摘要：通過(guò)對(duì)氯乙烯單體加料工藝的介紹和氯乙烯單體性質(zhì)的分析, 介紹了渦輪流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)的選型、安裝和使用情況, 總結(jié)了使用過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題及處理辦法。
  聚氯乙烯按合成方法分類主要有 4 大類:懸浮法聚氯乙烯、乳液法聚氯乙烯 、本體法聚氯乙烯和溶液法聚氯乙烯, 懸浮法聚氯乙烯是目前產(chǎn)量***大的一個(gè)品種 ,也是我國(guó)生產(chǎn)企業(yè)常用的一種生產(chǎn)工藝 。不同的合成方法生產(chǎn)的產(chǎn)品, 其性能大相徑庭 ,單就懸浮法聚氯乙烯而言 ,配方不同,聚氯乙烯產(chǎn)品的性能也不同 。因此 ,在生產(chǎn)不同型號(hào)的產(chǎn)品時(shí), 對(duì)配方的管理和加料量精度的控制就顯得尤為重要 。自控系統(tǒng)的高度自動(dòng)化為配方管理搭建了方便的操作平臺(tái) ,而加料量的控制成為產(chǎn)品合格率的關(guān)鍵所在。氯乙烯單體是合成聚氯乙烯的主要原料 , 要想控制好單體的加入量, 選擇何種單體加料流量計(jì)是各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都十分關(guān)注的事情。
1、單體加料工藝簡(jiǎn)介：
  氯乙烯單體加料工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 1 。

 
圖 1 　氯乙烯單體加料工藝流程圖
　聚合釜的進(jìn)料過(guò)程是一個(gè)密閉的進(jìn)料過(guò)程,每條聚氯乙烯生產(chǎn)線都有多臺(tái)聚合釜,每臺(tái)聚合釜的每一次單體加料都有嚴(yán)格的配方管理和程序控制,通過(guò)程控閥的切斷和調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié),控制單體的流向、流速和進(jìn)料量。進(jìn)料量由單體流量計(jì)計(jì)量并實(shí)時(shí)傳送給DCS控制系統(tǒng),從而地控制整個(gè)加料過(guò)程。整個(gè)管線上串聯(lián)安裝 2 臺(tái)流量計(jì),其目的是控制加料的精度,通過(guò)2 臺(tái)流量計(jì)實(shí)時(shí)對(duì)比,更好地監(jiān)測(cè)流量計(jì)運(yùn)行情況,并確保 2 臺(tái)流量計(jì)的視數(shù)在一定偏差范圍內(nèi)。
2、流量計(jì)的選擇：
  目前市場(chǎng)上流量計(jì)的種類眾多, 生產(chǎn)廠家更是千差萬(wàn)別 ,尚且還沒(méi)有一種流量計(jì)或測(cè)量方式是對(duì)各種流體及流動(dòng)情況都能適應(yīng)的。不同的測(cè)量方式和結(jié)構(gòu),要求不同的測(cè)量操作、使用方法和使用條件。每種形式的流量計(jì)都有其特有的優(yōu)缺點(diǎn), 要想用好一臺(tái)流量計(jì), 首先要做好流量計(jì)的選型工作 。流量?jī)x表的選型主要應(yīng)從如下 4 個(gè)方面考慮 。
(1)介質(zhì)的性質(zhì) 。所測(cè)介質(zhì)為氣體 、液體 、固體 、漿料或是氣液混合物等,介質(zhì)密度、黏稠度 、腐蝕性等。
(2)工藝條件。主要包括流量計(jì)的工作壓力、工作溫度等 。
(3)工作環(huán)境。主要包括流量計(jì)的環(huán)境溫度、防護(hù)等級(jí)、防爆等級(jí)、有無(wú)強(qiáng)電磁干擾 、有無(wú)強(qiáng)輻射、有無(wú)強(qiáng)振動(dòng)等。
(4)測(cè)量精度。流量范圍和精度要求是流量計(jì)的重要參數(shù), 也是決定流量計(jì)價(jià)格的決定性因素。
  氯乙烯單體是一種略呈芳香氣味的無(wú)色氣體 ,分子式 C2 H3Cl, 相對(duì)分子質(zhì)量 62 .50 , 相對(duì)密度0 .910 6(20/4 ℃), 常溫下為氣體 , 有毒 、易燃易爆 ,為儲(chǔ)存或儲(chǔ)運(yùn)而加壓成液體, 微溶于水, 不宜導(dǎo)電 ,遇光或催化劑會(huì)發(fā)生聚合并放熱。
  目前,某氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱神馬氯堿發(fā)展公司)共有兩條10 萬(wàn) t/a 和一條5 萬(wàn)t/ a 的 PVC 生產(chǎn)線 , 根據(jù)氯乙烯單體的物理性質(zhì)和聚合反應(yīng)的單體加料條件,在單體加料流量計(jì)的選擇上采用了渦輪流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)兩種類型。實(shí)踐證明,這兩種流量計(jì)在單體加料管線上的使用都是成功的。

