[摘要]通過對離子膜燒堿生產(chǎn)線工況條件分析,提出了在浮子流量計結(jié)構(gòu)中增加阻尼裝置等措施。實踐表明，采用阻尼裝置的金屬管浮子流量計,完全能夠?qū)崿F(xiàn)在氣液混合雙相介質(zhì)工況條件下的離子膜燒堿生產(chǎn)線的流量測量。
1問題的提出
近年來，我國化工行業(yè)中采用離子膜法制堿工藝發(fā)展很快，前幾年該裝置大多為全套進(jìn)口，包括在線的各種儀表�，F(xiàn)在從設(shè)備到儀表逐漸國產(chǎn)化，這樣既能保證質(zhì)量，同時可以節(jié)約大量外匯。
西北某大型化工廠在建成試生產(chǎn)階段就發(fā)現(xiàn)安裝在陰、陽兩極管道上的兩臺浮子流量計工作不正常,指針總在擺動，無法讀數(shù);輸出電流信號也不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)預(yù)期的工藝流程調(diào)節(jié)與控制目標(biāo)等，以至影響了正常投產(chǎn)。
經(jīng)現(xiàn)場觀察和分析認(rèn)為:陰極、陽極兩條管道中被測量的介質(zhì)均為既不均勻、比例又不固定的氣、液雙相介質(zhì);而流量計則是常規(guī)型浮子流量計。
浮子流量計的工作原理之一是浮 力定律，也就是與被測介質(zhì)的密度有關(guān),密度不穩(wěn)定時浮子就會跳動。由于本工況液體伴有不定氣體量的情況，產(chǎn)生脈動流,導(dǎo)致了流量計的上述現(xiàn)象。
目前各種常規(guī)流量計都不適用于氣、液雙相介質(zhì),而工藝過程的鹽液及堿液流量必須加以測量和控制,即必須安裝流量計。因此，選用一種可用的流量計或?qū)ΜF(xiàn)有的某種流量計進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計以滿足此特定工況測量要求就成為下步工作。
2確定方案
實施方案的選擇與確定至少要滿足以下3點:
(1)流量計的接液零部件必須能承受陰、陽兩極管道中含氯氣鹽液及堿液的強(qiáng)烈氧化和腐蝕;
(2)安裝連接尺寸盡量與原流量計相同，以減少工作量;
(3)流量計自身能有效地緩沖和減少由隨機(jī)產(chǎn)生氣體帶來的劇烈波動，達(dá)到可視為穩(wěn)定值的讀數(shù),并且輸出電流信號波動滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。
按上述要求對電磁流量計、渦輪流量計、渦街流量計、浮子流量計與差壓式流量計等進(jìn)行分析、比較后認(rèn)為只有對金屬管浮子流量計進(jìn)行必要的改進(jìn)才是可行的和方案。因此在其原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上特殊設(shè)計了一種金屬管浮子流量計。
3特殊設(shè)計的實施
該浮子流量計應(yīng)實施3項改進(jìn)設(shè)計。
3.1耐腐蝕材料選擇和防腐措施
查閱金屬材料手冊并結(jié)合現(xiàn)場其它設(shè)備材料的應(yīng)用實際，陽極管道中的介質(zhì)為含氯氣的鹽液，傳感器中所有與介質(zhì)接觸的零件均采用鈦(Ti)材制造,兩法蘭密封面及殼體與導(dǎo)管組件密封面均進(jìn)行涂鈀處理。
整個傳感器具有良好的抗氧化及耐腐蝕性能。而陰極管道中的介質(zhì)為堿液和氫氣及氯氣等，傳感器中所有與介質(zhì)接觸的零件均采用不銹鋼(SUS316L)材質(zhì)制造，整個傳感器具有良好的耐腐蝕性能。經(jīng)兩年多的使用證明是可行的。
3.2連接尺寸與安裝方式
由于用戶的原有流量計為水平安裝，這與常規(guī)浮子流量計垂直安裝、流體自下而上的流向完全不同,因此必須將其設(shè)計成(水)平進(jìn)(水)平出結(jié)構(gòu)，由于已有管道的開檔尺寸足夠長，于是設(shè)計成如圖1所示.的浮子流量計。
3.3最大限度地保證工作條件下流量計的穩(wěn)定
就流量計自身而言，克服波動(不論是外部還是內(nèi)部原因所致)的常用而有效的措施是加裝阻尼器。阻尼器一般分為機(jī)械式和電(磁)式，顯然對浮子流量計應(yīng)首先考慮選用前者。
