質(zhì)量流量計(jì)在液氯充裝上的應(yīng)用
周曉昱 李吉男 大連中隆儀表公司 116023
我公司生產(chǎn)的LK系列科氏力質(zhì)量流量計(jì)，自2006年以來在國(guó)內(nèi)五個(gè)省區(qū)的部分氯堿行業(yè)的液氯充裝計(jì)量過程中應(yīng)用。現(xiàn)將其在使用中的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)介紹如下，供同行業(yè)及廣大用戶參考：
1、液氯充裝過程中流量計(jì)量的重要意義
液氯是一種黃綠色透明液體，其成分組成為Cl2>96%（vol），H2O<0.015%（wt）。相對(duì)密度1.468（0℃），沸點(diǎn)-34.5℃，熔點(diǎn)-100.98℃，分子量70.91。常壓下即汽化成氣體，1kg液氯汽化后可得到300L氣體氯（干氯氣）。具有窒息的氣味，有強(qiáng)烈刺激臭和腐蝕性。性質(zhì)很活潑，雖不自燃，但可以助燃。在日光下與其它易燃?xì)怏w混合時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒和爆炸，可以和大多數(shù)元素或化合物起反應(yīng)。劇毒。
任何液氯容器，其充填系數(shù)均不得超過80%。因?yàn)橐郝乳_始進(jìn)入容器時(shí)溫度低，例如38℃時(shí)，其壓力為1.0Mpa.g。假若液氯處于靜止不流動(dòng)狀態(tài)，由于液氯會(huì)不斷吸收外界空氣中的熱量使溫度上升，而發(fā)生汽化致使體積膨脹；如果液氯在容器內(nèi)被裝滿，沒有自由空間允許其膨脹，液體又具有不可壓縮的性質(zhì)，這時(shí)液氯隨著溫度上升就會(huì)產(chǎn)生巨大的壓強(qiáng)，使容器爆破。假如液氯容器是裝滿的，不能自由膨脹，當(dāng)溫度上升到50℃，壓力可達(dá)到50Mpa.g。這將大大超過一般壓力容器所能承受的允許壓力。液氯鋼瓶也嚴(yán)禁充填系數(shù)超過80%，液氯槽車的設(shè)計(jì)溫度為50"C。
液氯槽車充裝時(shí)有相的變化，是一個(gè)吸熱過程。一般充裝溫度低于室溫。充裝后．槽車溫度上升緩慢，這時(shí)液氯體積占槽車容積百分比隨之增大．氣相空間變小。如果過量充裝．溫度上升將導(dǎo)致壓力增加，這時(shí)內(nèi)壓上升將不是飽和蒸氣壓上升規(guī)律。壓力過高槽車罐體既有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。
我國(guó)對(duì)液氯容器及其充裝有嚴(yán)格的規(guī)定，并有*、消防、安監(jiān)等部門在運(yùn)輸環(huán)節(jié)上進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督檢查，對(duì)過量充裝的處罰力度是相當(dāng)大的。為此，在液氯充裝時(shí)就要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，防止過量充裝。一旦在過磅時(shí)發(fā)現(xiàn)過量充裝，處罰及卸載所需要的人力、物力和財(cái)力損失會(huì)很大。
由此可見，液氯充裝過程中的計(jì)量就顯得十分重要。
2、液氯槽車充裝過程中的誤差分析2.1 液氯槽車充裝裝置本身的誤差
到目前為止，流量計(jì)還僅僅是用在液氯槽車的充裝裝置之上。而槽車充裝裝置的加工生產(chǎn)卻基本上是由用戶自己完成的。因此，各個(gè)用戶充裝裝置的結(jié)構(gòu)、控制部分及閥門等的設(shè)計(jì)選型，流量計(jì)的安裝位置也就各有不同。雖然流量計(jì)的計(jì)量精度較高。但是，由上述原因帶來的計(jì)量誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流量計(jì)本身的誤差。比如：由于用戶選用的閥門有氣動(dòng)的、有電動(dòng)的、也有手動(dòng)的。當(dāng)充裝開始時(shí)如果閥門打開的速度過快，就會(huì)造成閥前液氯的壓力急劇下降，從而產(chǎn)生液氯的氣化現(xiàn)象（參見圖一）。