3、兩種流量計(jì)的特點(diǎn)及安裝使用：
3 .1、渦輪流量計(jì)：
3 .1 .1、渦輪流量計(jì)的工作原理：
  渦輪流量計(jì)是速度式流量?jī)x表的一種, 又稱為透平流量計(jì) ,是一種葉輪式儀表 ,其工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單 。渦輪流量計(jì)本體管道中心安放一個(gè)渦輪 ,兩端由軸承支撐 。當(dāng)流體通過(guò)管道時(shí) ,沖擊渦輪葉片 ,對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩, 使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 。在一定的流量范圍內(nèi) , 對(duì)一定的流體介質(zhì)黏度,渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比 。
  由此,流體流速可通過(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度而得到 ,從而可以計(jì)算出通過(guò)管道的流體流量 。同時(shí)渦輪的轉(zhuǎn)速通過(guò)安裝在機(jī)殼外的傳感線圈來(lái)檢測(cè) 。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí),就會(huì)引起傳感線圈中的磁通變化 。傳感線圈將檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器 , 對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大 、整形 ,產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào) ,送入單位換算與流量積算電路得出并顯示累積流量值;同時(shí)亦將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路 ,將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量, 進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。神馬氯堿發(fā)展公司采用的是直接將渦輪流量計(jì)的脈沖信號(hào)送入 DCS 控制系統(tǒng) ,通過(guò) DCS 系統(tǒng)來(lái)顯示和累積流量值 ,從而控制加料過(guò)程 。