3.4阻尼器的選擇
按阻尼介質(zhì)不同又分為液體阻尼器和氣體阻尼器。
由于本應(yīng)用對象中已產(chǎn)生和存在著氣體且浮子波動幅度不十分劇烈，所以可采用活塞式氣體阻尼器。另外，就阻尼器的結(jié)構(gòu)位置而言可置于傳感器上也可置于轉(zhuǎn)換器上,但由于后者須對轉(zhuǎn)換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)做相當(dāng)大的改動，工作量、試驗量都很大。因此，確定選用前者,參見圖1。應(yīng)當(dāng)說明，帶有液體阻尼器的浮子流量計已有過設(shè)計和應(yīng)用的報道，但尚無采用氣體阻尼器的金屬管浮子流量計信息。
3.5阻尼器的設(shè)計
設(shè)計阻尼器必須了解和確定下列數(shù)據(jù):
波動幅度與頻率:經(jīng)在現(xiàn)場幾小時觀測統(tǒng)計未裝阻尼器的流量計的波動幅度約為15%~25%， (±7.5%~±12%);頻率約為180~350次/min。
(1)要求阻尼效果:波動幅度應(yīng)不大于+2%;頻率約不大于50-~90次/min。當(dāng)然，由于沒有適當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行定量檢測，所以阻尼的最終效果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，一定程度上還應(yīng)通過實際應(yīng)用由現(xiàn)場技術(shù)和操作人員判斷和認(rèn)定。
(2)依照上述實際工況和阻尼目標(biāo)，兼顧該浮子流量計結(jié)構(gòu)尺寸、鈦材管料規(guī)格等，求出阻尼系數(shù)之后，初步確定阻尼器結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2所示。而決定阻尼效果的阻尼室與阻尼體之間間隙的尺寸必須經(jīng)現(xiàn)場試驗后才能確定。
3.6試驗室試驗驗證
為了初步驗證這一阻尼器的效果，以阻尼管內(nèi)徑實測尺寸為準(zhǔn)，4組不同外徑尺寸的阻尼頭，使兩者的配合間隙分別為0.8mm、0.6mm、0.4mm和0.2mm,分次裝人特殊設(shè)計的浮子流量計進(jìn)行試驗。為造成浮子跳動并盡量少對水流量裝置做較大變動，試驗系統(tǒng)如圖3所示。
浮子的跳動由緊靠彎頭的球閥快開、快關(guān)與水流經(jīng)彎頭的急劇流場變化造成，實際跳動情況借助于流量計的指針、度盤觀察，也可由轉(zhuǎn)換器的輸出電流信號借助指針式電流表觀測。
試驗時流量計上端自然存有空氣做為阻尼介質(zhì).試驗方法是:初始流量置于約50%最大流量處，這時指針仍略有擺動但有滿意讀數(shù)(系流場不穩(wěn)所致，可視為穩(wěn)定),然后迅速開啟(或關(guān)閉)球閥，使指針約達(dá)80% (或20%)最大流量處并記下時間，等待指針雖擺動仍有可滿意讀數(shù)為止，再記下時間，即可得知阻尼時間。經(jīng)多次試驗統(tǒng)計結(jié)果大致如表1所示:
從上述試驗結(jié)果可以看出后兩組間隙的阻尼器效果較好。但必竟現(xiàn)場實際工況與試驗室條件有較大差別，因此還必須進(jìn)行現(xiàn)場試驗。
4現(xiàn)場試驗與應(yīng)用效果
2002年6月對特殊設(shè)計的浮子流量計及特制的間隙為0.3mm的阻尼體安裝于現(xiàn)場取代原流量計進(jìn)行多次試驗，結(jié)果是間隙為0.3mm和0.4mm阻尼器效果，原來流量計指針擺動幅度為10%～20%的同樣條件換裝特殊設(shè)計的流量計后,其指針擺動基本不超過6%(+3%),操作人員認(rèn)為滿意，可以接受，這一設(shè)計達(dá)到了預(yù)期效果。經(jīng)使用一直很穩(wěn)定，這就初步解決了氣、液兩相流流量測量的難題。
因此可以認(rèn)為:這種帶有阻尼器并由特種材質(zhì)制造的浮子流量計是一種解決類似雙相流流量測量的可行方法之一，完全可以用于離子膜燒堿工藝過程中。
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