• 橢圓齒輪流量計,腰輪流量計,雙轉子流量計

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    PVC生產中測量儀表的選擇與應用

    PVC生產中測量儀表的選擇與應用,介紹了PVC生產中測量儀表的選型、安裝與注意事項,對使用過程中的常見故障進行了分析,并采取了相應對策。

    隨著科技的發展及自動化程度的不斷提高,測量儀表在工業生產中得到更加廣泛的應用。選擇適用的測量儀表,保障其測量精度和穩定性對于提升工業生產的自動化水平、進一步解放生產力具有至關重要的作用。目前,氯乙烯聚合生產幾乎均采用先進的集散控制系統(Distributed Control System),這對儀表的測量精度、運行穩定性、環境適應性及傳輸精度提出了更高的要求。河北金?;す煞萦邢薰?以下簡稱河北金?;?從20世紀90年代初開始,分別采用了中國臺灣、日本和歐洲的聚合生產工藝技術,不同的專利和設計方案對測量儀表的要求也不同,在實際應用中出現了一些不適用、故障率高以及精度不能滿足要求等方面的問題。為此,根據生產工藝的特點、要求以及物料的特性對相關測量儀表進行了改進,取得了良好的效果。
    1 PVC生產中儀表選型的原則
    PVC生產與其他工業生產一樣,應按照工藝過程條件(包括溫度、壓力、流量、黏度、腐蝕性、毒性、脈動等因素)選擇合適類型的儀表,確定儀表部件的材質和量程。然后,根據操作的重要性選擇儀表精度等級,并考慮儀表的經濟性和市場供給情況,*終選用安全可靠、經濟實用、性價比高的測量儀表。
    對于聚合過程中的通用儀表,在滿足工藝和自動控制要求的前提下,應盡量選用成熟、可靠、經濟性好且易于維護的測量儀表。如溫度測量通常選用電阻式測量儀表;壓力測量采用膜片式儀表;液位測量采用單法蘭或雙法蘭壓力式液位計;水流量的測量可以選擇孔板式流量計,精度要求較高的則采用渦輪或渦街流量計。其中,要特別注意對測量精度的選擇,對工藝要求嚴格的控制指標(如聚合釜反應溫度、引發劑的質量、分散劑的流量),精度等級應不低于0.2級;而一般的測量(如蒸汽溫度、干燥床控制溫度、干燥風機流量),精度可以放寬至0.5或1.0級即可。
    2 氯乙烯單體流量計的選擇與應用
    將氯乙烯加入聚合釜時,如果流量計量不準,將影響聚合工藝中的水油比,或造成物料加入過量或加入量不足,影響聚合過程的穩定,而且容易發生超溫、超壓等安全事故,導致后續工段不能穩定控制,進而影響產品質量,因此對流量計的精度要求較高。河北金?;じ鶕x表選用原則及生產工藝特點,在23萬t/a裝置中優先選用橢圓齒輪流量計測量氯乙烯的流量,同時再選擇渦輪流量計與橢圓齒輪流量計進行對比與校核。當檢測到渦輪流量計與橢圓齒輪流量計單釜加入量差值超過380 kg時(即總誤差超過1%時),從安全方面考慮,取數值較大的流量值為計量值,同時發出報警提示進行確認檢查。
    橢圓齒輪流量計又稱排量流量計、齒輪流量計,由殼體、計數器、橢圓齒輪和聯軸器(分磁性聯軸器和軸向聯軸器)等組成,是容積式流量計的一種。橢圓齒輪流量計利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分,當被測流體流過流量計時,會帶動橢圓齒輪旋轉,橢圓齒輪每旋轉1周,就有一定數量的流體流過儀表,只要記錄下橢圓齒輪的轉數,就能得到被測流體的體積總量。
    橢圓齒輪流量計在流量儀表中是精度較高的一類,適于測量各種黏度介質的流量,不僅可以用于氯乙烯的測量,也可以用于黏度較高的分散劑溶液的測量。
    2.2 橢圓齒輪流量計的安裝使用要求
    橢圓齒輪流量計安裝示意圖見圖1。
    橢圓齒輪流量計,腰輪流量計,雙轉子流量計
     圖1 橢圓齒輪流量計安裝示意圖
    橢圓齒輪流量計具有耐腐蝕性強、使用壽命長、壓力損失小、容易安裝與維修等特點,但是使用在氯乙烯計量中必須注意以下事項。
