氯與烯烴類(lèi)物質(zhì)反應(yīng)的產(chǎn)物( 以下稱(chēng)氯反應(yīng)物) 是一類(lèi)重要化學(xué)品中間體，也是生產(chǎn)氯氟烴替代品的主要原料。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，氯反應(yīng)物在醫(yī)藥、化工、染料等領(lǐng)域?qū)��?huì)占有越來(lái)越重要的地位。在生產(chǎn)過(guò)程中氯反應(yīng)物流量參數(shù)是生產(chǎn)工序中一項(xiàng)重要的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，然而由于氯反應(yīng)物的強(qiáng)腐蝕性、低電導(dǎo)率、易堵塞管道及工藝上的低流量等特點(diǎn)，使得氯反應(yīng)物流量測(cè)控多年來(lái)一直存在諸多問(wèn)題。儀表技術(shù)人員曾嘗試過(guò)使用多種流量測(cè)量?jī)x表，也為此付出了大量的人力和財(cái)力，但都因出現(xiàn)的種種問(wèn)題不能滿(mǎn)足生產(chǎn)上的需要而以失敗告終，因此氯反應(yīng)物流量測(cè)控問(wèn)題一直都沒(méi)有得到根本性解決。

 

1 氯反應(yīng)物流量測(cè)控失敗的原因

1． 1 電磁流量計(jì)

      由于分體式電磁流量計(jì)對(duì)被測(cè)液體有技術(shù)要求，即被測(cè)液體的電導(dǎo)率不能低于電磁流量計(jì)規(guī)定的閾值，否則不能正常進(jìn)行測(cè)量。通用型智能電磁流量計(jì)對(duì)被測(cè)液體電導(dǎo)率規(guī)定的閾值根據(jù)不同的型號(hào)而異，一般在 5 × 10 － 6 ～ 10 － 4 S /cm 之間; 使用時(shí)還取決于傳感器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布。而非接觸電容耦合大面積電極的電磁流量計(jì)則可測(cè)電導(dǎo)率低至( 1 ～5) × 10 － 8 S /cm。考慮到氯反應(yīng)物屬于低電導(dǎo)率液體，浙江巨化股份有限公司電化廠( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)“巨化電化廠”) 選用的是電容式電磁流量計(jì)，但是在實(shí)際使用中還是不能正常工作，示值經(jīng)常大幅跳動(dòng)或流量時(shí)有時(shí)無(wú)。經(jīng)檢查，流量計(jì)的安裝符合要求，液體等電位接地良好，電纜絕緣等都不存在問(wèn)題。由于查不到氯反應(yīng)物的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，分析主要還是氯反應(yīng)物電導(dǎo)率低于或接近于規(guī)定的閾值導(dǎo)致上述問(wèn)題。盡管電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，也是測(cè)量導(dǎo)電流體較好的流量?jī)x表，但是用于測(cè)量氯反應(yīng)物這種電導(dǎo)率很低或處于臨界狀態(tài)的流體流量還是不太適合［1］。 

 

1． 2 遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)

      金屬管浮子流量計(jì)又稱(chēng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，盡管其測(cè)量精度較低，但是它適用于低雷諾數(shù)和小流量測(cè)量，某種形狀的浮子甚至對(duì)流體的非常小雷諾數(shù)要求達(dá)到 40，這兩個(gè)技術(shù)特性比較適合氯反應(yīng)物流體的特點(diǎn)�？紤]到介質(zhì)的強(qiáng)腐蝕性，巨化電化廠曾選用襯聚四氟乙烯的遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)測(cè)量氯反應(yīng)物流量，但是由于氯反應(yīng)物是含有多種成分的易堵塞流體，而浮子流量計(jì)要求被測(cè)流體應(yīng)為清潔的流體，所以在使用過(guò)程中還是發(fā)生了浮子在錐形管腔體被卡堵等問(wèn)題。盡管將流量計(jì)拆下清理重新組裝后仍可使用，但是使用不久又會(huì)被堵塞。而且在線拆卸清理還需要在工藝管道設(shè)置旁路管線及閥門(mén)等，這些不僅受到現(xiàn)場(chǎng)空間及成本上的限制，還存在著對(duì)生產(chǎn)的影響和操作上的不方便等問(wèn)題。由于浮子流量計(jì)傳感器內(nèi)有可動(dòng)部件，在測(cè)量含有易堵塞流體時(shí)容易發(fā)生堵塞，因此采用浮子流量計(jì)還是不能滿(mǎn)足連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)測(cè)量的需要。 

 

1． 3 質(zhì)量流量計(jì)

      依據(jù)科里奧利原理的質(zhì)量流量計(jì)是一種具有精度高、量程比寬、無(wú)直管段要求、無(wú)需補(bǔ)償?shù)闹苯邮劫|(zhì)量流量計(jì)，盡管其價(jià)格昂貴，但是為了能找到一種適合測(cè)量氯反應(yīng)物流量的儀表，巨化電化廠也曾選用了質(zhì)量流量計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)。為了防止介質(zhì)對(duì)流量計(jì)的腐蝕，供應(yīng)商提供了內(nèi)襯 PFA 的質(zhì)量流量計(jì)，但在使用過(guò)程中還是出現(xiàn)了問(wèn)題。內(nèi)襯 PFA 雖在防止介質(zhì)腐蝕方面起到了一定作用，但是由于傳感器口徑較小，且液體流量測(cè)控需要傳感器朝下安裝，因生產(chǎn)中氯反應(yīng)物流體有時(shí)處于間斷流動(dòng)狀態(tài)，這就導(dǎo)致了在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)了傳感器流通管內(nèi)沉積結(jié)垢而局部堵塞和示值誤差問(wèn)題，在選用測(cè)量氯反應(yīng)物流量時(shí)非常終還是被淘汰了。 

