等。

        通過DCS或PLC與質量流量計進行通信后,從現場采集到的瞬時流量(.PV值)可以精確至千分之一。在進行累計總量(.SUM值)時,可根據DCS或PLC控制系統中功能模塊自帶累計功能進行累計,也可通過程序進行單位時間內流量的瞬時

        值與時間乘積得到累計量。這些都可根據工藝要求進行批量處理。另外,還可以根據現場工藝精度的要求對2臺質量流量計進行瞬時對比,當偏差較大時,必須檢査質量流量計的使用情況,確保質量流量計正常時才可繼續加料;并可根據質量流量計的實際運行情況,采用精確度較高的1臺質量流量計主要測量加料流量及數據采集,另1臺可作為輔助及復測質量流量,從而確保進料的精確性及安全性。


        3.應用效果

        石河子中發公司自采用質量流量計量VCM自動控制系統以來,在安全生產、穩定生產、提高產量、增強質量、降低能耗方面取得了顯著效果,達到了預期的生產目標。其優點如下:①結構簡單。拆分方便、質量適度,多數零件為整體件,免拆分。②可測范圍較廣泛。適應范圍較寬,可適用于多種流體(氣、液);口徑范圍、壓力范圍、溫度范圍可選擇范圍較大。③安裝簡便。多為法蘭安裝,且只需在底部加固安裝座即可。④精確計量功能顯著。實踐證明,特別是貿易核算情況下更能體現其精確計量功能,且功能較為突出。⑤運行穩定性較好。無可動部件,準確度不受黏污、腐蝕等影響,適用于工藝控制系統。

        E+H83質量流量流量測量系統具有穩定性好、免維護等特點,能夠使現場工藝嚴格控制在指定范圍內,且有廣泛、優化的應用領域,在中小型化工企業、較落后化工企業中更值得推廣及應用。


        4.結語

        化工生產的典型特點是連續性強、系統復雜、自動化控制水平較高、生產規模趨于大型化。質量流量計在VCM加料中的應用大大提高了企業的控制管理水平和經濟效益,減少了儀表維護的工作量,對入料系統的計量有著非常重要的作用。經濟效益和安全是建立在系統可靠的基礎上,因此選擇適合生產使用的、并能及時準確地檢測出入料計量故障的質量流量計時,應采取慎重的態度,而學習、掌握并發展其相關技術是儀表專業管理者的一項重要課題。質量流量計在石化、石油、電力等特大型企業將有著廣闊的發展前景和應用推廣價值,進而提高企業的經濟效益和社會效益,為我國工業生產發展的技術進步作出貢獻。


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