3 .1 .2、渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)：
(1)準(zhǔn)確度高 。渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度在 0 .5 %～ 0 .1 %, 壓力損失較小 ,在線性流量范圍內(nèi), 即使流量發(fā)生變化, 累積流量準(zhǔn)確度也不會(huì)降低, 并且在短時(shí)間內(nèi),渦輪流量計(jì)的再現(xiàn)性可達(dá) 0 .05 %。在國(guó)外液化石油氣 、成品油和輕質(zhì)原油等的轉(zhuǎn)運(yùn)及集輸站, 大型原油輸送管線的首末站都大量采用渦輪流量計(jì)進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算 。
(2)量程比寬 。渦輪流量計(jì)的量程比可達(dá) 1 ∶50 , 在同樣口徑下 ,渦輪流量計(jì)的***大流量值大于很多其他流量計(jì)。
(3)適應(yīng)性強(qiáng) 。渦輪流量計(jì)具有較高的抗電磁干擾和抗振動(dòng)能力 ,性能可靠 ,多是封閉結(jié)構(gòu) ,其轉(zhuǎn)速信號(hào)是非接觸測(cè)量,容易實(shí)現(xiàn)耐高壓設(shè)計(jì) 。
  如果流量計(jì)的渦輪和軸承選擇耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的材料 , 就可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用。這時(shí),應(yīng)注意對(duì)它的儀表系數(shù)進(jìn)行修正(主要是其流通截面的變化):
  K =K 0[ 1 -(βR +2βH )·(t -to)] ,
  式中:K 、K0 分別為使用時(shí)和校驗(yàn)時(shí)的儀表系數(shù), t 、t 0 分別為使用時(shí)和校驗(yàn)時(shí)的流體溫度 ,βR 、βH 分別為渦輪和機(jī)殼的材料膨脹系數(shù)。
(4)數(shù)字信號(hào)輸出 。
  渦輪流量計(jì)輸出為與流量成正比的脈沖數(shù)字信號(hào)。它具有在傳輸過(guò)程中準(zhǔn)確度不降低 、易于累積 、易于送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(也可以轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4 ～ 20 mA 電流信號(hào)輸出)。
  總的來(lái)說(shuō), 渦輪流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工零部件少 、質(zhì)量輕、維修方便、流通能力大(同樣口徑可通過(guò)的流量大)和適應(yīng)高參數(shù)(高溫、高壓和低溫)等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于石油、有機(jī)液體 、無(wú)機(jī)液體 、液化氣、天然氣 、煤氣和低溫流體等 。
3 .1 .3、渦輪流量計(jì)的安裝及使用：
  流量計(jì)的安裝情況對(duì)流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度影響很大 ,要想發(fā)揮渦輪流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn) ,在流量計(jì)的安裝及使用上應(yīng)加以注意 。
(1)流速分布不均和管內(nèi)二次流的存在是影響渦輪流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的重要因素。所以, 渦輪流量計(jì)對(duì)上 、下游直管段有一定要求 。對(duì)于工業(yè)測(cè)量 ,一般要求上游 20D(D 為流量計(jì)口徑), 下游 5D 的直管長(zhǎng)度 。為消除二次流動(dòng), ***好在上游端加裝整流器 。若上游端能保證有 20D 左右的直管段, 并加裝整流器 ,可使流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到標(biāo)定時(shí)的準(zhǔn)確度等級(jí)。
(2)渦輪流量計(jì)對(duì)流體的清潔度有較高要求, 在流量計(jì)前須安裝過(guò)濾器來(lái)保證流體的清潔。過(guò)濾器可采用漏斗形的 。
(3)不能有混相流,必須確保通過(guò)流量計(jì)的液體是單相的 ,必要時(shí)在流量計(jì)上游加裝消氣器。
(4)為了保證顯示儀表對(duì)渦輪傳感器輸出的脈沖信號(hào)有足夠的靈敏度, 就要提高其信噪比。為此 ,在安裝時(shí)應(yīng)防止各種電干擾現(xiàn)象, 即電磁感應(yīng) 、靜電及電容耦合。在配置信號(hào)傳輸線時(shí) ,必須注意限制信號(hào)線的***大長(zhǎng)度(信號(hào)線的***大長(zhǎng)度為:L =dV ,其中 V 為在***小流量時(shí)傳感線圈的輸出電壓有效值,mV ;d 為系數(shù),m/mV ,其值可取 :V <1 000 m V時(shí), d =1 .0 m/m V ;1 000 mV <V <5 000 m V 時(shí) ,d =1 .5 m/mV ;V >5 000 mV 時(shí) , d =2 .0 m/ mV);信號(hào)傳輸線應(yīng)采用屏蔽電纜, 以防來(lái)自外部的感應(yīng)噪聲 ;要求傳輸電纜在顯示儀表端屏蔽可靠接地;傳輸電纜不能靠近強(qiáng)電磁設(shè)備, 不允許與動(dòng)力線平行布置 。
(5)渦輪流量計(jì)是一種機(jī)械式流量計(jì),必須進(jìn)行定期的運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù) ,由于氯乙烯單體大都有自聚現(xiàn)象 ,管道內(nèi)壁和流量計(jì)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間接觸介質(zhì), 不可避免地會(huì)有自聚物產(chǎn)生 ,所以必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的檢查和清洗。
(6)渦輪流量計(jì)的軸承是***易磨損的部件, 應(yīng)定期更換 ,一般可根據(jù)小流量特性變化來(lái)觀察其軸承的磨損情況 ,或者對(duì)其進(jìn)行定期的校準(zhǔn)。

