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聚乙烯醇装置流量仪表选型及应用探讨
2022-1-7

聚乙烯醇装置流量仪表选型及应用探讨

[摘要] 结合聚乙烯醇行业流量仪表的实际应用,总结了流量仪表的选型基本 原则,针对生产过程中的聚醋酸乙烯、乙炔、醋酸、蒸汽、水等典型介质提出了实 用的选型技术。 [关键词]流量仪表 选型聚乙烯醇行业 随着工业生产的快速发展和节能减排的大趋势,对流量仪表的 准确度和稳定性要求越来越高。聚乙烯醇行业介质种类较多,原料和 产品主要包括醋酸、乙炔气体、醋酸乙烯、聚醋酸乙烯、氢氧化钠、甲 醇(气相和液相)等,公用工程主要有蒸汽、氮气、除盐水、一次水、 循环水、工业污水等。介质的物理性质(温度、压力、密度、粘度、电导 率等)和化学性质(腐蚀性)相差很大,而且流量范围受工艺条件 影响波动较大。

任何--种流量仪表都不能够完美的应用在所有工况之 上,合理正确的选型是保障流量测量准确稳定的基础。

 1、流量仪表的选型原则

 1.1流量表的性能要求 

①、精度要求:生产厂家对流量表所规定的准确度等级指的是其 流量表的最大允许误差。但是由于流量表在现场使用时受安装环境、 流体流动情况等变化的影响,将会产生- - 些附加误差。因此,现场使 用的流量表应是仪表本身的最大允许误差和附加误差的合成;②、流 量范围(最小、常用、最大) :需要注意的是在最大流量下不能因流. 速过高而产生气穴现象,某些流量表的量程确定后就不能改变,比 如容积式流量表或浮子流量表等;③、允许压力损失:尤其是蒸汽和 大管径的供水流量表,应考虑压损所造成的能量损耗过大,如果仪 表选型不当,运行费用往往远高于仪表自身的价格。④防爆性能要 求: PVA 行业属于典型的化工生产过程,防爆性能直接关系到安全 生产,必须重点考虑,不仅现场仪表要满足防爆要求,整个测量系 统也要满足安全要求。

1.2被测介质的性质 

物理性质主要有介质温度、压力、密度、粘度、电导率、饱和蒸汽压 (针对易气化液体)。介质腐蚀性,是否结垢、是否含有杂质等。

 1.3经济方面的考虑。

 流量表的费用不仅是一.次性购置费用,还有安装费用、维护费用和运行费用。在满足工艺要求的情况下,不要盲目的追求高精度、高 材质、进口大品牌,衡量性价比要考虑流量表的质量、准确度、稳定 性、使用寿命、维护量等各方面因素,部分国产流量表的一次性购置 费用虽然较低,可是后期维护花费往往高于进口品牌,如何取舍主 要是根据工艺要求来决定。

 

2、聚乙烯醇行业流量仪表实际应用

 2. 1树脂(聚醋酸乙烯溶液)和碱(氢氧化钠溶液)流量的测量 树,脂和碱甲醇是醇解工序的主要原料,通过控制两者加入量的 比值生产不同的产品,流量表是否准确稳定直接关系聚乙烯醇PVA 成品质量。树脂是PVA行业重要的中间产品,其粘度大、易自聚、流动 性差,老厂一般使用的是体积式椭圆齿轮流量表,经常需要拆卸清 洗,维护量大。受限于国内材料和制作工艺,其齿轮和轴承在频繁拆 装后,容易轻微变形,使用寿命一般。针对树脂的特性,我们选用的 是横河CA电容式电磁流量表,采用非接液式电极,它的陶瓷衬里管 外面的电极,可通过管子的电容,来检测出流体所产生的电动势, 其最大优点是能适用在超低导电率流体(可低至0.01μs/cm)、粘 性流体。

 