    (1)安裝前應清潔管道。橢圓齒輪是非常精密的儀表,任何固體物質均可能導致齒輪卡死,嚴重時會損壞齒輪。因此,無論是安裝在新建管道還是檢修后初次使用的管道上,都要保證管道內部不留任何鐵屑、固體顆粒等異物。
    (2)在橢圓齒輪流量計前的管道上游加裝過濾器。由于氯乙烯單體從合成廠經過數百米的碳鋼管道輸送到PVC裝置界區,其中可能含有固體顆粒;而聚合后的回收單體有可能因為終止劑加入異常等原因而發生自聚,如果不能保證良好的過濾效果,可能導致流量計損壞。河北金?;げ捎眠^濾精度為10μm的聚丙烯濾芯,既有效地保證了流量計的正常使用,又保證了PVC產品質量的穩定。
    (3)安裝排氣裝置。氯乙烯屬于比較容易汽化的介質,管道內的氯乙烯會隨著溫度及壓力的變化而汽化,并且在氯乙烯的生產和聚合過程中要使用氮氣,在反應時還會產生一些不凝氣體,這些氣體的存在會影響齒輪流量計的計量精度,因此在流量計前安裝排氣裝置是非常必要的。
    (4)橢圓齒輪流量計對儀表前后直管段要求不高,這給管道布置帶來更多便利,而且其既可以水平安裝,也可以垂直安裝;但是在垂直安裝時,應使流量計的橢圓齒輪轉動軸與地面平行。
    (5)應在靠近流量計的位置就近安裝溫度計,用于測量氯乙烯的溫度。氯乙烯溫度隨著外界氣溫的變化而變化,夏季可以達到30℃,而冬季溫度接近0℃,30℃時氯乙烯密度是0.892 kg/L,0℃時是0.947 kg/L。齒輪流量計測量的是體積流量,而聚合工藝需要的是質量,因此就要在儀表內部進行體積與質量的換算,密度不同得出的質量也不同,若沒有溫度補償,計算結果誤差會達到5%,這會嚴重影響測量的準確性。
    (6)橢圓齒輪流量計應在儀表所規定的使用溫度范圍內使用。由于齒輪是非常精密的測量元件,溫度的變化會形成系統誤差,溫度過高,齒輪容易卡死,因此在設計選型時要說明溫度范圍,并且在規定的范圍內使用。
    (7)過低的流量會影響橢圓齒輪流量計的精度,使用過程中必須保證*小使用流量,并使其處于低流量的時間盡量短,這樣流量計累計精度才能達到0.2級。
    2.3 常見故障原因及對策
    (1)橢圓齒輪不轉。
    原因:管道中有雜質、氯乙烯單體中雜質含量高、過濾器損壞、雜質卡住齒輪。
    對策:清理管道、檢修過濾器、更換濾芯、拆洗流量計齒輪。
    (2)聯軸器漏液。
    原因:密封填料磨損或缺密封油。
    對策:緊固填料壓蓋或更換填料,加裝密封油。
    (3)指針不轉或時停時走。
    原因:指針、墊圈松動或傳動件轉動不靈活。
    對策:拆檢指針及相關部件,打磨、潤滑。
    (4)誤差變大。
    原因:溫度測量不準,軸承磨損造成齒輪傳動不均。
    對策:校正或更換溫度計,更換軸承并修復變形的齒輪,修理后須重新校準。
    3 PVC漿料流量計的選擇與應用
    懸浮聚合工藝中,聚合反應結束后,PVC是以漿料的形式進入下一工段的,漿料的溫度在60℃左右,PVC質量分數一般在30%左右。對于懸浮液不宜選擇有內部元件的流量計,超聲波流量計雖是非接觸式儀表,但更適用于清潔、單相的液體和氣體,因而不適用于PVC漿料。在聚合過程中加入了多種助劑,漿料的電導率一般在150μS/cm以上,能夠滿足電磁流量計的要求,因此河北金?;?3萬t/a PVC裝置選用電磁流量計進行PVC漿料流量的測量,取得了很好的效果。
    3.1 電磁流量計的工作原理
    電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律進行流量測量的流量計。當導電的被測介質垂直于磁力線方向流動時,在與介質流動和磁力線都垂直的方向上會產生一個感應電動勢,其大小與導電介質在磁場中的有效長度及導電介質在磁場中作垂直于磁場方向運動的速度成正比,通過換算即可求得介質的體積流量。
    3.2 電磁流量計的安裝使用要求
    電磁流量計適用于電導率大于5μS/cm的液體或均勻的液固兩相介質流量的測量,具有良好的耐腐蝕性和耐磨性,無壓力損失,可測量各種強酸、強堿、鹽、氨水、泥漿、礦漿、紙漿等介質。但電磁流量計造價較高,對現場安裝條件要求比較嚴格,而且信號易受外界磁場干擾,影響了其在工業管道流體測量中的廣泛應用。
