科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)處于一旋轉(zhuǎn)系中, 產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。

  我國(guó)CMF的應(yīng)用起步較晚, 從20世紀(jì)80年代中期引進(jìn)成套裝置附帶進(jìn)口少量?jī)x表開(kāi)始, 到技術(shù)改造所需單臺(tái)進(jìn)口一定數(shù)量, 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)廣泛應(yīng)用于石化、糧食、冶金等領(lǐng)域, 是當(dāng)今世界上***先進(jìn)流量測(cè)量?jī)x表之一。我公司炭素陽(yáng)極生產(chǎn)高溫瀝青配料系統(tǒng)計(jì)量中, 使用美國(guó)高準(zhǔn) (ELITE) 公司的CMF200A型科里奧利質(zhì)量流量, 精度高達(dá)1.7‰, 為我廠陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中物料配方測(cè)量提供了可靠的方法, 提高了以往使用失重式或計(jì)量泵式高溫計(jì)量瀝青的準(zhǔn)確度, 提高了陽(yáng)極碳?jí)K的質(zhì)量和生陽(yáng)極生產(chǎn)的連續(xù)性, 在炭素陽(yáng)極生產(chǎn)中取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

  質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)包括傳感器和用于信號(hào)處理的變送器?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)依據(jù)牛頓第二定律:力=質(zhì)量×加速度 (F=ma) 如圖1所示, 當(dāng)質(zhì)量為m質(zhì)點(diǎn)以速度V對(duì)P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)管道內(nèi)移動(dòng)時(shí), 質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)分量加速度及其力。

1) 法向加速度, 即向心加速度ar, 其量值等于2ωr, 朝向P軸;

2) 切向角速度at, 即科里奧利加速度, 其值等于2ωV, 方向與ar垂直。復(fù)合運(yùn)動(dòng), 質(zhì)點(diǎn)at方向上作用著科里奧利力Fc=2ωVm, 管道對(duì)質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力-Fc=-2ωVm。

  當(dāng)密度為ρ流體旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動(dòng)時(shí), 任何一段長(zhǎng)度Δx管道將受到一個(gè)切向科里奧利力ΔFc:

  式中A—管道流通截面積。

  存在關(guān)系式:mq=ρVA

  因此, 直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管中流動(dòng)流體的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量。

  然而通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力是困難的, 目前產(chǎn)品均代之以管道振動(dòng)產(chǎn)生的, 即由兩端固定的薄壁測(cè)量管, 在中點(diǎn)處以測(cè)量管諧振或接近諧振的頻率 (或其高次諧波頻率) 所激勵(lì), 在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力, 使測(cè)量管中點(diǎn)前后兩半段產(chǎn)生方向相反的撓曲, 用光學(xué)或電磁學(xué)方法檢測(cè)撓曲量以求得質(zhì)量流量。

  又因流體密度會(huì)影響測(cè)量管的振動(dòng)頻率, 而密度與頻率有固定的關(guān)系, 因此CMF也可測(cè)量流體密度。

  CMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器 (或流量計(jì)算機(jī)) 兩部分組成。圖2為流量傳感器, 主要有由測(cè)量管及其支撐固定橋架、測(cè)量管振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)線圈A、檢測(cè)測(cè)量管撓曲的光學(xué)檢測(cè)探頭或電磁檢測(cè)探頭B、修正測(cè)量管材料楊氏模量溫度影響的測(cè)溫組件等組成。轉(zhuǎn)換器主要由振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)發(fā)生單元、信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)處理單元等組成;流量計(jì)算機(jī)則還有組態(tài)設(shè)定、工程單位換算、信號(hào)顯示和與上位機(jī)通信等功能。

  在鋁電解陽(yáng)極生產(chǎn)中, 是將不同粒度的煅后石油焦按配方的比例由不同的計(jì)量器下料, 經(jīng)混合螺旋混合后經(jīng)預(yù)熱進(jìn)入混捏機(jī), 融化后的液體瀝青作為陽(yáng)極成型的混合料粘結(jié)劑在混捏機(jī)內(nèi)充分混合, 形成具有一定塑性的糊料。在陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中, 對(duì)加入的瀝青含量的控制, 將直接影響到陽(yáng)極產(chǎn)品的質(zhì)量, 陽(yáng)極產(chǎn)品瀝青含量過(guò)高, 成型后的產(chǎn)品極易變形, 體積密度偏低, 電阻偏高;陽(yáng)極產(chǎn)品瀝青含量過(guò)低, 產(chǎn)品容易出現(xiàn)裂紋, 產(chǎn)生斷裂。因此對(duì)加入的瀝青做到測(cè)量和控制是陽(yáng)極生產(chǎn)的關(guān)鍵。

  我公司選用的美國(guó)高準(zhǔn) (ELITE) 公司的CMF200A型質(zhì)量流量計(jì), 屬該公司高溫型產(chǎn)品, ***高可耐溫度343℃, ***大的液體流量87, 100kg/h, 高準(zhǔn)流量計(jì)能為各種過(guò)程流體提供***的測(cè)量, 并且具有極低的壓力損失和極寬的流量范圍。

