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質(zhì)量流量計(jì)在高粘度液體流量測(cè)量中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2017-11-22
1引言
在電解鋁生產(chǎn)工藝中，需要大量陽極和阻極炭塊。這些炭塊質(zhì)量的好環(huán)，直接影響電解槽的出鋁效率，而炭塊質(zhì)量在一定程度上又是由瀝青粘結(jié)劑的使用量的多少所決定的。瀝青用量過少則生產(chǎn)炭塊的糊料的塑性差，擠壓成型需要相應(yīng)提高壓力，而且產(chǎn)生裂紋廢品的可能性增加。瀝青用量較多，糊料塑性較好且成型壓力較低，成型的成品率也高一些，但過量的粘結(jié)劑則使生坯在擠出或脫模后容易變型。因此，瀝青流量的精確測(cè)量是非常重要的。
管道輸送液體瀝青溫度通常在200℃左右，即使在這樣高溫下的瀝青，其粘性還是很高的，且里面還含有少量固體顆粒雜質(zhì)，用一般的常規(guī)儀表很難滿足它的測(cè)量要求。我們?cè)谀骋淮笮弯X廠選用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量液體瀝青的流量，獲得了令人滿意的效果。
2質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(CoriohsMassFlowmeter)簡(jiǎn)稱為科氏力質(zhì)量流量計(jì)，是根據(jù)科里奧利效應(yīng)制成的。
流量計(jì)把固定在儀表殼內(nèi)部的U形管(流量傳感器)，用電磁振動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其振動(dòng)。如圖1。
當(dāng)流體流經(jīng)具有固定頻率的振動(dòng)管時(shí)，流體被強(qiáng)制接受管子的垂直動(dòng)量。在管子向上運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)半周期時(shí)，流人儀表的流體向下壓，抵抗管子向上的力。反之，流出儀表的流體存在向上的力，抵抗管子對(duì)其垂直動(dòng)量的減少，而把管子向上推。
兩個(gè)作用力的合成引起流量傳感器扭曲這就是“科里奧利效應(yīng)”。如圖2。
在振動(dòng)的另外半周期，管子向下運(yùn)動(dòng)，而扭曲方向就相反，傳感器扭曲多少與流體的質(zhì)量流量直接成正比，扭角e的測(cè)量可用位于流量傳感器兩側(cè)的磁性位置檢測(cè)器來實(shí)現(xiàn)，并監(jiān)測(cè)其振動(dòng)的速度。由于管子的扭曲引起這兩個(gè)速度信號(hào)之間有一個(gè)時(shí)間差，檢測(cè)器把此信號(hào)傳送到信號(hào)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器把信號(hào)處理并轉(zhuǎn)換成直接與質(zhì)量成正比的輸出信號(hào)。可以證明:
式中Qm―質(zhì)量流量，kg/s;
K―金屬U形管的彈性系數(shù);:
r―金屬U形管彎曲半徑，m。
由上式可知，質(zhì)量流量Qm與U形管振動(dòng)的時(shí)間間隔△t成正比，并與U形管的幾何常數(shù)K、r有關(guān)，而與振動(dòng)角頻率。無關(guān)(。與U形管中介質(zhì)的量有關(guān))。當(dāng)U形管的幾何形狀及尺寸、材質(zhì)等確定后，K、r均為常數(shù)，質(zhì)量流量?jī)H與時(shí)間間隔△t成正比，與被測(cè)介質(zhì)工況無關(guān)，這就為液體瀝青的測(cè)量奠定了理論基礎(chǔ)。
3質(zhì)且流皿計(jì)在瀝青流量測(cè)量中的應(yīng)用
3.1炭塊糊料生產(chǎn)工藝流程
如圖3所示，上道工序磨細(xì)篩選的粗、中、細(xì)、微4種干料按規(guī)定比例經(jīng)皮帶秤配料混合后，以恒定流量進(jìn)人料斗。保溫215℃左右，容器內(nèi)瀝青液經(jīng)過過濾器后由調(diào)速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的泵打人同一料斗。然后干料和瀝青液進(jìn)人第一混捏機(jī)混捏;在進(jìn)人第二混捏機(jī)前，有一取樣窗口，可取樣觀察瀝青液和石墨顆粒粘著程度，根據(jù)粘著狀況調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速以增減瀝青液流量，達(dá)到控制混捏質(zhì)量的目的。
但是系統(tǒng)內(nèi)一些因素會(huì)干擾瀝青液流量和泵轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。首先，瀝青液溫度波動(dòng)引起粘度變化而改變管束的流阻;此外，過濾器堵塞，管系阻力加等等問題均會(huì)破壞用泵轉(zhuǎn)速間接判斷瀝青流量的準(zhǔn)確性。
