江 沛 柯英宇

(1.中國(guó)寰球工程公司設(shè)計(jì)部，北京 100021；2.ABB(中國(guó))有限公司工業(yè)解決方案業(yè)務(wù)單元，北京 100021)

為了提高粉料工況的測(cè)量精度，更好地滿足化工生產(chǎn)檢測(cè)和控制的需要，筆者針對(duì)粉料測(cè)量過程中的物位、壓力和流量信號(hào)，介紹其專用測(cè)量技術(shù)。

1 粉料工況測(cè)量技術(shù)①

1.1 物位測(cè)量

1.1.1差壓變送器

采用傳統(tǒng)導(dǎo)壓管測(cè)量壓差的方法，固體顆粒會(huì)堆積在導(dǎo)壓管中。在聚合反應(yīng)中，還會(huì)有局部聚合反應(yīng)生成塊狀顆粒引發(fā)堵塞，使測(cè)量不能正常進(jìn)行的情況發(fā)生。為此，建議采用隔離介質(zhì)的方法進(jìn)行測(cè)量[1～3]。

一種是采用液體介質(zhì)硅油配合法蘭膜片進(jìn)行測(cè)量。硅油充裝在毛細(xì)管中，連接法蘭膜片和變送器。工藝介質(zhì)接觸法蘭膜片，法蘭膜片將壓力傳遞給硅油，硅油將壓力進(jìn)一步傳導(dǎo)至變送器的測(cè)壓元件[4]。采用法蘭膜片加毛細(xì)管的變送器進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要注意：由于溫度會(huì)影響硅油密度，進(jìn)而引入測(cè)量誤差，毛細(xì)管過長(zhǎng)使累積誤差過大，且生產(chǎn)制造困難，而且差壓變送器的兩側(cè)毛細(xì)管長(zhǎng)度應(yīng)相等來抵消環(huán)境溫度變化引起的誤差對(duì)差壓變送器正負(fù)壓室的影響，因而要限制毛細(xì)管的長(zhǎng)度；毛細(xì)管進(jìn)行鎧裝和機(jī)械保護(hù)，防止損壞，造成硅油泄漏；硅油的使用有溫度要求，工藝介質(zhì)溫度過低可以伴熱，過高可延長(zhǎng)取壓口短管的長(zhǎng)度，并對(duì)該取壓短管不保溫；法蘭膜片尺寸越大，受壓面積越大，測(cè)量精度越高，受管道主管或工藝設(shè)備尺寸限制時(shí)需擴(kuò)大取壓口的尺寸；粉料含量較大的工況，采用平面法蘭膜片(圖1)時(shí)，粉料會(huì)堆積在管口或管臺(tái)處，較長(zhǎng)時(shí)間后，會(huì)引起部分堵塞，故應(yīng)采用長(zhǎng)凸法蘭膜片(圖2)，使法蘭膜片填充整個(gè)管口或管臺(tái)內(nèi)部，填充的吻合性必須滿足長(zhǎng)凸的長(zhǎng)度與管口的深度相等，外徑匹配，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)凸膜片和管口或管臺(tái)內(nèi)部間隙足夠小，法蘭膜片前表面與管道或設(shè)備內(nèi)部平齊，如果管道或設(shè)備內(nèi)壁不是平面，法蘭膜片需要特殊加工，保證管道或設(shè)備內(nèi)壁的平滑，防止凸出或凹陷引起的粉料堆積，為提高測(cè)量精度，還應(yīng)縮短長(zhǎng)凸膜片的長(zhǎng)度，即盡量縮短管口高度；采用硅油作為隔離介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，會(huì)附加額外壓力，使測(cè)量值偏移實(shí)際值，因此需要對(duì)測(cè)量值進(jìn)行遷移，變送器量程遷移的工作原理如圖3所示。