3 .1 .4 、運(yùn)行故障分析：
  故障分析情況見(jiàn)表 1 。

表 1 　故障分析情況

3 .2、質(zhì)量流量計(jì)：
3 .2 .1、質(zhì)量流量計(jì)的工作原理：
  根據(jù)流量管的不同 ,質(zhì)量流量計(jì)主要有 U 形測(cè)量管流量計(jì) 、S 形測(cè)量管流量計(jì)、Ψ形測(cè)量管流量計(jì) 、B 形測(cè)量管流量計(jì)、雙 J 形測(cè)量管流量計(jì)、單直管形測(cè)量管流量計(jì) 、雙直管形測(cè)量管流量計(jì)、雙環(huán)形測(cè)量管流量計(jì)等(神馬氯堿發(fā)展公司使用的是 U 形測(cè)量管質(zhì)量流量計(jì))。無(wú)論哪種形式流量管的流量計(jì) ,其質(zhì)量流量檢測(cè)采用的都是科里奧利的基本原理 ,通過(guò)直接或間接測(cè)量在振動(dòng)的管道中流動(dòng)的流體所產(chǎn)生的科氏力從而測(cè)得質(zhì)量流量 。
  一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)由傳感器和信號(hào)處理變送器兩部分組成 ,傳感器包含流量管、檢測(cè)線圈、驅(qū)動(dòng)線圈、溫度傳感器等,驅(qū)動(dòng)線圈使流量管產(chǎn)生恒定振幅的振動(dòng) , 流體在振動(dòng)的管道中流動(dòng)使恒定的振動(dòng)發(fā)生變化 , 形成科氏力 ,從而使流量管發(fā)生扭曲 ,測(cè)量管扭曲的程度與流體流過(guò)測(cè)量管的質(zhì)量流量成正比, 不同形狀的流量管產(chǎn)生不同性質(zhì)的科氏力 ,變送器負(fù)責(zé)將檢測(cè)到的流量管運(yùn)動(dòng)的相位差信號(hào)進(jìn)行放大、修正 、濾波等轉(zhuǎn)換成所需要的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送出去 。

3 .2 .2、質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn)：
(1)精度***高 。質(zhì)量流量計(jì)是目前公認(rèn)的精度***高、重復(fù)性***好的一種流量計(jì), 精度等級(jí)大于 0 .2 %, 一般為0 .15 %, 多用于貿(mào)易結(jié)算和高精度測(cè)量 。
(2)穩(wěn)定性好 。質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)部無(wú)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 儀表從出廠到使用過(guò)程中都有良好的穩(wěn)定性 ,使用壽命長(zhǎng), 明顯優(yōu)于其他傳統(tǒng)儀表 。
(3)便于維護(hù)。質(zhì)量流量計(jì)無(wú)可動(dòng)部件, 流量管內(nèi)無(wú)障礙物, 性能穩(wěn)定,故障率低,無(wú)需經(jīng)常維護(hù)。
(4)應(yīng)用范圍廣 。測(cè)量方便, 配合數(shù)字化顯示儀表,方便顯示流體的在線測(cè)量值及溫度 、密度值等, 可測(cè)量多個(gè)參數(shù) ,應(yīng)用于多種行業(yè) 。
(5)受介質(zhì)制約因素少。介質(zhì)的密度 、黏度、溫度、壓力 、電導(dǎo)率等特性對(duì)測(cè)量結(jié)果影響小 ,安裝時(shí)無(wú)上下直管段要求。
(6)體積較大。質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理決定了測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜性,科氏力是一個(gè)十分微小的變化力,為地測(cè)量其相位差 ,需放大其流量管長(zhǎng)度,這樣就造成其體積較大 。目前質(zhì)量流量計(jì)正在向精小型發(fā)展。
(7)價(jià)格偏高。特殊的結(jié)構(gòu)、良好的測(cè)量精度決定了其高昂的價(jià)格 ,一次性投入較大,但長(zhǎng)期的使用壽命和低廉的維護(hù)成本大大提高了其性價(jià)比 。

