椭圆齿轮流量计,腰轮流量计,双转子流量计

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PVC生产中测量仪表的选择与应用

PVC生产中测量仪表的选择与应用,介绍了PVC生产中测量仪表的选型、安装与注意事项,对使用过程中的常见故障进行了分析,并采取了相应对策。

随着科技的发展及自动化程度的不断提高,测量仪表在工业生产中得到更加广泛的应用。选择适用的测量仪表,保障其测量精度和稳定性对于提升工业生产的自动化水平、进一步解放生产力具有至关重要的作用。目前,氯乙烯聚合生产几乎均采用先进的集散控制系统(Distributed Control System),这对仪表的测量精度、运行稳定性、环境适应性及传输精度提出了更高的要求。河北金牛化工股份有限公司(以下简称河北金牛化工)从20世纪90年代初开始,分别采用了中国台湾、日本和欧洲的聚合生产工艺技术,不同的专利和设计方案对测量仪表的要求也不同,在实际应用中出现了一些不适用、故障率高以及精度不能满足要求等方面的问题。为此,根据生产工艺的特点、要求以及物料的特性对相关测量仪表进行了改进,取得了良好的效果。
1 PVC生产中仪表选型的原则
PVC生产与其他工业生产一样,应按照工艺过程条件(包括温度压力、流量、黏度、腐蚀性、毒性、脉动等因素)选择合适类型的仪表,确定仪表部件的材质和量程。然后,根据操作的重要性选择仪表精度等级,并考虑仪表的经济性和市场供给情况,*终选用安全可靠、经济实用、性价比高的测量仪表。
对于聚合过程中的通用仪表,在满足工艺和自动控制要求的前提下,应尽量选用成熟、可靠、经济性好且易于维护的测量仪表。如温度测量通常选用电阻式测量仪表;压力测量采用膜片式仪表;液位测量采用单法兰或双法兰压力式液位计;水流量的测量可以选择孔板式流量计,精度要求较高的则采用涡轮或涡街流量计。其中,要特别注意对测量精度的选择,对工艺要求严格的控制指标(如聚合釜反应温度、引发剂的质量、分散剂的流量),精度等级应不低于0.2级;而一般的测量(如蒸汽温度、干燥床控制温度、干燥风机流量),精度可以放宽至0.5或1.0级即可。
2 氯乙烯单体流量计的选择与应用
将氯乙烯加入聚合釜时,如果流量计量不准,将影响聚合工艺中的水油比,或造成物料加入过量或加入量不足,影响聚合过程的稳定,而且容易发生超温、超压等安全事故,导致后续工段不能稳定控制,进而影响产品质量,因此对流量计的精度要求较高。河北金牛化工根据仪表选用原则及生产工艺特点,在23万t/a装置中优先选用椭圆齿轮流量计测量氯乙烯的流量,同时再选择涡轮流量计与椭圆齿轮流量计进行对比与校核。当检测到涡轮流量计与椭圆齿轮流量计单釜加入量差值超过380 kg时(即总误差超过1%时),从安全方面考虑,取数值较大的流量值为计量值,同时发出报警提示进行确认检查。
椭圆齿轮流量计又称排量流量计、齿轮流量计,由壳体、计数器、椭圆齿轮和联轴器(分磁性联轴器和轴向联轴器)等组成,是容积式流量计的一种。椭圆齿轮流量计利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,当被测流体流过流量计时,会带动椭圆齿轮旋转,椭圆齿轮每旋转1周,就有一定数量的流体流过仪表,只要记录下椭圆齿轮的转数,就能得到被测流体的体积总量。
椭圆齿轮流量计在流量仪表中是精度较高的一类,适于测量各种黏度介质的流量,不仅可以用于氯乙烯的测量,也可以用于黏度较高的分散剂溶液的测量。
2.2 椭圆齿轮流量计的安装使用要求
椭圆齿轮流量计安装示意图见图1。
椭圆齿轮流量计,腰轮流量计,双转子流量计
 图1 椭圆齿轮流量计安装示意图
椭圆齿轮流量计具有耐腐蚀性强、使用寿命长、压力损失小、容易安装与维修等特点,但是使用在氯乙烯计量中必须注意以下事项。
