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质量流量计在氯乙烯加料过程中的应用
发布日期:2018/9/11 8:03:18
随着计算机技术的发展和应用,自动控制理论和技术在现代化技术领域中的应用也越来越广泛。PVC生产中原料加料的计量一直备受企业的关注,主要原料之氯乙烯单体(VCM)计量精度的控制尤为重要。控制VCM加料量、把握其精度是保证PVC质量及产量的关键因素,而计量使用的流量计也日渐成为各企业关注的焦点
1.VCM
质量流量计简介
工业生产的节能降耗对成本核算管理的要求较高,流量计的使用越来越广,且对其精度的要求也越来越高。不同的测量方式和流量计内部结构对流量
计的使用方法、使用条件及工艺操作均有不同的测量要求。石河子中发化工有限责任公司(简称石河子中发公司)是新疆天业(集团)有限公司下属的具有8万t/aPVC生产装置的子公司,生产的PVCSG2~SG8型树脂广泛应用于管材、型材、门窗、装饰板、食品包装膜等领域。石河子中发公司采用电石与水反应生成乙炔,再与氯化氢合成VCM,再经悬浮法聚合生产PVC。常温下,VCM为气体,且有毒、易燃、易爆。图1为VcM进料的流程简图。在该工艺中,被检测的介质为液体(含有极少量的气固体混合物)或是气/液体的混合物,且有较高的黏稠度、腐蚀性、防爆要求,及很高的环境温度介质温度、工作压力等要求。
1.1测量原理
目前,PVC生产企业使用的VCM自动加料流量的计量仪表有:体积型流量计和质量型流量计。大部分加料系统的配制及工艺管理等都是以质量为单位计算的,这就要求部分配制岗位需进行质量与体积换算涉及密度、质量、体积的换算较为繁琐。对于生产牌号较多的PVC企业而言,频繁地换算对
控制系统及操作人员的要求更高。因此,选用一种精度较高、性能稳定、能够直接测量料液质量的质量流量计是十分必要的。依据用户要求及不同的用途,进行质量或体积的计量均可在流量计中进行设定。VCM计量采用德国 Endress+ Hauser公司的 PROline promass83(E+H83)科氏力质量流量测量系统。该流量测量系统由传感器和智能型变送器构成测量单元及变送单元,可提供质量流量、体积流量、温度、密度4种信号的输出。其原理是:利用被测流体流经振动管时,能够产生与液体的质量流量成正比的科氏力(科氏力是与管内液体的质量、液体在管道中某一质点的流速、此管道绕其垂直轴向的角速度及垂直的切向力成一定比例关系)的原理制成的。目前,许多科氏力质量流量计都采用单直管型振动测量管加激振的结构。传感器的激振点设在振动测量管的中间点,检测点设在测量管两端对称的位置。当被测介质流经测量管时,传感器可检测入口与出口科氏力相位差,而质量流量只与相位差及几何常数有关(质量流量与相位差成正比),与流量管的振动频率和角速度无关。因此,通过测定两检测点的相位差测量液体的质量流量,相位差与液体的质量流量、激振点的频率成正比。没有流体流过流量管时,流量管不发生扭曲,传感器检测出两端的信号为同相位;当流体流过流量管,且流量增大时,流量管的扭转角增大,同时流量管扭动的相位差(即传感器检测的入口与出口科氏力相位差)增大,通过计算就可得出物料的质量流量。
1.2使用范围
E+H系列质量流量计用于测量液体和气体的质量流量,也可测量流体的密度和温度。测得的参数值可用于计算其他变量(如体积流量)。不同特性的
各种流体均可被测量,如巧克力、炼乳、液态糖、油脂肪、酸、碱、油漆、涂料、溶剂、清洁剂、药品、催化剂、阻化剂、悬浮液、气体等。
1.3选型及使用