    在測量PVC漿料的流量時,須注意以下4點。
    (1)安裝電磁流量計時,電極軸必須保證水平安裝,且漿料流向與電磁流量計指示安裝方向一致。因渦流和不穩定的介質流動狀態都會對電磁流量計的準確測量產生影響,因此電磁流量計在安裝時對前后直管段的長度有一定的要求,*小直管段要求為:上游段長度大于管道公稱直徑的5倍,下游段長度大于管道公稱直徑的2倍。
    電磁流量計安裝示意圖見圖2。
    橢圓齒輪流量計,腰輪流量計,雙轉子流量計
     圖2 電磁流量計安裝示意圖
    (2)由于PVC漿料中含有一定的氯乙烯氣體,因此流量計不得安裝在壓力變化較大的地點(如泵出口),否則會因壓力不穩定造成漿料中氯乙烯氣體大量逸出,流量計不能完全充滿液體,從而影響其準確測量,導致測量誤差過大。除盡量遠離泵出口外,流量計還應安裝在泵出口調節閥后,以保障穩定的介質流動狀態,*好在流量計后設計一段向上的U形彎,來保障介質充滿流量計。
    (3)為避免管道震動對流量計測量精度產生影響,河北金?;ぴ诎惭b流量計的管道上加裝了管道固定裝置,與地面錨固件相連,并在固定件與管道間安裝減震橡膠圈,*大程度地降低管道震動。
    (4)河北金?;VC廠漿料流量測量地點位于室外,為避免外界環境干擾,流量計安裝有防潮和防曬裝置,采用小型防護罩將流量計保護起來,防止上述現象影響測量精度。另外,由于安裝地點緊鄰一套換熱裝置,為防止高溫熱輻射對流量計的影響,還要保證換熱器的良好隔熱。
    3.3 電磁流量計常見故障與對策[1]
    3.3.1 流量顯示波動大
    原因:①介質溫度變化大,溫度高時,漿料內氯乙烯氣體大量逸出。②管道內介質不能充滿管道,造成氣穴現象。③外界電磁的干擾,如電焊、強噪聲等。
    對策:①保持生產穩定運行,減少漿料溫度波動,減少VCM氣體的逸出。②檢查泵進出口管道,通過充液、排氣等措施消除氣穴現象。③盡可能消除外界電磁干擾。
    3.3.2 流量顯示時有時無
    原因:①漿料中PVC顆粒在長期高溫條件下附著在流量計內壁上,起到絕緣的作用,造成電動機回路斷路。②雷電打擊會對流量計的測量產生影響,甚至造成流量計的損壞。
    對策:①拆檢流量計,清理內部附著物。如有內襯,應注意不要劃傷。②保證流量計可靠接地。
    4 聚合釜液位計的選擇與應用
    早期的聚合釜一般沒有液位計,主要靠物料的準確計量和聚合釜內的溫度、壓力、攪拌功率等其他條件來大致判斷物料的液位,從安全角度考慮,只能降低聚合釜的填充量,提高安全系數,防止聚合釜滿釜造成事故。
    為了充分利用聚合釜,提高聚合釜的產能,河北金?;ぶ饾u增加了聚合釜釜頂冷凝器的換熱負荷,這樣就使得聚合體系的氣液分界面上移,攜帶部分分散劑與引發劑的氯乙烯蒸氣容易在聚合釜上部產生氣相自聚,造成粘釜,嚴重時會造成釜頂冷凝器堵塞。因此,對23萬t/a PVC裝置進行了改造,在108 m3聚合釜上部預留孔處安裝了射頻導納液位計,對聚合釜液位進行監控,取得了較好的效果,對控制聚合釜的液位及釜頂冷凝器的換熱量提供了參考,對聚合釜的安全操作起到了不可忽視的作用。但是在實際使用中,長周期運行后,探桿根部容易產生黏附現象,造成液位計零點漂移或指示偏差等故障,而且縮短了清釜周期,對產品質量也產生了不利影響。
    4.1 射頻導納液位計
    4.1.1 射頻導納液位計的工作原理[2]
    導納是電導和電納的統稱,在電力電子學中導納定義為阻抗(在具有電阻、電感和電容的電路里,對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗)的倒數。它由電阻性成分、電容性成分、電感性成分綜合而成,而射頻即高頻無線電波譜,所以射頻導納可以理解為用高頻無線電波測量導納。儀表工作時,儀表的傳感器與釜壁及被測介質形成導納值,料位發生變化時,導納值也相應變化,電路單元將測量導納值轉換成料位信號輸出,實現料位測量。