3.2質(zhì)量流量計(jì)的使用及改進(jìn)措施工況:
介質(zhì):液體瀝青;
溫度:180一220℃;
壓力:0.2一O.5MPa;
密度:1230kg/3;
流量:0一50kg/min;
動(dòng)力粘度:3Pa.S;
瀝青顆粒含量:<3%;
瀝青顆粒尺寸:落1.5mm。
液體瀝青輸送管內(nèi)徑65mm，管道均有液體熱媒加溫和保溫層。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)有一最大特點(diǎn)是量程比大，一般都在10:l以上，如20:l，30:r，60:1，甚至150:1。即同一個(gè)測(cè)量對(duì)象在同一個(gè)工況條件下，有幾個(gè)口徑的流量計(jì)可選。考慮到高粘度液體的壓力損失較大，只有通過加大儀表口徑來減小壓力損失。因此這里我們選用質(zhì)量流量傳感器口徑為DN40，標(biāo)稱流量600k群min(以20℃水作標(biāo)準(zhǔn))，亦為液體熱媒加熱保溫型。
在初始設(shè)計(jì)時(shí)將質(zhì)量流量傳感器安裝在圖3所示虛線A位置。使用時(shí)，儀表讀數(shù)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。分析原因系瀝青液流過傳感器后的管道僅有3一4m長(zhǎng)度，未形成足夠背壓，傳感器內(nèi)未充滿液體，含有氣體所致。改裝傳感器到垂直管上，液體從下向上流動(dòng)，故障立即排除。所以在安裝質(zhì)量流量傳感器時(shí)，最好是垂直安裝，這樣可使懸浮的固體顆粒下沉，夾雜的空氣或其它氣體的氣泡上浮，以保證測(cè)量精度。另外，最好將流量傳感器安裝在上升管道的最低部位，這樣可避免在檢測(cè)管內(nèi)聚集氣體，同時(shí)又可獲得一定的背壓。
安裝完畢后，我們隨之進(jìn)行一r調(diào)校工作，發(fā)現(xiàn)結(jié)果還是不太令人滿意。所選的質(zhì)量流量傳感器口徑和流量過大，實(shí)測(cè)值僅為標(biāo)稱流量的4%左右，測(cè)量誤差較大。(圖4)
對(duì)于大多數(shù)場(chǎng)合，最優(yōu)測(cè)量范圍應(yīng)為最高滿量程讀數(shù)的20%一50%。通過調(diào)換小一檔規(guī)格傳感器，即儀表口徑DN25，標(biāo)稱流量250kg/min(以20℃水作標(biāo)準(zhǔn))，并使分流到質(zhì)量流量傳感器的管內(nèi)徑是3Omnl，則測(cè)量值達(dá)到了上述要求，提高了測(cè)量靈敏度和精確度，使測(cè)量更為完善。
因此，用戶在選擇流量傳感器口徑時(shí)，要綜合考慮測(cè)量范圍和壓力損失。不能單一地要求壓力損失越小越好，否則加大儀表口徑，不僅增加設(shè)備費(fèi)用，同時(shí)，大口徑儀表在小流量下運(yùn)行，也會(huì)增加測(cè)量誤差。
通過上述的一系列改進(jìn)措施，質(zhì)量流量計(jì)再運(yùn)行后效果很好。為了考查儀表現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行精確度，在現(xiàn)場(chǎng)作過數(shù)次實(shí)物標(biāo)定，數(shù)據(jù)表明精確度均在0.5級(jí)以內(nèi)，符合生產(chǎn)要求。運(yùn)行兩個(gè)月后，又進(jìn)行兩次復(fù)核，精度與前相同，穩(wěn)定度良好。
3.3質(zhì)量流量計(jì)的效果
自從使用質(zhì)量流量計(jì)以來，使得操作工人可以根據(jù)瀝青流量的大小準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)瀝青泵的轉(zhuǎn)速，從而控制進(jìn)人混捏機(jī)中的瀝青液始終在所規(guī)定的范圍內(nèi)，保證混捏糊料的質(zhì)量，從而保證了炭塊的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。另外，操作工人不必頻繁地取樣觀察糊料質(zhì)量，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并避免了用肉眼觀察糊料質(zhì)量所引起的視覺誤差，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的精度。
4結(jié)束語
自使用質(zhì)量流量計(jì)以來，經(jīng)數(shù)次實(shí)物標(biāo)定，精確度符合生產(chǎn)要求。我們認(rèn)為科里奧利質(zhì)量等特點(diǎn)，是一種比較理想的測(cè)量高溫瀝青液流量的儀表。不僅如此，對(duì)于化工、冶金生產(chǎn)中其它一些高溫、高粘度、易凝固、有結(jié)晶顆粒的液體介質(zhì)的測(cè)量也提供了一條成功經(jīng)驗(yàn)。
摘自：中國計(jì)量測(cè)控網(wǎng)