氢氧化钠溶液流量测量要求精度高、稳定性好,其测量难点在于 流量小,一般在100L/H左右,老厂一般采用质量式或者椭圆齿轮流 量表,精度较高,但是价格昂贵,而且液碱中有时会带有不溶解的 杂质,需要定时拆下清洗,维护量较大。选用横河AXF系列小口径电. 磁流量表,精度能达到读数的0.35%,在开车时用量筒测量液碱加 入体积流量,对比流量表累计值,误差在指标之内,测量精准,能 很好的满足使用要求。

       我厂聚合釜送出树脂流量和醇解树脂流量表20台,碱表12台 投用以来,测量准确,使用稳定,除了每年大检修拆下检查标定, 平时基本免维护。

      2.2乙炔气体流量测量 我厂采用的电石法生产醋酸乙烯,如何准确的测量出乙炔流量 对于计算电石发气量和醋酸乙烯产量起着关键作用。现场使用的都是 标准孔板配EJA差压变送器,大部分场合乙炔介质都是低压、低流速, 且孔板设计温度压力与实际工况相差较大,致使测量结果误差较大。 气体体积流量受温度、压力影响非常大,必须转换为标准状态下的体 积流量,这样测量数据计算对比才有参考价值。为此,根据孔板计算 书结合实际工况,要在DCS中做温压补偿,以横河CS3000系统为例, 孔板具体补偿公式如下:

     需要注意的是,PTmeas 是绝对压力值,而我们现场使用的- -般 是表压变送器,需要在上图2PQ-121A计算块中加上当地的实际大气 压,而不是标准大气压101.325Kpa,以保证补偿结果尽可能的准确。 采用补偿后,总管粗乙炔流量与新乙炔流量加回收乙炔流量相 对比,流量基本相符,测量结果与理论计算值能够很好的吻合,对 成本核算、工艺考核起到关键的指导作用。

 2.3醋酸、醋酸乙烯等低电导率介质流量测量 醋酸、醋酸乙烯分别是合成反应的重要原料和中间产品,也是精 馏、聚合、回收工段的主要中间物料,其加料量的大小决定着中间产 品的质量和产量。在醋酸系统上,老厂主要采用的是金属管浮子流量 计,安装调试简单,使用稳定可靠,但是其缺点也十分明显:互换 性差,介质密度、粘度偏离标定值后,就要对刻度盘换算修正,所以 在密度相差较大的介质上不能互换使用:精度偏低,- .般都是1. 6 级,难以满足高精度的测量要求;要求介质干净无杂质,但醋酸系 统中介质含有炭粉和杂质较多,极容易卡住浮子,频繁拆卸增大了 维护工作量。为了解决上述问题,我厂在醋酸系统上使用的大部分是 横河CA电容式电磁流量计,经过3年时间的使用检验,其在测量低 电导、杂质多的介质上优势明显,例如合成醋酸加料量、合成三塔一 循环送出量、精馏过滤加料量、回收六塔釜出量等,使用稳定可靠, 测量精度高,不会被物料堵住,维护量小。

CA电容式电磁流量计也存着使用局限,当介质电导率低于其测 量下限0.01us/cm时,无法正常测量。以醋酸水溶液为例,醋酸浓度 与电导率关系如下表:

由此看出,醋酸溶液的电导率随着溶液中水含量的增加而增大,溶 液中不含水时,介质几乎不导电,CA电容式电磁流量计也无法使用。

 

     由于初期选型问题,我厂合成三塔二循环、三循环流量,合成四 塔吸收液流量使用的都是CA电磁流量计,自开车以来一直都无法正 常使用,测量值上下跳动,频繁出现空管报警,取样分析后发现介 质电导率低于仪表要求的下限值0.0lus/cm,导致_ 上述故障发生。为 此根据实际工况,将其中一列循环量改为涡街流量计,运行1年多 时间以来,测量准确,稳定可靠,安装调试后免维护,值得推广使 用。

2.4水的大流量测量 

PVA行业的一次水与循环水用量较大,由于管线较多,实际工 况不同。我们使用过插入式靶式流量计、电磁流量计、插入式电磁流 量计、外夹式超声波流量计,下面结合实际工况和使用经验介绍一下 这几种流量表的优缺点: 