    4.1.2 射頻導納液位計安裝及使用要求
    射頻導納液位計具有適應性強(可適應高溫、高壓、強腐蝕、強黏附等多種場合)、無須維護、應用廣泛、使用壽命長等特點,在測量聚合釜液位時須注意以下2點。
    (1)要標定一個液位零點,將所有進釜的物料(包括去離子水、氯乙烯、分散劑)達到正常反應溫度時在釜中所處的位置標定為導納液位計液位零點,一般取釜容積90%的位置。
    (2)射頻導納液位計在釜上部垂直于釜內液面安裝,傳感器的中心探桿和屏蔽層不要與釜壁接觸。傳感器屏蔽層采用聚四氟乙烯包覆,絕緣可靠。由于傳感器探桿采用螺紋連接,因此應對連接處涂抹密封膠并進行氣密性測試。
    4.1.3 射頻導納液位計的故障及對策
    射頻導納液位計測量原理特殊,且儀表本身沒有轉動部件,因此液位計本身發生故障的概率非常小,多數情況下測量偏差及故障的發生是由于工況發生變化導致的。
    (1)液位零點漂移。
    原因:傳感器探桿根部有自聚物附著。
    對策:清釜時清理附著物,注意不要用尖銳的金屬工具清理,以免破壞屏蔽層。
    (2)液位指示長期處于100%。
    原因:①傳感器接線錯誤。②如果聚合反應過程出現此現象,就要引起足夠重視,有可能出現滿釜現象。
    對策:①重新接線。②適當降低釜頂冷凝器換熱量,降低聚合釜注水量,觀察液位變化,同時還要監控釜的溫度、壓力、攪拌功率等相關參數的變化。
    聚合釜液位計改造完成后,聚合工藝控制良好,但是在實際使用中,特別是長時間運行后,由于探桿深入釜內,且108 m3聚合釜釜頂冷凝器換熱負荷較大,容易發生氣相自聚,黏附在傳感器探桿根部,影響測量準確性,使液位計產生零點漂移或指示偏差等故障,在一定程度上降低了聚合釜的運行效率,影響產品質量。因此,*好采用非接觸測量方式。
    4.2 核子液位計
    在非接觸式測量方式中,超聲波液位計不適用于高溫帶壓力的容器,雷達液位計理論上可以對液體、漿料的物位進行非接觸式連續測量,但是聚合反應體系比較復雜,聚合釜的壁厚和反應體系都會對檢測結果產生影響,還沒有實際應用的案例。而核子液位計(射線液位計)在非接觸式液位測量上具有明顯的優勢,是測量聚合釜液位更好的選擇。針對生產及工藝要求,河北金?;?0萬t/a PVC裝置中,120 m3聚合釜的液位測量采用了核子液位計。核子液位計的優勢主要體現在以下3個方面。
    (1)不與物料直接接觸,避免了自聚物黏附在測量器件上,影響測量精度。
    (2)核子射線源穩定可靠,不需要太多的維護。
    (3)核子液位計可以根據不同的密度區分出液體和泡沫的分界線,這對防止升高的泡沫堵塞釜頂管線及釜頂冷凝器起到了關鍵的作用,可以提前采取加入消泡劑(分散劑)或調整釜頂冷凝器用量的方法降低泡沫的界面,以保障聚合釜的穩定運行。
    4.2.1 工作原理
    核子液位計是利用γ射線通過介質時被介質吸收而使強度減弱的原理來測量液位的儀表。用放射性同位素(例如Co-60、Cs-137)作為放射源,當其所放射的具有強穿透力的γ射線透過被測液體時,被液體吸收而使γ射線強度減弱,且透過的液層越厚,減弱的程度也越大。因此,可以利用射線強度的減弱程度作為液位測量信息,利用核傳感器將液位的物理量轉化成為電脈沖量,用單片機進行數據的采集、分析和處理,并將*終結果進行數字顯示。核子液位計有固定式和自動跟蹤式兩種形式。由于采用非接觸測量方式,物料不會對測量儀器產生任何物理和化學上的影響,從而保證了測量的高可靠性及低維護量,適用于高溫、高壓、低溫、高濃度、易燃易爆及腐蝕性等特殊介質的液位測量。但必須采取嚴格的防護措施,確保人身和生產安全。
    4.2.2 核子液位計的安裝使用要求
    (1)應嚴格遵守放射防護條例。
    運輸裝有放射源的鉛罐必須遵循有關放射物質運輸的規定,*好到安裝現場附近再打開包裝箱。安裝前,應把裝有放射源的鉛罐連同包裝箱存放在一個有存放許可證的源庫里。