  陽(yáng)極配料系統(tǒng)中瀝青的定量加入是通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量實(shí)際流量, 反饋到配料系統(tǒng)上位機(jī) (KSC) , 并和上位機(jī)計(jì)算出的生產(chǎn)配方的流量設(shè)定值進(jìn)行比較, 產(chǎn)生的流量差值以調(diào)節(jié)瀝青泵的轉(zhuǎn)速的方式, 完成瀝青流量的閉環(huán)控制。在實(shí)際應(yīng)用中是通過(guò)圖3的工藝布置完成瀝青流量的控制。整個(gè)系統(tǒng)閥門(mén)狀態(tài)檢測(cè)及閥門(mén)動(dòng)作控制由一臺(tái)西門(mén)子公司LOGO!完成, 當(dāng)LOGO!檢測(cè)到Y(jié)2/Y4兩個(gè)手動(dòng)閥門(mén)中只有一個(gè)閥門(mén)在打開(kāi)時(shí), 整個(gè)系統(tǒng)才允許啟動(dòng), 當(dāng)Y2打開(kāi)時(shí)選擇WAY I生產(chǎn)回路, 當(dāng)Y4打開(kāi)時(shí)選擇WAY II生產(chǎn)回路, 相應(yīng)的瀝青泵M1/M2才會(huì)被啟動(dòng), 同時(shí)打開(kāi)氣動(dòng)閥Y3/Y5, 瀝青通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量后, 反饋至KSC, 通過(guò)接受來(lái)自KSC的信號(hào), 自動(dòng)打開(kāi)氣動(dòng)閥Y6或Y7, 其中Y6為啟動(dòng)前熱循環(huán)用, Y7為正常生產(chǎn)回路。

  高準(zhǔn) (ELITE) 公司的變送器為模塊化并帶有微處理器功能, 配合ASICS數(shù)字技術(shù), 可選擇數(shù)字通信協(xié)議。它與傳感器連接使用可獲得高度的質(zhì)量流量、密度、溫度和體積流量信號(hào), 并將獲得的信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量、頻率等輸出信號(hào)。采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器, 使測(cè)量管在一個(gè)已知的頻率下振動(dòng), 因此任何在此振動(dòng)頻率范圍之外的頻率都是“噪聲”, 使能夠以一個(gè)被提高了的采樣率去過(guò)濾實(shí)時(shí)信號(hào), 減少了流量計(jì)對(duì)流量的階躍變化的響應(yīng)時(shí)間。使用多參數(shù)數(shù)字 (MVD) 變送器的響應(yīng)時(shí)間比使用模擬信號(hào)處理的傳統(tǒng)變送器快2~4倍, 更快的響應(yīng)時(shí)間提高短批量控制的效率和度。

  在不同溫度下的密度變化改變流量測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量, 從而使流量傳感器的平衡發(fā)生變化, 導(dǎo)致零點(diǎn)偏移。在日常生產(chǎn)中保持瀝青溫度的變化在工藝范圍內(nèi), 只要在實(shí)際使用的瀝青溫度條件下調(diào)零, 使用過(guò)程中的密度變化不大, 一般不存在問(wèn)題。

  高準(zhǔn) (ELITE) 的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)CMF可測(cè)量液體粘度的范圍很寬, 并呈現(xiàn)良好的測(cè)量性能。雖有報(bào)告論及粘度影響測(cè)量度, 但很少有試驗(yàn)數(shù)據(jù)。液體粘度會(huì)改變系統(tǒng)的阻尼特性, 從而影響零偏置;在低流量時(shí)對(duì)流量測(cè)量值有一定程度的影響。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中采用啟動(dòng)前熱循環(huán)2h以上, 且流量計(jì)流量和實(shí)際生產(chǎn)流量相當(dāng), 實(shí)現(xiàn)了流量計(jì)生產(chǎn)和循環(huán) (Y6閥和Y7閥) 的無(wú)擾動(dòng)切換。

  CMF200可以在振動(dòng)環(huán)境下工作, 但必須與振動(dòng)隔離, 由于流量計(jì)內(nèi)部振動(dòng)管間用柔性管連接和采用隔離振動(dòng)的支撐架, 并在實(shí)際生產(chǎn)中, 采用流量計(jì)和附近大型設(shè)備不在同一個(gè)安裝平面、部分管道間連接采用柔性連接、測(cè)量段部分管路U型布置等措施, 消除了現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)對(duì)計(jì)量精度的影響。

  質(zhì)量流量計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意以下問(wèn)題:CMF200A型質(zhì)量流量計(jì), 為U型結(jié)構(gòu), 裝于自下而上流動(dòng)的垂直管道較為理想, 并按旗形安裝, 以保證計(jì)量管道內(nèi)充滿液體瀝青, 增加計(jì)量的準(zhǔn)確性;在使用前為保證質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)部不發(fā)生瀝青掛壁的現(xiàn)象, 流量計(jì)外殼應(yīng)纏繞伴熱管, 防止瀝青在計(jì)量時(shí)產(chǎn)生凝固現(xiàn)象, 在冬季生產(chǎn)時(shí)還要在流量計(jì)外部包覆保溫套;混捏機(jī)入口設(shè)單向閥, 在管路或是設(shè)備容器壓力不穩(wěn)的狀態(tài)下, 能保持管線所需壓力, 使瀝青泵能正常輸出流量。另外在泵的出端由于重力作用常會(huì)出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象, 此時(shí)單向閥能消減由于虹吸產(chǎn)生的流量及壓力的波動(dòng);調(diào)零必須在實(shí)際生產(chǎn)的溫度下進(jìn)行, 流量計(jì)排盡氣體, 充滿液體瀝青后, 再手動(dòng)關(guān)閉傳感器上下游閥門(mén), 再進(jìn)行調(diào)零。安裝方面變動(dòng)或溫度大幅度變化時(shí)需要重新調(diào)整。

  科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一個(gè)較為準(zhǔn)確、快速、可靠、高效、穩(wěn)定、靈活的流量測(cè)量?jī)x表, 在石油加工、化工、冶金等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁訌V泛的應(yīng)用, 在推動(dòng)流量測(cè)量上顯示出巨大的潛力, 也為鋁電解陽(yáng)極生產(chǎn)中的瀝青計(jì)量提供了可靠的手段。