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浅谈质量流量计在化工测量氢气方面的应用

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中核建中核燃料元件有限公司为了制备氢化锂需要采购氢气,为了降低在供应的过程中出现纠纷,同时也为了保证计量准确性,双方決定使用同一种型号的剂量装置。通过和厂家进行交流沟通,决定使用艾默生CMF200M质量流量计,具体的型号是:分体式,变送器是2700,口径是50从这几年的使用情况来看,比较成功。现在该公司已经在化工生产中广泛使用,主要用其测量制备氢化锂时的耗氢量,有的时候也用来检测液氨、苯胺以及环己酮等。
 
1.质量流量计概述
质量流量计分为直接式与间接式2种。这种流量计能够直接测量质量流量,具有较高的准确性,和各类参数没有关联,压力的损失较小。质量流量计当前依然在不断完善,当前还有很多问题没有得到解决,比如零点漂移、管材选择、振动管形状等。人们试图使用多种已有学科知识来检测质量,所以市场上出现了测量不同介质、形式多样的质量流量计。固态、气态与液态3种流量计都能够直接用于流量的测量,可是固态流量计自从产生的那天开始,就只能用来测量质量流量。传统气相、液相流量计,主要的功效是测量容积的流量,然后将其转变为质量流量。现在的质量流量计是直接测量的。所以,一般我们所说的直接质量流量计主要是指气相与液相的质量流量计。当前,质量流量计分成使用差压原理、热量原理以及动量变化原理3种类型的流量计。使用zui广泛的是科里奥利流量计。
 
2.科里奥利质量流量计原理
科里奥利质量流量计是采用流体在振动管当中流动的时候,产生和质量流量成正比例的科里奥利力,从而制备出的一种直接质量流量计。
在质量为m的质点通过速度在围绕P轴进行角速度ω的管道内旋转运动的时候,质点具备相对应的惯性力以及分量加速度法向加速度,也就是向心加速度为a,方向是P轴。切向加速度,也就是科里奥利加速度,方向和αr,呈垂直关系。因为符合运动,当质点在αt方向作用的时候,科里奥利力Fc=2ωvm,管道对于质点作用存在着一个反向的作用力-Fc=-2ωVm。
在密度是p的流体在管道当中以V做匀速运动的时候,任何一段长度是△x的管道当中所受到的切向科里奥利力是:
△Fc=2ωVPA△X
公式当中的A为管道内部的流通内战面积。因为质量流量qm=pVA,因此:
△FC=2ωqm△X
所以,直接或者是间接方法都能够测量出在管道当中的流体的科里奥利力,并借此测得质量流量。
现在,科里奥利质量流量计已经出现了单管式的,也就是通过两端固定在测量管上,在中点测量管的振动以及接近谐振的频率所激励,从而在管内的流体会产生科里奥利力,使得测量管当中的点前后产生方向不同的挠曲,使用电磁学以及光学原理来检测挠曲量,从而获得质量流量。这种流量计的误差会维持在±(0.15~0.5)%R,重复性误差会维持在基本误差的1/4~2/3;测量的范围度主要分布在(10:1)~(50:1)。
 
3.质量流量计的影响因素
尽管从原理上来看,质量流量计不会因为压力、温度以及振动而受到影响,可是在实际使用的过程中,温度与压力都会不同程度地造成传感器出现刚性变形,进而影响到计量的准确性。
第一,操作温度的影响。在温度发生变化以后,质量流量计的传感器测量管刚性会产生变化,并且与温度之间存在定的函数关系,所以能够被修正。每一台质量流量计内部都安装有Pt100,借此检测测量管的温度,主要目的就是要补偿因为温度的変化而对刚性所产生的影响。第二,操作压力的影响。和温度相同,压力对于测量管刚性也会产生影响,可是影响较小,存在一定的规律性。在操作压力上升的时候,测量管会随之变硬,从而产生负向偏差;在操作压力降低的时候,测量管又会变软,并且产生正向偏差。因为流量表所标定的压力通常非常低,平均保持在0.1~0.3MPa,在实际的生产当中可以忽略不计。
 
4.质量流量计在化工测量氢气中的应用
(1)质量流量计在化工测量気气中存在的问题。
工厂中当前安装了2台质量流量计,分别记为流量表1与流量表2,用于保证氢气供应的准确剂量,流量表1用于测量氢气的供应总量,流量表2用于测量氢化锂反应过程中的耗氢量,除此之外,还安装有一个带有温压补偿功能的涡街流量计总表。通过观察流量计1与涡街流量计的数值发现,2台流量计之间存在比较大的误差。流量表1所显示的数值明显偏高,表明在计量的过程中质量流量计存在问题。
通过原因的査找,zui后发现仪表本身不存在质量问题,问题主要出在介质上。质量测量仪1因为是总表,它主要用于测量氢气的供应量,虽然从外面购买的氢气号称是纯氢,可是体积百分数却在99.6%上下波动,其余的部分都为氮气。对于涡街流量计来说,因为氢气的分子量相较于氮气分子量要小得多,所以体积的百分数较高,但是对于其数值的影响较小。但是,这对于质量测量计来说有很大的影响,因为在结算的时侯都是采用纯氢来实施的,并不是氢气与氮气的混合气体的质量流量,但是质量流量计上所测量的数值都是混合气体质量流量,这也是造成数值偏高的重要原因。
2)数据修正。
质量流量计1出现误差的原因是混合气体的质量,因此需要按照质量百分比对其进行换算。首先需要按照分析仪体积的百分数来计算出氢气的百分比,所采用的公式如下:质量百分比=(H2标准密度H2体积比)÷[H2标准密度XH2体积比+N2标准密度ⅹ(1-H2体积比)」根据氢气浓度为99.6%,计算出这个时候氢气的质量百分比是93.5%,为了对数值进行修正,此时需要在流量计读数基础上再乘以0.935,此时才是纯氢质量。为此,我们向相关的部门申请了数据修正的建议,双方zui后一致同意按照这个公式对质量流量计的测量数据进行修正,修正后的数据基本满足氢化锂制备过程中实际的生产消耗水平。
对于质量流量计2我们也进行了相对应的修正工作,通过采用混合气体中氢气99.6%的浓度计算出了氢气标准密度是0.0945kg/m³,按照这个数据组态将其设置特殊的单位转换系数以后,标准体积的流量显著降低,从以前的3900Nm³/h降到了3600Nm³/h,这与实际生产工况以及设计消耗的指标相吻合,可是在氢气浓度产生波动的时候,依然存在一定的误差,只有在线修正オ能将其避免。
 
5.结语
质量流量计在化工产业中应用越来越广泛,同时在物料质量计量当中也发挥了更加重要的作用,不论是气体或是液体,质量流量计都能够提出很好的解决对策,可是在实际应用过程中,比如混合气体组分的计量当中,需要充分考虑组分变化对氢气质量的影响,并积极探求消除的办法。