从仪表的使用及维护经验可知:要使仪表达到所要求的精度,必须正确选型、安装与使用。仪表维护人员在选择、使用、维护仪表时,不能仅简单地从仪表本身考虑,而要全面考虑工艺、设备及工作环境是否达到仪表正常使用的要求,这样才能使每台仪表充分体现其功能。在VCM质量流量计初选型时,要与工艺技术人员商洽参数,从而为生产提供准确可靠的计量数据。在确保参数准确无误的同时,根据现场可能出现的特殊情况(如介质特性、介质密度、正常控制压力、允许压力损失等)考虑被测介质密度、黏度、流速等变化对介质计量产生的影响;被测介质是否会因环境温度而产生较大的温度、压力变化等;现场生产设备及现场因开关阀门、泵类引起的机械振动对流量计测量管振动、频率的影响等根据提供的详细参数,作好初期选型工作。E+H系列质量流量计可对上述问题进行校正,如可进行温度压力补偿;可根据被测介质的温度和密度的变化(在允许范围内),通过智能变送器自动进行温度和压力补偿,并且可以减小由流量计外界振动带来的不利影响。为了防止外部机械振动和管内压力分布不均匀对计量精度的影响,流量计传感器采用双测量管或单检测管带消振管的双管结构,从而使测量管热稳定性好、管内压力分布均匀。如设计较为完善只要满足安装要求,就可以达到稳定测量的目的。
1.4安装时注意事项
VCM质量流量计的正确安装是十分重要的
如安装不当,将造成流量计无法正常使用,更无法精确计量。在安装中要注意以下事项。
(1)按照安装要求进行合理安装。确认传感器铭牌上的箭头方向与流体的流向(流体流过管道的方向)一致,以确保测量的准确性。当测量管内夹带气泡时,会产生测量误差,应避免流量计内空气积聚,因此,流量计不可安装在管道的ZUI高点或直接安装在向下的放空管道出口处;传感器应安装在泵的下游(避免真空)或垂直于管道的ZUI低点处;有些测量介质需要减少传感器处的热量损失,可考虑伴热(如既可采用电伴热,也可用铜管通热水或蒸汽对传感器进行伴热)。对直管段无特殊要求,安装时应尽可能远离阀门、三通和弯通等管件。为避免振动,可在选型时根据需求采用高振动频率的测量管,从而确保测量系统不受管道振动的影响,正常运行。
(2)因为质量流量计是通过测量管的振动来测量流量的,所以安装现场的周围要尽量避免有较大的振动源,外界振动会引起质量流量计的流量计量零点发生变化,造成测量误差增大,严重时将导致无法正常测量;另外,外界振动和应力也会影响传感器的谐振频率。为防止这些不利因素造成的影响,还
应减少来自无线设施、雷达等设备的干扰,尤其是在现场工艺设备、电气设备复杂的情况下,质量流量计工作地点应尽量远离大型变压器、电机等产生较大磁场的设备,以防止其产生的磁场干扰质量流量计的精度,并严格按照相关规定做好接地、屏蔽等抗干扰措施,以防止这些干扰因素造成的各种不安全事故的发生。
(3)仪表操作人员及安装人员必须经过严格培训,包括操作、工艺、设备的维护等及异常现象的应变能力等;按照安装要求进行安装是很必要的。
1.5参数的设置
在投入使用前,要正确设置VCM质量流量计传感器的参数。这些参数的设置对质量流量计能否正常投用是十分重要的。其主要包括:流量系统的设置,如介质的性状(如气体、固体、液体)、比例系数、阻尼系统、频率系统、小流量切除等参数。特别是在初次安装完成后,要对质量流量计进行“满管清零”,确保计量准确性。在日常调试过程中,也需要进行“满管清零”,确保传感器中充满液体,且需严格静止,以防止泄漏、流动等因素可能造成的偏差。表1
是质量流量计仪表变量的设定实例(HART协议仪表变量),虽参数设置较为复杂,但必须准确无误
1.6出现的问题及解决办法
VCM质量流量计在使用初期,存在如下问题。
(1)质量流量计测得的流量波动较大。该现象多为泵气蚀或是工艺不稳定造成的,与质量流量计的关系较小。