 

1． 4 差壓式流量計(jì)

      差壓類(lèi)流量計(jì)是流量計(jì)范疇內(nèi)品種非常多的流量?jī)x表，巨化電化廠曾使用過(guò)V錐流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)等。由于差壓類(lèi)儀表屬于受限于雷諾數(shù)的儀表，必須要先看是否滿(mǎn)足儀表的技術(shù)特性要求。以 DN50 管徑的氯反應(yīng)物非常大流量 8 m3 /h、非常小流量0． 5 ～ 1 m3 /h 來(lái)分析是否滿(mǎn)足儀表的要求。根據(jù)上述非常小流量 0． 5 ～ 1 m3 /h 時(shí)，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)為 4 000 ～ 6 800( 黏度 μ = 1． 5 mPa·s) ，盡管 V錐流量計(jì)是下限要求較低的儀表，其下限雷諾數(shù)也要達(dá)到≥8 000才能正常工作，而阿牛巴要求的下限遠(yuǎn)高于 V 錐流量計(jì)。所以當(dāng)流量較小時(shí)，DN50 管道由于受限于雷諾數(shù)，差壓類(lèi)流量計(jì)不能正常工作。再看差壓變送器實(shí)際測(cè)量時(shí)的不確定度。以V錐流量計(jì)為例，當(dāng)孔板內(nèi)外徑之比 β 取 0． 6、測(cè)量管內(nèi)徑為 50 mm 時(shí)，對(duì)應(yīng)非常大流量 8 m3 /h 差壓量程上限為 9 kPa，采用精度等級(jí)為 0． 075 的差壓變送器，依據(jù)下式計(jì)算可得到在小流量 0． 5 ～ 1 m3 /h 時(shí)差壓變送器的實(shí)際測(cè)量不確定度的大小。

      式 ( 1 ) 中: Ei—差壓實(shí)際測(cè)量的不確定 度; ξΔp—差壓變送器的準(zhǔn)確度等級(jí); Δpk—差壓變送器上限值( 20 mA 輸出對(duì)應(yīng)差壓值) ，Pa ( 或 kPa) ;Δpi—差壓實(shí)際值，Pa( 或 kPa) 。

 

      在小流量 1 m3 /h 時(shí)，節(jié)流件產(chǎn)生的差壓值為0． 14 kPa，帶入式( 1) 得到差壓變送器實(shí)際不確定度為 3． 2% ; 在流量 0． 5 m3 /h 時(shí)，差壓為 0． 035 kPa，差壓變送器實(shí)際不確定度為 12． 9% 。盡管采用精度等級(jí)為 0． 075 的差壓變送器，但在小流量時(shí)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際精度太差，這是差壓類(lèi)流量計(jì)不能正常工作的原因。 

 

2 選擇測(cè)量控制方案

2． 1 超聲流量計(jì)

      根據(jù)氯反應(yīng)物流量測(cè)控中出現(xiàn)的上述問(wèn)題，在與生產(chǎn)超聲流量計(jì)的廠家進(jìn)行了廣泛的技術(shù)交流后，初步了解到針對(duì)氯反應(yīng)物流量測(cè)控難點(diǎn)，可以采用不受流體物性和性狀影響、傳感器內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件的超聲流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

 

      超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)，順流方向聲波速度會(huì)增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間。順流傳播的時(shí)間與逆流傳播的時(shí)間之差與被測(cè)流體的流速有關(guān)，據(jù)此求出流體的流速。超聲流量計(jì)工作原理示意圖如圖 1 所示。

      設(shè)流體在管道中流動(dòng)的速度為 v，聲波在流體中傳播的速度為 c，聲道傳播角度為 θ，則聲波在兩個(gè)傳感器 A、B 間順流傳播時(shí)間與逆流傳播時(shí)間分別如下：

      式中: tAB—超聲波順流傳播的時(shí)間; tBA—超聲波逆流傳播的時(shí)間; L—上下游傳感器 A、B 間的聲道長(zhǎng)度。

 

      從式( 4) 可以求得流體的流速，進(jìn)而得到流體在管道中的流量。在求得的流體速度計(jì)算式中，聲波速度 c 在方程中消失了，流體流速僅由固定距離L 的傳播時(shí)間得出，從而消除了流體溫度、壓力和流體組成等因素對(duì)流量計(jì)測(cè)量的影響。 

 

2． 2 使用效果

      對(duì)于氯反應(yīng)物流量的測(cè)量，鑒于以前也曾多次得到過(guò)其他流量計(jì)廠家產(chǎn)品可靠的承諾，所以決定先采用手持式超聲流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)控試驗(yàn)，若測(cè)控效果和數(shù)據(jù)可靠，再陸續(xù)改造。經(jīng)過(guò)約半年時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量考驗(yàn)，流量測(cè)控參數(shù)穩(wěn)定可靠，完全符合生產(chǎn)工藝的需要。根據(jù)這種情況，生產(chǎn)中陸續(xù)采用了多臺(tái)固定式超聲流量計(jì)，至今測(cè)量穩(wěn)定，并且能夠?qū)崿F(xiàn)氯反應(yīng)器的參數(shù)自動(dòng)比值調(diào)節(jié)。經(jīng)驗(yàn)證，超聲流量計(jì)還用于其他裝置氯化反應(yīng)物液體的流量測(cè)量，均取得較好的測(cè)量效果。 

 

3 結(jié)語(yǔ)

      超聲流量計(jì)在特殊化工生產(chǎn)過(guò)程中提供了可靠的計(jì)量和調(diào)節(jié)參數(shù)，為確保生產(chǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定作出了貢獻(xiàn)，并減少了企業(yè)眾多的人力資源浪費(fèi)與財(cái)力損失。