圖1 平面法蘭膜片

圖3 變送器量程遷移工作原理

變送器量程遷移的第一種方法是理論計(jì)算法，根據(jù)法蘭中心距離h和硅油密度ρ硅油計(jì)算遷移的壓差值ρ硅油gh，計(jì)算式如下：

Δp示=p1′-p2′

p1′=p1+ρ硅油gh1

p2′=p2+ρ硅油gh2

Δp=p1-p2=Δp示+ρ硅油gh

變送器量程遷移的第二種方法是實(shí)際法，即在儀表安裝好后，將法蘭隔膜與工藝介質(zhì)隔離，并充分與大氣接觸，此時(shí)變送器的示值就是遷移量。第三種方法是惰性氣體反吹測(cè)量法，引入惰性氣體吹向變送器和工藝介質(zhì)，形成隔離氣[5，6]。

在糖尿病微血管慢性并發(fā)癥中,糖尿病腎病較為常見,已成為糖尿病及終末期腎病的主要死因?，F(xiàn)階段臨床中針對(duì)糖尿病腎病高的治療主要采用血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)及血管緊張素受體拮抗劑(ARB)進(jìn)行治療,但療效不佳[1]。本研究探討羥苯磺酸鈣治療糖尿病腎病的療效及安全性,現(xiàn)作如下報(bào)道。

以某流化床反應(yīng)器的床高測(cè)量信號(hào)為例。變送器的安裝位置應(yīng)高于兩個(gè)取壓口，導(dǎo)壓管線應(yīng)自上而下傾斜，實(shí)現(xiàn)固體顆粒自排。反吹惰性氣體N2的壓力要比較高，經(jīng)過濾器、止回閥、自力式調(diào)節(jié)閥或限流孔板減壓，使壓力略高于工藝介質(zhì)壓力，產(chǎn)生穩(wěn)定的流量，形成填充氣膜。工藝介質(zhì)的壓力通過氣膜傳導(dǎo)到變送器。應(yīng)保證導(dǎo)壓管線無泄漏并減少?gòu)濐^，降低反吹氣的壓力損失。流化床反應(yīng)器的下半部分是固體顆粒和循環(huán)氣混合物，上半部分是循環(huán)氣，如圖4所示。由于惰性氣體N2的密度與工藝介質(zhì)的密度不同，需補(bǔ)償計(jì)算，計(jì)算式如下：

Δp實(shí)際=Δp固體顆粒+Δp循環(huán)氣

Δp測(cè)量=p1′-p2′=(p1-ρ氮?dú)鈍h1)-(p2-ρ氮?dú)鈍h2)

=Δp實(shí)際-Δp氮?dú)?/p>

Δp固體顆粒=Δp測(cè)量-Δp循環(huán)氣+Δp氮?dú)?/p>

=Δp測(cè)量-(ρ循環(huán)氣-ρ氮?dú)?gh

h床高=Δp固體顆粒/(ρ固體顆粒g)

≈Δp固體顆粒/(ρ底部固體顆粒及循環(huán)氣g)

其中ρ底部固體顆粒及循環(huán)氣可通過流化床底部設(shè)置的差壓變送器測(cè)量得到。

圖4 流化床反應(yīng)器內(nèi)的物位測(cè)量原理

惰性氣體的密度會(huì)受壓力和溫度影響，因此在高精度測(cè)量場(chǎng)合需對(duì)氣體密度進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償公式如下：

ρ氮?dú)?(pReactor+0.101325)×28.01/[8314×(TTubing+

273.14)]

1.1.2放射性料位變送器

對(duì)于純粉料工況，可采用放射性料位變送器。放射源的強(qiáng)度計(jì)算需考慮設(shè)備直徑、工藝介質(zhì)密度、設(shè)備壁厚、設(shè)備材料、保溫層厚度及密度等因素。

對(duì)粉料進(jìn)出設(shè)備的動(dòng)態(tài)工況，不能僅考慮堆積物料對(duì)放射性元素的吸收，還要考慮流動(dòng)粉料對(duì)放射性元素的吸收。如果僅以儀表接收端的實(shí)際接收值來反算物位，會(huì)產(chǎn)生虛假高物位。故需適當(dāng)增強(qiáng)放射源的強(qiáng)度，提高接收器的計(jì)數(shù)率，以補(bǔ)償測(cè)量結(jié)果[7，8]。

