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質量流量計在高粘度液體流量測量中的應用
發布時間：2017-11-22
1引言
在電解鋁生產工藝中，需要大量陽極和阻極炭塊。這些炭塊質量的好環，直接影響電解槽的出鋁效率，而炭塊質量在一定程度上又是由瀝青粘結劑的使用量的多少所決定的。瀝青用量過少則生產炭塊的糊料的塑性差，擠壓成型需要相應提高壓力，而且產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，用一般的常規儀表很難滿足它的測量要求。我們在某一大型鋁廠選用科里奧利質量流量計測量液體瀝青的流量，獲得了令人滿意的效果。
2質量流量計測量原理
科里奧利質量流量計(CoriohsMassFlowmeter)簡稱為科氏力質量流量計，是根據科里奧利效應制成的。
流量計把固定在儀表殼內部的U形管(流量傳感器)，用電磁振動器進行驅動，使其振動。如圖1。
當流體流經具有固定頻率的振動管時，流體被強制接受管子的垂直動量。在管子向上運動的振動半周期時，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，抵抗管子對其垂直動量的減少，而把管子向上推。
兩個作用力的合成引起流量傳感器扭曲這就是“科里奧利效應”。如圖2。
在振動的另外半周期，管子向下運動，而扭曲方向就相反，傳感器扭曲多少與流體的質量流量直接成正比，扭角e的測量可用位于流量傳感器兩側的磁性位置檢測器來實現，并監測其振動的速度。由于管子的扭曲引起這兩個速度信號之間有一個時間差，檢測器把此信號傳送到信號轉換器，轉換器把信號處理并轉換成直接與質量成正比的輸出信號。可以證明:
式中Qm―質量流量，kg/s;
K―金屬U形管的彈性系數;:
r―金屬U形管彎曲半徑，m。
由上式可知，質量流量Qm與U形管振動的時間間隔△t成正比，并與U形管的幾何常數K、r有關，而與振動角頻率。無關(。與U形管中介質的量有關)。當U形管的幾何形狀及尺寸、材質等確定后，K、r均為常數，質量流量僅與時間間隔△t成正比，與被測介質工況無關，這就為液體瀝青的測量奠定了理論基礎。
3質且流皿計在瀝青流量測量中的應用
3.1炭塊糊料生產工藝流程
如圖3所示，上道工序磨細篩選的粗、中、細、微4種干料按規定比例經皮帶秤配料混合后，以恒定流量進人料斗。保溫215℃左右，容器內瀝青液經過過濾器后由調速電動機拖動的泵打人同一料斗。然后干料和瀝青液進人第一混捏機混捏;在進人第二混捏機前，有一取樣窗口，可取樣觀察瀝青液和石墨顆粒粘著程度，根據粘著狀況調節泵轉速以增減瀝青液流量，達到控制混捏質量的目的。
但是系統內一些因素會干擾瀝青液流量和泵轉速間的關系。首先，瀝青液溫度波動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破壞用泵轉速間接判斷瀝青流量的準確性。
3.2質量流量計的使用及改進措施工況:
介質: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。
液體瀝青輸送管內徑65mm，管道均有液體熱媒加溫和保溫層。
科里奧利質量流量計有一最大特點是量程比大，一般都在10:l以上，如20:l，30:r，60:1，甚至150:1。即同一個測量對象在同一個工況條件下，有幾個口徑的流量計可選。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量流量傳感器口徑為DN40，標稱流量600k群min(以20℃水作標準)，亦為液體熱媒加熱保溫型。
在初始設計時將質量流量傳感器安裝在圖3所示虛線A位置。使用時，儀表讀數出現劇烈波動。分析原因系瀝青液流過傳感器后的管道僅有3一4m長度，未形成足夠背壓，傳感器內未充滿液體，含有氣體所致。改裝傳感器到垂直管上，液體從下向上流動，故障立即排除。所以在安裝質量流量傳感器時，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，這樣可避免在檢測管內聚集氣體，同時又可獲得一定的背壓。
安裝完畢后，我們隨之進行一r調校工作，發現結果還是不太令人滿意。所選的質量流量傳感器口徑和流量過大，實測值僅為標稱流量的4%左右，測量誤差較大。(圖4)
對于大多數場合，最優測量范圍應為最高滿量程讀數的20%一50%。通過調換小一檔規格傳感器，即儀表口徑DN25，標稱流量250kg/min(以20℃水作標準)，并使分流到質量流量傳感器的管內徑是3Omnl，則測量值達到了上述要求，提高了測量靈敏度和精確度，使測量更為完善。
因此，用戶在選擇流量傳感器口徑時，要綜合考慮測量范圍和壓力損失。不能單一地要求壓力損失越小越好，否則加大儀表口徑，不僅增加設備費用，同時，大口徑儀表在小流量下運行，也會增加測量誤差。
通過上述的一系列改進措施，質量流量計再運行后效果很好。為了考查儀表現場運行精確度，在現場作過數次實物標定，數據表明精確度均在0.5級以內，符合生產要求。運行兩個月后，又進行兩次復核，精度與前相同，穩定度良好。
3.3質量流量計的效果
自從使用質量流量計以來，使得操作工人可以根據瀝青流量的大小準確地調節瀝青泵的轉速，從而控制進人混捏機中的瀝青液始終在所規定的范圍內，保證混捏糊料的質量，從而保證了炭塊的質量，提高了產品的經濟效益。另外，操作工人不必頻繁地取樣觀察糊料質量，大大減輕了工人的勞動強度，并避免了用肉眼觀察糊料質量所引起的視覺誤差，提高了產品質量的精度。
4結束語
自使用質量流量計以來，經數次實物標定，精確度符合生產要求。我們認為科里奧利質量等特點，是一種比較理想的測量高溫瀝青液流量的儀表。不僅如此，對于化工、冶金生產中其它一些高溫、高粘度、易凝固、有結晶顆粒的液體介質的測量也提供了一條成功經驗。
摘自：中國計量測控網
