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质量流量计在液氯充装上的应用

质量流量计在液氯充装上的应用
周晓昱 李吉男 大连中隆仪表公司 116023
我公司生产的LK系列科氏力质量流量计,自2006年以来在国内五个省区的部分氯碱行业的液氯充装计量过程中应用。现将其在使用中的点滴经验介绍如下,供同行业及广大用户参考:
1、液氯充装过程中流量计量的重要意义
液氯是一种黄绿色透明液体,其成分组成为Cl2>96%(vol),H2O<0.015%(wt)。相对密度1.468(0℃),沸点-34.5℃,熔点-100.98℃,分子量70.91。常压下即汽化成气体,1kg液氯汽化后可得到300L气体氯(干氯气)。具有窒息的气味,有强烈刺激臭和腐蚀性。性质很活泼,虽不自燃,但可以助燃。在日光下与其它易燃气体混合时会发生燃烧和爆炸,可以和大多数元素或化合物起反应。剧毒。
任何液氯容器,其充填系数均不得超过80%。因为液氯开始进入容器时温度低,例如38℃时,其压力为1.0Mpa.g。假若液氯处于静止不流动状态,由于液氯会不断吸收外界空气中的热量使温度上升,而发生汽化致使体积膨胀;如果液氯在容器内被装满,没有自由空间允许其膨胀,液体又具有不可压缩的性质,这时液氯随着温度上升就会产生巨大的压强,使容器爆破。假如液氯容器是装满的,不能自由膨胀,当温度上升到50℃,压力可达到50Mpa.g。这将大大超过一般压力容器所能承受的允许压力。液氯钢瓶也严禁充填系数超过80%,液氯槽车的设计温度为50"C。
液氯槽车充装时有相的变化,是一个吸热过程。一般充装温度低于室温。充装后.槽车温度上升缓慢,这时液氯体积占槽车容积百分比随之增大.气相空间变小。如果过量充装.温度上升将导致压力增加,这时内压上升将不是饱和蒸气压上升规律。压力过高槽车罐体既有发生爆炸的危险。
我国对液氯容器及其充装有严格的规定,并有公安、消防、安监等部门在运输环节上进行严格监督检查,对过量充装的处罚力度是相当大的。为此,在液氯充装时就要进行实时监督,防止过量充装。一旦在过磅时发现过量充装,处罚及卸载所需要的人力、物力和财力损失会很大。
由此可见,液氯充装过程中的计量就显得十分重要。
2、液氯槽车充装过程中的误差分析
2.1    液氯槽车充装装置本身的误差
到目前为止,流量计还仅仅是用在液氯槽车的充装装置之上。而槽车充装装置的加工生产却基本上是由用户自己完成的。因此,各个用户充装装置的结构、控制部分及阀门等的设计选型,流量计的安装位置也就各有不同。虽然流量计的计量精度较高。但是,由上述原因带来的计量误差远远大于流量计本身的误差。比如:由于用户选用的阀门有气动的、有电动的、也有手动的。当充装开始时如果阀门打开的速度过快,就会造成阀前液氯的压力急剧下降,从而产生液氯的气化现象(参见图一)。
 
          
                                                                       图一、液氯温度与饱和蒸汽压图
 
而如果流量计的安装位置距离阀门较近的话,就会造成流量计内的液氯介质气化而出现两相的情况。导致计量误差的严重偏离。山东东营一家化工公司在其50万吨离子膜烧碱项目的液氯充装平台上安装了四台进口的世界名牌科氏质量流量计。虽然流量计本身的性能和计量精度都很高,但用户实际使用过程中,四台质量流量计的误差均很大。充装一辆20吨的槽车,流量计与称重电子秤的蕞大的误差接近或超过一吨,达到5%以上。可见,流量计供货厂家一定要帮助用户进行流量计的选型,安装位置的确定,并严格执行安装工艺。以及制定一套合理的充装操作工艺规程。只有这样才能尽量减少由充装设备带来的计量误差。
2.2   充装管道抽空带来的误差。
按照<<液氯包装工艺及安全操作规程>>的要求,液氯槽车充装设备必须设有两条管道。即:一条液相管道和一条气相管道。其中:液相管道用来充装液氯的输送;气相管道用来在充装之前对槽车罐体抽空和当液氯充到规定容量后,对充装连接管进行抽空,至抽尽余氯为止。另外,有些用户因为槽车充装作业的工作量较小,不经常装车。为安全起见还要将液相管道也进行抽空。(见图二)
图二、液氯充装平台管道的规范配置
 
 由于液氯充装这一特殊的安全性要求,流量计在用于液氯槽车充装计量时,必须考虑上述因素所带来的误差。
可以用下面公式计算出充装管道抽空带来的误差量△:
Δ=L×0.785D2×ρ
式中:D---管道的内径尺寸
L---抽空部分管道的长度
ρ---液氯的工况密度
     多数情况下仅有充装连接管需要抽空,该误差相对于实际充装量都是很小的,可以忽略。
但当液相管道也需要抽空时,该误差就一定要考虑。
由于液氯充装工艺的特殊性,流量计暂时还不能作为结算计量器具替代地中衡使用。
2.3    环境温度的影响。
因为,用户从液氯储罐至充装车位的距离各不相同,输送管道的长短也就不同;输送管道的口径也各不相同,流速的差距也相当大。在液氯充装时,如果输送管道过长,阀门开得过大,势必造成管道的压力损失过大。在温度不变的情况下,从液氯的饱和蒸汽压图(图一)可以看出液氯就会出现气化现象。且气化的程度与充装的流速成正比。由于液氯的热膨胀系数很大,氯从液态变成气态时,体积增大约460倍。此时,若流量计中的液氯呈两相介质。则计量数据会产生上百倍的误差。此种情况在夏季高温季节尤其严重。不但影响计量精度,也会影响充装效率。
在实际应用过程中,我们就曾经遇到过类似问题。鲁西化工集团液氯充装站的一个槽车充装位,距液氯储罐的距离大约有50米,采用的是DN50的裸露管道输送。在该管道上还开有三个给液氯钢瓶充装的分支。选用的质量流量计安装在装车位下部,距充装开闭阀门不足3米(见图三)。
图三、质量流量计安装位置
 