3 .2 .3、質(zhì)量流量計(jì)的安裝及使用：
  質(zhì)量流量計(jì)是一種精密的流量?jī)x表 ,在安裝及使用過(guò)程中應(yīng)特別注意以下 4 點(diǎn)。
(1)注意流量計(jì)的安裝方式 。安裝時(shí)應(yīng)采取外殼向下安裝,這樣可以避免有氣體聚集在傳感器內(nèi) ,影響測(cè)量 ;只有在測(cè)量氣體介質(zhì)時(shí)才采取外殼向上安裝的方式,這樣可以避免液體滯留在振動(dòng)管內(nèi), 影響測(cè)量精度。
(2)質(zhì)量流量計(jì)對(duì)外界的振動(dòng)干擾比較敏感, 安裝時(shí)流量管道應(yīng)保持水平, 并且盡量把流量計(jì)安裝在較低處 ,同時(shí)應(yīng)對(duì)管道做加固處理,以確保管道盡可能地減少振動(dòng) 。
(3)傳感器的安裝位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電磁干擾, 同時(shí)遠(yuǎn)離加料泵,距離至少在 10 m 以上。
(4)在初次安裝和大修拆裝 、送檢后 , 都要對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行滿管清零 ,以確保計(jì)量的準(zhǔn)確度。

3 .2 .4 、運(yùn)行故障分析：
  質(zhì)量流量計(jì)一般很少出現(xiàn)故障 ,但是若管理不善 ,也會(huì)產(chǎn)生一些故障 ,從變送器的表頭錯(cuò)誤代碼即可判斷故障原因。
(1)Drive Overrange 或 Input Overrange:即變送器中產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出, 流速超出傳感器量程 。應(yīng)檢查傳感器與變送器之間的線路是否正常 , 依次檢查驅(qū)動(dòng)線圈是開(kāi)路或是短路 、檢測(cè)線圈是開(kāi)路還是短路 。
(2)Sensor Error :即電纜出現(xiàn)問(wèn)題 , 檢查檢測(cè)線圈是開(kāi)路或是短路。
(3)Power Reset :電源出現(xiàn)故障 ,監(jiān)測(cè)電源系統(tǒng)是否正常。
(4)Zero Too High 或 Zero Too Low :表示零點(diǎn)偏移太大 ,應(yīng)確保在流體完全終止流動(dòng)時(shí)調(diào)校零點(diǎn) 。儀表的智能化顯示為生產(chǎn)維護(hù)提供了良好的監(jiān)測(cè)平臺(tái) ,通過(guò)不同的故障提示, 使人們能夠方便、快捷地查找故障原因 ,從而提高了工作效率 。

4、結(jié)語(yǔ)：
  綜合某氯堿發(fā)展公司多年來(lái)的使用經(jīng)驗(yàn) ,在單體加料流量計(jì)的選擇上 ,無(wú)論是渦輪流量計(jì)還是質(zhì)量流量計(jì)都是實(shí)用的。渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜 ,但存在機(jī)械磨損, 需要定期維護(hù) 、更換易損部件;質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格昂貴 ,但性能穩(wěn)定, 維護(hù)量小。各個(gè)廠家在流量計(jì)的選擇上應(yīng)綜合企業(yè)的實(shí)際情況 ,選擇一種適合自身現(xiàn)狀的流量計(jì) 。