    根據鉛罐的圖紙及現場的實際情況,制作安裝支架并固定在設備上,確保支架能承受鉛罐的質量。鉛罐*好在系統準備啟動前安裝到位。所有的螺旋及固定件都必須牢固,以防產生松動而使鉛罐掉下來。
    為了使人體所受的輻射量盡可能小,安裝和拆卸鉛罐應該有經過專業培訓且持有操作許可證的人員擔任,且現場應有放射防護人員監督。必須注意安裝和拆卸時鉛罐的輻射道應上鎖,保證沒有射線發射出來。另外,要確保鉛罐沒有變形或損壞。
    (2)對于不同的測量任務,需要不同的系統配置。根據120 m3聚合釜液位的測量范圍較小及測量部位的幾何形狀為弧形的結構特點,選擇點源系統配置類型。
    (3)工業上用于料位測量的放射源主要有C o-60和C s-137。C o-60射線具有相對較高的能量(1.17 MeV和1.33 MeV),適用于設備壁厚較大的情形,半衰期大約為5.27年。Cs-137射線具有相對較低的能量(0.661 MeV),并且容易被鉛屏蔽,用于設備壁厚較小的情形,半衰期大約為30年。C s-137作為放射源能夠滿足120 m3聚合釜液位測量要求。
    (4)更換放射源的工作必須由持有證書的專業人員擔任。這些人員必須在短時間內工作在裸源的條件下,因此必須佩戴個人劑量儀,而且必須有輻射防護人員在場監護。
    (5)在通常的工作狀態下,鉛罐沒有任何需要維護的磨損部件及機械移動部件。但出于安全考慮,應該定期檢查鎖定裝置。如果鉛罐或者鎖定裝置出現問題,應馬上通知放射防護人員。如果問題不能通過簡單的方法解決,那么系統應立即停止工作,直到修復為止。鉛罐不得安裝在強振動的地方,也不能受到機械損傷,防止保護殼損壞產生輻射危害。
    4.2.3 核子液位計常見故障與對策[3]
    (1)統計誤差隨著時間的推移變得越來越大。
    原因:放射源的設計壽命是10年左右,出現此種現象說明放射源壽命到期。
    對策:在統計誤差不能滿足工藝要求時,須更換放射源。更換放射源以后,必須重新進行零點標定。
    (2)料位讀數出現漂移。
    原因:探測器穩定性故障。
    對策:更換探測器。
    (3)計數率太低。
    原因:①聚合釜釜壁結垢,或輻射通道上有其他阻擋物;②鉛罐未打開或未處于正確的位置;③射線束的射出方向未對準探測器;④放射源使用時間太長,已經衰減。
    對策:①開釜檢查,清理結垢,使輻射道避開阻擋物;②檢查鎖定裝置,并使其處于正確的“開”的位置;③調準射線束發射方向;④更換放射源。
    5 其他
    除了上述重點介紹的4種測量儀表外,河北金?;み€針對其他儀表使用過程中存在的問題進行了改造和更新。
    (1)回收單體儲罐的液位計原來為差壓式液位計,但是單體與水的密度差很小,對取壓膜片要求很高,國內尚無可靠生產廠商,而且回收單體易發生自聚現象,堵塞液位計的取壓膜片,造成測量偏差,日常生產中很難清理修復。因此,將該液位計改為射頻導納液位計,消除了單體自聚帶來的不利影響,徹底解決了上述問題,實現了回收單體儲罐液位的準確、穩定計量。
    (2)PVC成品料倉的料位計早期設計是重錘料位計,但由于料倉中氣流速度較高,粉塵嚴重,PVC粉料因靜電很容易黏附在鋼帶上,磨損密封系統,用過一段時間后電動機因過負荷會造成跳閘故障。在*新設計方案中,選擇了更為可靠的稱重系統,可以直接讀出料倉內PVC質量,為管理控制提供了更快捷的方式。
    6 結語
    測量儀表技術發展到今天已經日趨成熟,但其種類仍然在不斷增加,新結構和新用途的儀表不斷涌現。同時,PVC行業自動化程度的提高也對測量儀表提出了更高的要求。每種測量儀表都有其適用范圍,也有其局限性,選擇先進、可靠、經濟適用的儀表有助于生產的安全穩定。河北金?;ぴ陂L期工作實踐中,結合生產工藝特點,對現有測量儀表不斷進行升級改造,取得了良好的效果。

    標簽:  橢圓齒輪流量計
    點擊次數:  更新時間:2019-06-04 17:56:19  【打印此頁】  【關閉
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