(1)安装前应清洁管道。椭圆齿轮是非常精密的仪表,任何固体物质均可能导致齿轮卡死,严重时会损坏齿轮。因此,无论是安装在新建管道还是检修后初次使用的管道上,都要保证管道内部不留任何铁屑、固体颗粒等异物。
(2)在椭圆齿轮流量计前的管道上游加装过滤器。由于氯乙烯单体从合成厂经过数百米的碳钢管道输送到PVC装置界区,其中可能含有固体颗粒;而聚合后的回收单体有可能因为终止剂加入异常等原因而发生自聚,如果不能保证良好的过滤效果,可能导致流量计损坏。河北金牛化工采用过滤精度为10μm的聚丙烯滤芯,既有效地保证了流量计的正常使用,又保证了PVC产品质量的稳定。
(3)安装排气装置。氯乙烯属于比较容易汽化的介质,管道内的氯乙烯会随着温度及压力的变化而汽化,并且在氯乙烯的生产和聚合过程中要使用氮气,在反应时还会产生一些不凝气体,这些气体的存在会影响齿轮流量计的计量精度,因此在流量计前安装排气装置是非常必要的。
(4)椭圆齿轮流量计对仪表前后直管段要求不高,这给管道布置带来更多便利,而且其既可以水平安装,也可以垂直安装;但是在垂直安装时,应使流量计的椭圆齿轮转动轴与地面平行。
(5)应在靠近流量计的位置就近安装温度计,用于测量氯乙烯的温度。氯乙烯温度随着外界气温的变化而变化,夏季可以达到30℃,而冬季温度接近0℃,30℃时氯乙烯密度是0.892 kg/L,0℃时是0.947 kg/L。齿轮流量计测量的是体积流量,而聚合工艺需要的是质量,因此就要在仪表内部进行体积与质量的换算,密度不同得出的质量也不同,若没有温度补偿,计算结果误差会达到5%,这会严重影响测量的准确性。
(6)椭圆齿轮流量计应在仪表所规定的使用温度范围内使用。由于齿轮是非常精密的测量元件,温度的变化会形成系统误差,温度过高,齿轮容易卡死,因此在设计选型时要说明温度范围,并且在规定的范围内使用。
(7)过低的流量会影响椭圆齿轮流量计的精度,使用过程中必须保证*小使用流量,并使其处于低流量的时间尽量短,这样流量计累计精度才能达到0.2级。
2.3 常见故障原因及对策
(1)椭圆齿轮不转。
原因:管道中有杂质、氯乙烯单体中杂质含量高、过滤器损坏、杂质卡住齿轮。
对策:清理管道、检修过滤器、更换滤芯、拆洗流量计齿轮。
(2)联轴器漏液。
原因:密封填料磨损或缺密封油。
对策:紧固填料压盖或更换填料,加装密封油。
(3)指针不转或时停时走。
原因:指针、垫圈松动或传动件转动不灵活。
对策:拆检指针及相关部件,打磨、润滑。
(4)误差变大。
原因:温度测量不准,轴承磨损造成齿轮传动不均。
对策:校正或更换温度计,更换轴承并修复变形的齿轮,修理后须重新校准。
3 PVC浆料流量计的选择与应用
悬浮聚合工艺中,聚合反应结束后,PVC是以浆料的形式进入下一工段的,浆料的温度在60℃左右,PVC质量分数一般在30%左右。对于悬浮液不宜选择有内部元件的流量计,超声波流量计虽是非接触式仪表,但更适用于清洁、单相的液体和气体,因而不适用于PVC浆料。在聚合过程中加入了多种助剂,浆料的电导率一般在150μS/cm以上,能够满足电磁流量计的要求,因此河北金牛化工23万t/a PVC装置选用电磁流量计进行PVC浆料流量的测量,取得了很好的效果。
3.1 电磁流量计的工作原理
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。当导电的被测介质垂直于磁力线方向流动时,在与介质流动和磁力线都垂直的方向上会产生一个感应电动势,其大小与导电介质在磁场中的有效长度及导电介质在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比,通过换算即可求得介质的体积流量。
3.2 电磁流量计的安装使用要求
电磁流量计适用于电导率大于5μS/cm的液体或均匀的液固两相介质流量的测量,具有良好的耐腐蚀性和耐磨性,无压力损失,可测量各种强酸、强碱、盐、氨水、泥浆、矿浆、纸浆等介质。但电磁流量计造价较高,对现场安装条件要求比较严格,而且信号易受外界磁场干扰,影响了其在工业管道流体测量中的广泛应用。