冬季时由于环境温度较低,流量计的工作比较正常。到了夏季,随着温度的升高,液氯既产生气化现象,尤其是当三个钢瓶也同时充装时,流量计工作失常,严重时已无法计量。经过与用户协商,在装车位流量计下游一侧安装了压力表,制定了一个操作规程,控制充装阀门开启时保持管道内的压力在允许范围之内。同时,对于所有液氯充装输送管道均进行了保温处理。从而,保证了流量计的稳定工作。
2.4    外界振动干扰的影响
由于质量流量计是依靠检测管振动代替其旋转,从而产生科氏力来计量管道中介质的质量流量的。因此,实际使用中外界振动干扰对其计量精度的影响是很大的。因干扰源各不相同,干扰频率与振动幅度也各有不同。我们无法给出定量的误差分析。从实践中我们感到,由于液氯充装平台的刚性一般都较差。在充装操作过程中阀门的开闭,人员的走动,槽车中流体冲击带来的振动,对质量流量计的计量精度都会产生不同程度的影响。所以,质量流量计的安装位置、固定方式是实际应用时必须考虑的影响因素。
3、选用质量流量计的必要性
综上所述,液氯的充装计量是一个受多种因素影响的复杂的过程。不但要考虑各种影响因素,更要选用一种既具有较高的计量精度和稳定性,又比较适合该计量环境的计量仪表。根据我公司多年的使用经验,我们认为在液氯充装设备上使用科氏质量流量计有如下优点:
3.1  不需要温度压力补偿,直接测量介质的质量流量。
科氏力质量流量计是目前世界上公认的可直接测量介质质量流量的一种高精度流量仪表。因此,它不存在其他类型依靠密度补偿运算的质量流量仪表,因压力、温度补偿带来的计量误差。
3.2    计量准确度高,稳定性好。
由它的工作原理决定了其具有很高的质量流量计量精度,以及较好的工作稳定性。
3.3   无任何阻流元件,使用寿命较长。
科氏力质量流量计的介质流道是光滑的管道,内部没有任何阻流元件。因此,它的压力损失小,使用寿命长。
3.4   实现在线温度、密度监控,防止气化发生。
科氏质量流量计不但是一种高精度的流量仪表,它还是一个在线温度计和高精度(0.2%)的在线密度计。可以对于液氯进行实时的在线温度和密度监控,从而防止气化的发生。
3.5    调试简单,维修费用低。
     科氏质量流量计需要用户设定的参数极少。只要严格按照安装技术要求安装,调试过程仅是一个校零点的简单工作。而且,因为该流量计基本上没有易损件。除人为因素以外,运行中基本不会出现故障。所以,维护、维修费用极低。
4、液氯槽车充装中使用质量流量计的几点建议
4.1 质量流量计要尽量远离灌装出口安装,尤其是尽量不要安装在操作平台上面。因为,一方面槽车灌装开始初期,由于罐体内的压力很低,液氯的流速较高,在靠近出口的阀门、法兰等处会因局部压力损失过大而产生局部气化现象。使质量流量计无法正常运行。另一方面,在此位置安装会不可避免的将一些外来振动干扰引入流量计,造成计量误差。
4.2  质量流量计要尽量靠近地面安装,并且在地上对流量计两端做坚固的支撑。如果,因条件不具备,只能做架空安装时,也一定要对流量计的两端做比较稳定的支撑。实践证明这一点对流量计的正常工作,也是十分重要的。
4.3  在质量流量计选型时,尽量使常用流量落在流量计量程范围的1/2—2/3之间。以减少由于液氯充装过程的后期,由于罐体内压过大致使瞬时流量过小而造成的计量误差。
4.4   充装控制阀门的开关速度要控制在适当的范围。控制的依据是保持流量计所在管道内介质的压力在稳定的液态范围内(可以参考图一的数据)。采用手动阀门的场合,可以人工观察该管段的压力表的读数在许用范围。如果是采用自动阀门控制的场合,可以采取由压力信号控制阀门开关速度的方案。
4.5   所有液氯输送管道都要进行完善的保温处理。
   4.6 全部管道、阀门和流量计安装完成后一定要进行高速吹扫。这是所有质量流量计安装完成后必须做的一项工作。因为,如不吹扫干净。当有杂物存留在质量流量计的检测管内,且无规则分布时,就会造成流量计严重超差。
       我们在多家用户使用质量流量计作为液氯充装计量的经验证明,只要充分考虑到液氯充装的特殊性,提前消除产生误差的因素,充装计量的误差完全可以控制在1%以内。以上是我们在液氯充装计量过程中使用科氏质量流量计的一点体会,愿与同行及用户共同探讨。以便于推广使用。
 
备注:
压力单位:MPa.g-----兆帕.表压力    MPa.a-----兆帕.绝对压力
 
参考文献:
1、  液氯工序培训手册---------中国成达化学工程公司 王琼、曾宇峰、杨萍
2、  液化气体铁路槽车安全管理规定--------劳动总局、化工部颁布。来源自四川消防网