圖一、液氯溫度與飽和蒸汽壓圖
而如果流量計(jì)的安裝位置距離閥門較近的話，就會(huì)造成流量計(jì)內(nèi)的液氯介質(zhì)氣化而出現(xiàn)兩相的情況。導(dǎo)致計(jì)量誤差的嚴(yán)重偏離。山東東營(yíng)一家化工公司在其50萬噸離子膜燒堿項(xiàng)目的液氯充裝平臺(tái)上安裝了四臺(tái)進(jìn)口的世界科氏質(zhì)量流量計(jì)。雖然流量計(jì)本身的性能和計(jì)量精度都很高，但用戶實(shí)際使用過程中，四臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)的誤差均很大。充裝一輛20噸的槽車，流量計(jì)與稱重電子秤的zui大的誤差接近或超過一噸，達(dá)到5%以上?？梢?，流量計(jì)供貨廠家一定要幫助用戶進(jìn)行流量計(jì)的選型，安裝位置的確定，并嚴(yán)格執(zhí)行安裝工藝。以及制定一套合理的充裝操作工藝規(guī)程。只有這樣才能盡量減少由充裝設(shè)備帶來的計(jì)量誤差。
2.2 充裝管道抽空帶來的誤差。
按照<<液氯包裝工藝及安全操作規(guī)程>>的要求，液氯槽車充裝設(shè)備必須設(shè)有兩條管道。即：一條液相管道和一條氣相管道。其中：液相管道用來充裝液氯的輸送；氣相管道用來在充裝之前對(duì)槽車罐體抽空和當(dāng)液氯充到規(guī)定容量后，對(duì)充裝連接管進(jìn)行抽空，至抽盡余氯為止。另外，有些用戶因?yàn)椴圮嚦溲b作業(yè)的工作量較小，不經(jīng)常裝車。為安全起見還要將液相管道也進(jìn)行抽空。（見圖二）
圖二、液氯充裝平臺(tái)管道的規(guī)范配置
由于液氯充裝這一特殊的安全性要求，流量計(jì)在用于液氯槽車充裝計(jì)量時(shí)，必須考慮上述因素所帶來的誤差。
可以用下面公式計(jì)算出充裝管道抽空帶來的誤差量△：
Δ=L×0.785D2×ρ
式中：D---管道的內(nèi)徑尺寸
L---抽空部分管道的長(zhǎng)度
ρ---液氯的工況密度
多數(shù)情況下僅有充裝連接管需要抽空，該誤差相對(duì)于實(shí)際充裝量都是很小的，可以忽略。
但當(dāng)液相管道也需要抽空時(shí)，該誤差就一定要考慮。
由于液氯充裝工藝的特殊性，流量計(jì)暫時(shí)還不能作為結(jié)算計(jì)量器具替代地中衡使用。
2.3 環(huán)境溫度的影響。
因?yàn)椋脩魪囊郝葍?chǔ)罐至充裝車位的距離各不相同，輸送管道的長(zhǎng)短也就不同；輸送管道的口徑也各不相同，流速的差距也相當(dāng)大。在液氯充裝時(shí)，如果輸送管道過長(zhǎng)，閥門開得過大，勢(shì)必造成管道的壓力損失過大。在溫度不變的情況下，從液氯的飽和蒸汽壓圖（圖一）可以看出液氯就會(huì)出現(xiàn)氣化現(xiàn)象。且氣化的程度與充裝的流速成正比。由于液氯的熱膨脹系數(shù)很大，氯從液態(tài)變成氣態(tài)時(shí)，體積增大約460倍。此時(shí)，若流量計(jì)中的液氯呈兩相介質(zhì)。則計(jì)量數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生上百倍的誤差。此種情況在夏季高溫季節(jié)尤其嚴(yán)重。不但影響計(jì)量精度，也會(huì)影響充裝效率。