在测量PVC浆料的流量时,须注意以下4点。
(1)安装电磁流量计时,电极轴必须保证水平安装,且浆料流向与电磁流量计指示安装方向一致。因涡流和不稳定的介质流动状态都会对电磁流量计的准确测量产生影响,因此电磁流量计在安装时对前后直管段的长度有一定的要求,*小直管段要求为:上游段长度大于管道公称直径的5倍,下游段长度大于管道公称直径的2倍。
电磁流量计安装示意图见图2。
椭圆齿轮流量计,腰轮流量计,双转子流量计
 图2 电磁流量计安装示意图
(2)由于PVC浆料中含有一定的氯乙烯气体,因此流量计不得安装在压力变化较大的地点(如泵出口),否则会因压力不稳定造成浆料中氯乙烯气体大量逸出,流量计不能完全充满液体,从而影响其准确测量,导致测量误差过大。除尽量远离泵出口外,流量计还应安装在泵出口调节阀后,以保障稳定的介质流动状态,*好在流量计后设计一段向上的U形弯,来保障介质充满流量计。
(3)为避免管道震动对流量计测量精度产生影响,河北金牛化工在安装流量计的管道上加装了管道固定装置,与地面锚固件相连,并在固定件与管道间安装减震橡胶圈,*大程度地降低管道震动。
(4)河北金牛化工PVC厂浆料流量测量地点位于室外,为避免外界环境干扰,流量计安装有防潮和防晒装置,采用小型防护罩将流量计保护起来,防止上述现象影响测量精度。另外,由于安装地点紧邻一套换热装置,为防止高温热辐射对流量计的影响,还要保证换热器的良好隔热。
3.3 电磁流量计常见故障与对策[1]
3.3.1 流量显示波动大
原因:①介质温度变化大,温度高时,浆料内氯乙烯气体大量逸出。②管道内介质不能充满管道,造成气穴现象。③外界电磁的干扰,如电焊、强噪声等。
对策:①保持生产稳定运行,减少浆料温度波动,减少VCM气体的逸出。②检查泵进出口管道,通过充液、排气等措施消除气穴现象。③尽可能消除外界电磁干扰。
3.3.2 流量显示时有时无
原因:①浆料中PVC颗粒在长期高温条件下附着在流量计内壁上,起到绝缘的作用,造成电动机回路断路。②雷电打击会对流量计的测量产生影响,甚至造成流量计的损坏。
对策:①拆检流量计,清理内部附着物。如有内衬,应注意不要划伤。②保证流量计可靠接地。
4 聚合釜液位计的选择与应用
早期的聚合釜一般没有液位计,主要靠物料的准确计量和聚合釜内的温度、压力、搅拌功率等其他条件来大致判断物料的液位,从安全角度考虑,只能降低聚合釜的填充量,提高安全系数,防止聚合釜满釜造成事故。
为了充分利用聚合釜,提高聚合釜的产能,河北金牛化工逐渐增加了聚合釜釜顶冷凝器的换热负荷,这样就使得聚合体系的气液分界面上移,携带部分分散剂与引发剂的氯乙烯蒸气容易在聚合釜上部产生气相自聚,造成粘釜,严重时会造成釜顶冷凝器堵塞。因此,对23万t/a PVC装置进行了改造,在108 m3聚合釜上部预留孔处安装了射频导纳液位计,对聚合釜液位进行监控,取得了较好的效果,对控制聚合釜的液位及釜顶冷凝器的换热量提供了参考,对聚合釜的安全操作起到了不可忽视的作用。但是在实际使用中,长周期运行后,探杆根部容易产生黏附现象,造成液位计零点漂移或指示偏差等故障,而且缩短了清釜周期,对产品质量也产生了不利影响。
4.1 射频导纳液位计
4.1.1 射频导纳液位计的工作原理[2]
导纳是电导和电纳的统称,在电力电子学中导纳定义为阻抗(在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗)的倒数。它由电阻性成分、电容性成分、电感性成分综合而成,而射频即高频无线电波谱,所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。仪表工作时,仪表的传感器与釜壁及被测介质形成导纳值,料位发生变化时,导纳值也相应变化,电路单元将测量导纳值转换成料位信号输出,实现料位测量。