(2)无流量显示或瞬时流量不变化。发生此故障的原因多为质量流量计堵结(拆除清理即可)或是入釜气动阀门未开造成。根据多年使用情况可知该质量流量计使用方便,基本处于免维护状态。通过对常见故障的分析处理,使质量流量计在VCM加料过程中发挥了计量准确、可靠、灵活方便的优势,显示出巨大的潜力。而石河子中发公司仪表维护人员也需在日常维护中不断积累经验,正确处理各类质量流量计系统的故障,并对每一次故障原因及相关维护处理过程、结果作相应记录,不断提高业务技术水平,增加事故处理的经验。
 
2.质量流量计与自动控制系统结合进行准确计量
DCS或PLC可与质量流量计进行通信。现场控制站具有冗余的 VLnet总线,通过 ERBUS总线与现场控制站进行通信。现场控制站主要完成IO处理、数据采集、顺序控制、批量处理等功能。数据采集程序以一定的时间间隔将现场采集到的瞬时流量(.PV值)、总量(.SUM值)等数据进行采集,并
实时显示在PC机屏幕上,同时也可贮存在本地硬盘的数据库中,作为历史数据备用;并可结合DCS或PLC自带曲线图和表格等功能,按时间段显示瞬时流量(.PV值)、总量(.SUM值)的曲线图,利用监控程序中加入的“历史数据”记录将数据存入数据库中,这些生成的数据是各单位用户查询的基础;同时可以通过结合VB编辑程序,将数据发往企业内部所需部门的主数据库,建立用户库,分用户编制的客户端查询,从而实现能源计量数据的自动上报及自动累加等。
通过DCS或PLC与质量流量计进行通信后,从现场采集到的瞬时流量(.PV值)可以精准至千分之一。在进行累计总量(.SUM值)时,可根据DCS或PLC控制系统中功能模块自带累计功能进行累计,也可通过程序进行单位时间内流量的瞬时值与时间乘积得到累计量。这些都可根据工艺要求进行批量处理。另外,还可以根据现场工艺精度的要求对2台质量流量计进行瞬时对比,当偏差较大时,必须检查质量流量计的使用情况,确保质量流量计正常时才可继续加料;并可根据质量流量计的实际运行情况,采用精度较高的1台质量流量计主要测量加料流量及数据采集,另1台可作为辅助及复测质量流量,从而确保进料的准确性及安全性。

3.应用效果
采用质量流量计量CM自动控制系统以来,在安全生产、稳定生产、提高产量增强质量、降低能耗方面取得了显著效果,达到了预期的生产目标。其优点如下:①结构简单。拆分方便、质量适度,多数零件为整体件,免拆分。②可测范围较广泛。适应范围较宽,可适用于多种流体(气、液);口径范围、压力范围、温度范围可选择范围较大。③安装简便。多为法兰安装,且只需在底部加固安装座即可。④准确计量功能显著。实践证明,特别是贸易核算情况下更能体现其准确计量功能,且功能较为突出。⑤运行稳定性较好。无可动部件,准确度不受黏污、腐蚀等影响,适用于工艺控制系统。
E+H质量流量流量测量系统具有稳定性好、免维护等特点,能够使现场工艺严格控制在指定范围内,且有广泛、优化的应用领域,在中小型化工企业、较落后化工企业中更值得推广及应用

4.结语
化工生产的典型特点是连续性强、系统复杂、自动化控制水平较高、生产规模趋于大型化。质量流量计在ⅤCM加料中的应用大大提高了企业的控制管理水平和经济效益,减少了仪表维护的工作量,对入料系统的计量有着非常重要的作用。经济效益和安全是建立在系统可靠的基础上,因此选择适合生产使用的、并能及时准确地检测出入料计量故障的质量流量计时,应采取慎重的态度,而学习、掌握并发展其相关技术是仪表专业管理者的一项重要课题。质量流量计在石化、石油、电力等特大型企业将有着广阔的发展前景和应用推广价值,进而提高企业的经济效益和社会效益,为我国工业生产发展的技术进步作出贡献
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