在實(shí)際應(yīng)用過程中，我們就曾經(jīng)遇到過類似問題。魯西化工集團(tuán)液氯充裝站的一個(gè)槽車充裝位，距液氯儲(chǔ)罐的距離大約有50米，采用的是DN50的裸露管道輸送。在該管道上還開有三個(gè)給液氯鋼瓶充裝的分支。選用的質(zhì)量流量計(jì)安裝在裝車位下部，距充裝開閉閥門不足3米（見圖三）。
圖三、質(zhì)量流量計(jì)安裝位置
冬季時(shí)由于環(huán)境溫度較低，流量計(jì)的工作比較正常。到了夏季，隨著溫度的升高，液氯既產(chǎn)生氣化現(xiàn)象，尤其是當(dāng)三個(gè)鋼瓶也同時(shí)充裝時(shí)，流量計(jì)工作失常，嚴(yán)重時(shí)已無法計(jì)量。經(jīng)過與用戶協(xié)商，在裝車位流量計(jì)下游一側(cè)安裝了壓力表，制定了一個(gè)操作規(guī)程，控制充裝閥門開啟時(shí)保持管道內(nèi)的壓力在允許范圍之內(nèi)。同時(shí)，對(duì)于所有液氯充裝輸送管道均進(jìn)行了保溫處理。從而，保證了流量計(jì)的穩(wěn)定工作。
2.4 外界振動(dòng)干擾的影響
由于質(zhì)量流量計(jì)是依靠檢測(cè)管振動(dòng)代替其旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生科氏力來計(jì)量管道中介質(zhì)的質(zhì)量流量的。因此，實(shí)際使用中外界振動(dòng)干擾對(duì)其計(jì)量精度的影響是很大的。因干擾源各不相同，干擾頻率與振動(dòng)幅度也各有不同。我們無法給出定量的誤差分析。從實(shí)踐中我們感到，由于液氯充裝平臺(tái)的剛性一般都較差。在充裝操作過程中閥門的開閉，人員的走動(dòng)，槽車中流體沖擊帶來的振動(dòng)，對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量精度都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。所以，質(zhì)量流量計(jì)的安裝位置、固定方式是實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須考慮的影響因素。
3、選用質(zhì)量流量計(jì)的必要性 綜上所述，液氯的充裝計(jì)量是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜的過程。不但要考慮各種影響因素，更要選用一種既具有較高的計(jì)量精度和穩(wěn)定性，又比較適合該計(jì)量環(huán)境的計(jì)量?jī)x表。根據(jù)我公司多年的使用經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為在液氯充裝設(shè)備上使用科氏質(zhì)量流量計(jì)有如下優(yōu)點(diǎn)：
3.1 不需要溫度壓力補(bǔ)償，直接測(cè)量介質(zhì)的質(zhì)量流量。
科氏力質(zhì)量流量計(jì)是目前*的可直接測(cè)量介質(zhì)質(zhì)量流量的一種高精度流量?jī)x表。因此，它不存在其他類型依靠密度補(bǔ)償運(yùn)算的質(zhì)量流量?jī)x表，因壓力、溫度補(bǔ)償帶來的計(jì)量誤差。
3.2 計(jì)量準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好。
由它的工作原理決定了其具有很高的質(zhì)量流量計(jì)量精度，以及較好的工作穩(wěn)定性。
3.3 無任何阻流元件，使用壽命較長(zhǎng)。
科氏力質(zhì)量流量計(jì)的介質(zhì)流道是光滑的管道，內(nèi)部沒有任何阻流元件。因此，它的壓力損失小，使用壽命長(zhǎng)。
3.4 實(shí)現(xiàn)在線溫度、密度監(jiān)控，防止氣化發(fā)生。