4.1.2 射频导纳液位计安装及使用要求
射频导纳液位计具有适应性强(可适应高温、高压、强腐蚀、强黏附等多种场合)、无须维护、应用广泛、使用寿命长等特点,在测量聚合釜液位时须注意以下2点。
(1)要标定一个液位零点,将所有进釜的物料(包括去离子水、氯乙烯、分散剂)达到正常反应温度时在釜中所处的位置标定为导纳液位计液位零点,一般取釜容积90%的位置。
(2)射频导纳液位计在釜上部垂直于釜内液面安装,传感器的中心探杆和屏蔽层不要与釜壁接触。传感器屏蔽层采用聚四氟乙烯包覆,绝缘可靠。由于传感器探杆采用螺纹连接,因此应对连接处涂抹密封胶并进行气密性测试。
4.1.3 射频导纳液位计的故障及对策
射频导纳液位计测量原理特殊,且仪表本身没有转动部件,因此液位计本身发生故障的概率非常小,多数情况下测量偏差及故障的发生是由于工况发生变化导致的。
(1)液位零点漂移。
原因:传感器探杆根部有自聚物附着。
对策:清釜时清理附着物,注意不要用尖锐的金属工具清理,以免破坏屏蔽层。
(2)液位指示长期处于100%。
原因:①传感器接线错误。②如果聚合反应过程出现此现象,就要引起足够重视,有可能出现满釜现象。
对策:①重新接线。②适当降低釜顶冷凝器换热量,降低聚合釜注水量,观察液位变化,同时还要监控釜的温度、压力、搅拌功率等相关参数的变化。
聚合釜液位计改造完成后,聚合工艺控制良好,但是在实际使用中,特别是长时间运行后,由于探杆深入釜内,且108 m3聚合釜釜顶冷凝器换热负荷较大,容易发生气相自聚,黏附在传感器探杆根部,影响测量准确性,使液位计产生零点漂移或指示偏差等故障,在一定程度上降低了聚合釜的运行效率,影响产品质量。因此,*好采用非接触测量方式。
4.2 核子液位计
在非接触式测量方式中,超声波液位计不适用于高温带压力的容器,雷达液位计理论上可以对液体、浆料的物位进行非接触式连续测量,但是聚合反应体系比较复杂,聚合釜的壁厚和反应体系都会对检测结果产生影响,还没有实际应用的案例。而核子液位计(射线液位计)在非接触式液位测量上具有明显的优势,是测量聚合釜液位更好的选择。针对生产及工艺要求,河北金牛化工40万t/a PVC装置中,120 m3聚合釜的液位测量采用了核子液位计。核子液位计的优势主要体现在以下3个方面。
(1)不与物料直接接触,避免了自聚物黏附在测量器件上,影响测量精度。
(2)核子射线源稳定可靠,不需要太多的维护。
(3)核子液位计可以根据不同的密度区分出液体和泡沫的分界线,这对防止升高的泡沫堵塞釜顶管线及釜顶冷凝器起到了关键的作用,可以提前采取加入消泡剂(分散剂)或调整釜顶冷凝器用量的方法降低泡沫的界面,以保障聚合釜的稳定运行。
4.2.1 工作原理
核子液位计是利用γ射线通过介质时被介质吸收而使强度减弱的原理来测量液位的仪表。用放射性同位素(例如Co-60、Cs-137)作为放射源,当其所放射的具有强穿透力的γ射线透过被测液体时,被液体吸收而使γ射线强度减弱,且透过的液层越厚,减弱的程度也越大。因此,可以利用射线强度的减弱程度作为液位测量信息,利用核传感器将液位的物理量转化成为电脉冲量,用单片机进行数据的采集、分析和处理,并将*终结果进行数字显示。核子液位计有固定式和自动跟踪式两种形式。由于采用非接触测量方式,物料不会对测量仪器产生任何物理和化学上的影响,从而保证了测量的高可靠性及低维护量,适用于高温、高压、低温、高浓度、易燃易爆及腐蚀性等特殊介质的液位测量。但必须采取严格的防护措施,确保人身和生产安全。
4.2.2 核子液位计的安装使用要求
(1)应严格遵守放射防护条例。
运输装有放射源的铅罐必须遵循有关放射物质运输的规定,*好到安装现场附近再打开包装箱。安装前,应把装有放射源的铅罐连同包装箱存放在一个有存放许可证的源库里。