1.1.3導(dǎo)波雷達(dá)變送器

粒料相對(duì)于粉料顆粒直徑較大，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)介電常數(shù)較高的粒料，可采用導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量?jī)x表[9]。應(yīng)考慮粒料在導(dǎo)波繩或?qū)РU上的粘附，還需考慮粒料在設(shè)備中堆積時(shí)其界面不是平面，而是有一定凸起或凹陷，測(cè)量中應(yīng)避免虛假滿罐或空罐。

1.1.4稱重儀表

通過測(cè)量設(shè)備內(nèi)部的物料質(zhì)量，根據(jù)物料密度和設(shè)備外形，反算物位高度[10]。

1.2 壓力測(cè)量

壓力信號(hào)的測(cè)量同采用差壓變送器測(cè)量物位信號(hào)的方法類似。壓力變送器僅單側(cè)有毛細(xì)管，硅油密度的變化不能被抵消[1，10]，毛細(xì)管長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)盡可能短。

1.3 流量測(cè)量

采用節(jié)流元件測(cè)量流量時(shí)，一般采用文丘里管，防止喉徑處堵塞。差壓變送器可以采用法蘭隔膜或反吹測(cè)量法。水平安裝的流量計(jì)，可不考慮因硅油或反吹氣引起的遷移。垂直安裝的流量計(jì)，由于兩取壓口距離很短，可根據(jù)實(shí)際情況選擇是否遷移[10]。

對(duì)含粉量較低的工況，可采用偏心孔板或圓缺孔板；質(zhì)量流量計(jì)同樣可以較好地滿足含粉工況的測(cè)量。

2 測(cè)量技術(shù)的比較

進(jìn)行物位測(cè)量時(shí)，放射性儀表是在其他類型儀表都不能滿足測(cè)量的前提下而不得已選用的儀表，其危險(xiǎn)性高、維護(hù)要求高、成本高。壓差法測(cè)量時(shí)，反吹法比法蘭隔膜測(cè)量方法的儀表一次性投資成本低，但需要消耗公用工程氮?dú)?，并且反吹法的維護(hù)量較大，需要定期大流量反吹以防止導(dǎo)壓管因長(zhǎng)期積累的粉料而堵塞。法蘭隔膜變送器維修成本高，一旦損壞，需要整體返修或更換，并且由于毛細(xì)管長(zhǎng)度的限制，不能進(jìn)行較大范圍的物位測(cè)量。液態(tài)硅油在高溫時(shí)易汽化，因此其使用受到溫度的限制。長(zhǎng)凸法蘭膜片比平面法蘭膜片的成本高，法蘭面尺寸越大精度越高，但成本也越大。稱重儀表投資較大，安裝復(fù)雜，使用過程中受振動(dòng)和風(fēng)的影響較大[1，10]。粉料工況物位的幾種測(cè)量技術(shù)綜合性能比較見表1。

需要說明的是，壓力測(cè)量參考物位壓差測(cè)量法。

流量測(cè)量中，質(zhì)量流量計(jì)精度最高(0.5%～1.0%)，安裝要求較低，不考慮直管段長(zhǎng)度要求，受溫度、壓力和密度變化影響小，但價(jià)格昂貴，壓力損失大。節(jié)流元件的精度在1.0%～1.5%，引入硅油和反吹氣會(huì)降低測(cè)量精度，對(duì)安裝直管段要求較高。文丘里管相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板成本較高，安裝空間要求較大，壓力損失相對(duì)小。

3 結(jié)束語

根據(jù)化工生產(chǎn)粉料工況的特殊性，詳細(xì)介紹物位、壓力和流量信號(hào)的測(cè)量技術(shù)，以及各種測(cè)量技術(shù)的使用細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)，并綜合比較了各種測(cè)量方法，為設(shè)計(jì)和使用人員根據(jù)工藝特點(diǎn)、投資成本及維護(hù)等因素選擇合適的測(cè)量方法提供借鑒。

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