①、插入式靶式流量计:理论上看这并不是测量水的最优选择, 实际使用也会出现零点漂移故障,需要检查靶片并调零。虽然有种种 不足,但是其有一个突出优点,能根据实际流量大小更换不同的力 传感器和靶片。我厂一次水有三条支管线共同送水,口径都是. DN600,在用水量较低时,每条管线流量大约在50m3 /h,流速在. 0. 05m/s左右。这种工况下,流速已经远低于电磁和超声波流量计的 最低流速0.3m/s,已经无法准确测量。而根据实际流量特殊定制靶 片和传感器的靶式流量计却可以准确稳定地测量小流量。

②、电磁流量计是测量工业用水( 电导率大于5us/cm)的最佳 选择。其精度高,- .般0.5级,量程比宽,无压力损失,能使用在各 种浆液和污水上。由于以上的这些优点,所以我厂“工业水大部分采用 电磁流量计进行测量。考虑仪表的经济性,对于口径DN400以上或 管道埋在地下的,选用插入式电磁流量计,安装方便,可在线维护, 在DNI600的特大口径循环水管道其性价比更加明显,但是其测量精 度普遍不高,一般在土1%~士3%; DN400 以下采用法兰式电磁流量计, 安装时必须保证满管和必要的前后直管段,以保证计量的准确性。目 前电磁流量计测量工业用水方面我们已经用了20多套,运行3年 多以来,使用效果很好,初期安装调试好,基本免维护。 

③、外夹式超声波可在线安装不用开孔、使用方便、不接触介质, 可以做到随时使用随时安装,但是其精度较低,而且外夹式不能安装在地下管道上,在腐蚀严重和内部结垢的管道上安装调试麻烦, 信号质量差且不稳定,长时间运行后,因耦合剂失效,或传感器位 置稍有改变都会使信号质量变差,影响测量结果,需定期检查维护, 不能满足在计量考核要求。如果只临时测量或者要求精度不高,在大 管道上外夹式超声波是优先选择。

2.5蒸汽流量测量

 蒸汽是 PVA行业中使用最为广泛的载热工质,蒸汽消耗在PVA生 产成本中占有很大比重。蒸汽的准确计量对节能降耗、增加效益等方 面都有重要意义。

 

       我厂目前测量蒸汽流量使用较多的标准孔板,它的优点是稳定. 可靠,大口径管道性价比高,使用广泛,但在实际使用中存在很大 的不足,主要体现在:①、实际使用受很多因素影响(设计与工况参 数不符,.上下游直管段不足,孔板和管道不同心,锐角磨损等),使 其测量误差增大;②、量程比较窄,不能使用在蒸汽负荷变化较大的 工况。在有机开停车过程中,经常出现超量程的笑品 、使用维护 6无识别结果 工作量较大,北方天气寒冷需对导压管进行保温祥热,即使这样, 我厂在室外气温低于-20C左右时,导压管仍然会被冻住;④、压力 损失较大,运行费用高。 为了解决以上问题,我厂在DN200口径以下管道,选用E+H或 横河涡街流量计,在DCS中做温压补偿使用,大口径蒸汽管道考虑性 价比和安装难度,还继续使用孔板测量。涡街流量计投入运行以来, 测量稳定可靠,安装调试好后几乎免维护,在开停车蒸汽负荷变化 较大时都能准确测量,在中小口径管道上完全替代了孔板,提高了 蒸汽计量精度,给生产单位节能降耗起了很好的指导作用。大口径蒸 汽管道考虑性价比和安装难度,暂时还使用孔板测量

3、结束语

    没有一种流量表对各种流体及流动情况都能适应的,每种仪表 都有它特有的优缺点。因此,在选型时应在全面了解被测对象性质和 仪表原理的基础上,针对工艺要求,选择既稳定可靠又经济耐用的 流量仪表。

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