根据铅罐的图纸及现场的实际情况,制作安装支架并固定在设备上,确保支架能承受铅罐的质量。铅罐*好在系统准备启动前安装到位。所有的螺旋及固定件都必须牢固,以防产生松动而使铅罐掉下来。
为了使人体所受的辐射量尽可能小,安装和拆卸铅罐应该有经过专业培训且持有操作许可证的人员担任,且现场应有放射防护人员监督。必须注意安装和拆卸时铅罐的辐射道应上锁,保证没有射线发射出来。另外,要确保铅罐没有变形或损坏。
(2)对于不同的测量任务,需要不同的系统配置。根据120 m3聚合釜液位的测量范围较小及测量部位的几何形状为弧形的结构特点,选择点源系统配置类型。
(3)工业上用于料位测量的放射源主要有C o-60和C s-137。C o-60射线具有相对较高的能量(1.17 MeV和1.33 MeV),适用于设备壁厚较大的情形,半衰期大约为5.27年。Cs-137射线具有相对较低的能量(0.661 MeV),并且容易被铅屏蔽,用于设备壁厚较小的情形,半衰期大约为30年。C s-137作为放射源能够满足120 m3聚合釜液位测量要求。
(4)更换放射源的工作必须由持有证书的专业人员担任。这些人员必须在短时间内工作在裸源的条件下,因此必须佩戴个人剂量仪,而且必须有辐射防护人员在场监护。
(5)在通常的工作状态下,铅罐没有任何需要维护的磨损部件及机械移动部件。但出于安全考虑,应该定期检查锁定装置。如果铅罐或者锁定装置出现问题,应马上通知放射防护人员。如果问题不能通过简单的方法解决,那么系统应立即停止工作,直到修复为止。铅罐不得安装在强振动的地方,也不能受到机械损伤,防止保护壳损坏产生辐射危害。
4.2.3 核子液位计常见故障与对策[3]
(1)统计误差随着时间的推移变得越来越大。
原因:放射源的设计寿命是10年左右,出现此种现象说明放射源寿命到期。
对策:在统计误差不能满足工艺要求时,须更换放射源。更换放射源以后,必须重新进行零点标定。
(2)料位读数出现漂移。
原因:探测器稳定性故障。
对策:更换探测器。
(3)计数率太低。
原因:①聚合釜釜壁结垢,或辐射通道上有其他阻挡物;②铅罐未打开或未处于正确的位置;③射线束的射出方向未对准探测器;④放射源使用时间太长,已经衰减。
对策:①开釜检查,清理结垢,使辐射道避开阻挡物;②检查锁定装置,并使其处于正确的“开”的位置;③调准射线束发射方向;④更换放射源。
5 其他
除了上述重点介绍的4种测量仪表外,河北金牛化工还针对其他仪表使用过程中存在的问题进行了改造和更新。
(1)回收单体储罐的液位计原来为差压式液位计,但是单体与水的密度差很小,对取压膜片要求很高,国内尚无可靠生产厂商,而且回收单体易发生自聚现象,堵塞液位计的取压膜片,造成测量偏差,日常生产中很难清理修复。因此,将该液位计改为射频导纳液位计,消除了单体自聚带来的不利影响,彻底解决了上述问题,实现了回收单体储罐液位的准确、稳定计量。
(2)PVC成品料仓的料位计早期设计是重锤料位计,但由于料仓中气流速度较高,粉尘严重,PVC粉料因静电很容易黏附在钢带上,磨损密封系统,用过一段时间后电动机因过负荷会造成跳闸故障。在*新设计方案中,选择了更为可靠的称重系统,可以直接读出料仓内PVC质量,为管理控制提供了更快捷的方式。
6 结语
测量仪表技术发展到今天已经日趋成熟,但其种类仍然在不断增加,新结构和新用途的仪表不断涌现。同时,PVC行业自动化程度的提高也对测量仪表提出了更高的要求。每种测量仪表都有其适用范围,也有其局限性,选择先进、可靠、经济适用的仪表有助于生产的安全稳定。河北金牛化工在长期工作实践中,结合生产工艺特点,对现有测量仪表不断进行升级改造,取得了良好的效果。

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点击次数:  更新时间:2019-06-04 17:56:19  【打印此页】  【关闭