科氏質(zhì)量流量計(jì)不但是一種高精度的流量?jī)x表，它還是一個(gè)在線溫度計(jì)和高精度（0.2%）的在線密度計(jì)?？梢詫?duì)于液氯進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線溫度和密度監(jiān)控，從而防止氣化的發(fā)生。
3.5 調(diào)試簡(jiǎn)單，維修費(fèi)用低。
科氏質(zhì)量流量計(jì)需要用戶設(shè)定的參數(shù)極少。只要嚴(yán)格按照安裝技術(shù)要求安裝，調(diào)試過程僅是一個(gè)校零點(diǎn)的簡(jiǎn)單工作。而且，因?yàn)樵摿髁坑?jì)基本上沒有易損件。除人為因素以外，運(yùn)行中基本不會(huì)出現(xiàn)故障。所以，維護(hù)、維修費(fèi)用極低。
4、液氯槽車充裝中使用質(zhì)量流量計(jì)的幾點(diǎn)建議4.1 質(zhì)量流量計(jì)要盡量遠(yuǎn)離灌裝出口安裝，尤其是盡量不要安裝在操作平臺(tái)上面。因?yàn)?，一方面槽車灌裝開始初期，由于罐體內(nèi)的壓力很低，液氯的流速較高，在靠近出口的閥門、法蘭等處會(huì)因局部壓力損失過大而產(chǎn)生局部氣化現(xiàn)象。使質(zhì)量流量計(jì)無法正常運(yùn)行。另一方面，在此位置安裝會(huì)不可避免的將一些外來振動(dòng)干擾引入流量計(jì)，造成計(jì)量誤差。
4.2 質(zhì)量流量計(jì)要盡量靠近地面安裝，并且在地上對(duì)流量計(jì)兩端做堅(jiān)固的支撐。如果，因條件不具備，只能做架空安裝時(shí)，也一定要對(duì)流量計(jì)的兩端做比較穩(wěn)定的支撐。實(shí)踐證明這一點(diǎn)對(duì)流量計(jì)的正常工作，也是十分重要的。
4.3 在質(zhì)量流量計(jì)選型時(shí)，盡量使常用流量落在流量計(jì)量程范圍的1/2—2/3之間。以減少由于液氯充裝過程的后期，由于罐體內(nèi)壓過大致使瞬時(shí)流量過小而造成的計(jì)量誤差。
4.4 充裝控制閥門的開關(guān)速度要控制在適當(dāng)?shù)姆秶?。控制的依?jù)是保持流量計(jì)所在管道內(nèi)介質(zhì)的壓力在穩(wěn)定的液態(tài)范圍內(nèi)（可以參考圖一的數(shù)據(jù)）。采用手動(dòng)閥門的場(chǎng)合，可以人工觀察該管段的壓力表的讀數(shù)在許用范圍。如果是采用自動(dòng)閥門控制的場(chǎng)合，可以采取由壓力信號(hào)控制閥門開關(guān)速度的方案。
4.5 所有液氯輸送管道都要進(jìn)行*的保溫處理。
4.6 全部管道、閥門和流量計(jì)安裝完成后一定要進(jìn)行高速吹掃。這是所有質(zhì)量流量計(jì)安裝完成后必須做的一項(xiàng)工作。因?yàn)?，如不吹掃干凈。?dāng)有雜物存留在質(zhì)量流量計(jì)的檢測(cè)管內(nèi)，且無規(guī)則分布時(shí)，就會(huì)造成流量計(jì)嚴(yán)重超差。
我們?cè)诙嗉矣脩羰褂觅|(zhì)量流量計(jì)作為液氯充裝計(jì)量的經(jīng)驗(yàn)證明，只要充分考慮到液氯充裝的特殊性，提前消除產(chǎn)生誤差的因素，充裝計(jì)量的誤差*可以控制在1%以內(nèi)。以上是我們?cè)谝郝瘸溲b計(jì)量過程中使用科氏質(zhì)量流量計(jì)的一點(diǎn)體會(huì)，愿與同行及用戶共同探討。以便于推廣使用。
備注：
壓力單位：MPa.g-----兆帕.表壓力 MPa.a-----兆帕.壓力
參考文獻(xiàn)：
1、 液氯工序培訓(xùn)手冊(cè)---------中國(guó)成達(dá)化學(xué)工程公司 王瓊、曾宇峰、楊萍
2、 液化氣體鐵路槽車安全管理規(guī)定------勞動(dòng)總局、化工部頒布。來源自四川消防網(wǎng)
會(huì)員1.png)