作時(shí)間:2019-08-21 來(lái)源:中國(guó)輕工業(yè)武漢設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司 作者:仵旭宇,陳盼,張智建
摘要:隨著制漿蒸煮、洗滌、篩選、漂白和化學(xué)品回收等技術(shù)的發(fā)展,以及環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢(shì),使得硫酸鹽法在制漿造紙生產(chǎn)中的地位不斷提高。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)碰到大量程比流量測(cè)量的問(wèn)題,受管道口徑,使用溫度和壓力等工藝參數(shù)的影響,這時(shí)流量計(jì)的選型會(huì)有困難,本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況,比較了幾種大量程比流量計(jì)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合,主要介紹了項(xiàng)目中采用孔板配置雙變送器分段測(cè)大量程比流量的方法。
0.引言
隨著改革開(kāi)放的加速以及我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,我國(guó)制漿造紙工業(yè)以驚人的速度發(fā)展,工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)自動(dòng)化的進(jìn)步,改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)通過(guò)引進(jìn)消化吸收發(fā)達(dá)guojia先金技術(shù),大力發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)與服務(wù),我國(guó)的工業(yè)技術(shù)水平得到了持續(xù)快速的發(fā)展。
數(shù)字化生產(chǎn)現(xiàn)在是全球經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì),指生產(chǎn)領(lǐng)域的數(shù)字化,它是制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學(xué)的交叉、融合、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果,是制造業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢(shì),工廠(chǎng)數(shù)字化生產(chǎn)旨在改變目前國(guó)內(nèi)工廠(chǎng)普遍生產(chǎn)落后、人力成本高、產(chǎn)品品種單一的狀況,其具備如下特點(diǎn):
全面系統(tǒng)集成:制楽造紙各子系統(tǒng)一體化集成管理
數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化:解放人工,消除人為因素影響
可視化工廠(chǎng):實(shí)時(shí)監(jiān)控,掌控生產(chǎn)執(zhí)行動(dòng)態(tài),快速反應(yīng)與解決問(wèn)題
歷史數(shù)據(jù)分析:實(shí)現(xiàn)精細(xì)化系統(tǒng)管理
自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中起著舉足輕重的作用,特別工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,儀表起著對(duì)工藝參數(shù)的檢測(cè),記錄,指示和控制的重要作用,工藝生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)是了解控制和生產(chǎn)的手段,只有準(zhǔn)確的了解工藝生產(chǎn)的全貌,并與控制系統(tǒng)配合進(jìn)行控制,才能保證生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行。下面簡(jiǎn)單的介紹大量程流量計(jì)在制漿造紙臭氣方面的應(yīng)用。
1.硫酸鹽法制漿的介紹
在我國(guó),隨著制漿造紙產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,硫酸鹽法制漿項(xiàng)目在近年來(lái)取得飛速的發(fā)展。硫酸鹽制漿是德國(guó)人Dahl發(fā)的,是在堿法制漿蒸煮過(guò)程中,在燒減溶液中加入硫化鈉;這樣可以加速脫木素的作用,縮短蒸煮時(shí)間,在生產(chǎn)過(guò)程中,由于硫酸鈉作為補(bǔ)充化學(xué)藥品,這個(gè)制漿方法叫做硫酸鹽法制漿[2]。
制漿蒸煮過(guò)程中由于硫化鈉的加入,隨著木素的降解,木素結(jié)構(gòu)單元聯(lián)接于苯環(huán)上的甲氧基(-OCH3)部分解除,脫下來(lái)的甲氧基主要生成甲硫醇(CH3SCH3),二甲二硫醚(CH3SSCH3)和硫化氫(H2S),硫化物總稱(chēng)為還原性硫化物(TRS)其中甲硫醇、二甲二硫醚稱(chēng)為有機(jī)硫化物。這些化合物的沸點(diǎn)低,且人的嗅覺(jué)極限值低,使KP法紙漿廠(chǎng)有其特殊的臭味,對(duì)大氣環(huán)境的影響較大,TRS氣體一般稱(chēng)為不凝氣,簡(jiǎn)稱(chēng)NCG[3]。DNCG系統(tǒng)的大管徑工況下的流量測(cè)量就會(huì)遇到量程比比較大的一些情形,由于工藝條件,溫度,壓力,管徑各方面的限制,量程大,在參與聯(lián)鎖或調(diào)頻時(shí)系統(tǒng)波動(dòng)較大,經(jīng)過(guò)與國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家多次溝通與協(xié)調(diào),嘗試采用雙變送器來(lái)測(cè)量氣體、液體,在印尼紙楽廠(chǎng),及四川宜賓項(xiàng)目中取得了良好效果。
1.1 量程比
量程比是#大測(cè)量范圍和#小測(cè)量范圍之比。通常情況下工藝專(zhuān)業(yè)是按#小流量是正常流量的一半,#大流量是正常流量的1.2-1.5焙么考慮,這種提法主要是考慮正常生產(chǎn)階段,以測(cè)量正常生產(chǎn)流量為主要目的,在這種情況下,我們選擇流量計(jì)的量程比在3:1-4:1之間,選擇的余地較大,僅從量程比來(lái)考慮的話(huà),幾乎所有的流量計(jì)都可以測(cè)量。但是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)碰到大量程比的流量測(cè)量問(wèn)題,比如需要考慮到開(kāi)車(chē)時(shí)的工況,并且開(kāi)車(chē)時(shí)的流量需要準(zhǔn)確測(cè)量時(shí),因?yàn)殚_(kāi)車(chē)時(shí)的流量都較小,需要測(cè)量的量程比就比較大,一般可到10:1或者10:1以上。#常用的標(biāo)準(zhǔn)孔板,文丘里管等都達(dá)不到這樣的測(cè)量要求。
1.2差壓法測(cè)流量原理
充滿(mǎn)管道的流體在流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí),流束將在節(jié)流處收縮,使流速增加,靜壓降低,在孔板前后產(chǎn)生了靜壓差。流體的流速越大,壓差也越大,根據(jù)差壓與流量之間的這種關(guān)系,可以用孔板來(lái)測(cè)量流體的流量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS05167-1和GB/T2624-93的規(guī)定,流體流量與差壓的關(guān)系由下式確定[5]:
由上述公式可知,在孔板的開(kāi)孔值確定的前提下,影響流量的參數(shù)有流出系數(shù)、膨脹系數(shù)、密度、差壓值。
1、S與流體的壓縮性能有關(guān),對(duì)于不可壓縮流體,6=1,對(duì)低速氣體,可以近似認(rèn)為£的,但當(dāng)氣體馬赫數(shù)Ma大于0.3時(shí),必須要考慮流體的壓縮性,?&可由相關(guān)圖查��;
2、在使用差壓計(jì)時(shí),通常都認(rèn)為流量系數(shù)C是不變的。其實(shí),C不變,是有一定條件的,即當(dāng)流體的雷諾數(shù)Re大于一個(gè)臨界值時(shí),C不變,否則,C會(huì)隨Re的減小而增加,這樣,就帶來(lái)了計(jì)算誤差,即未能考慮實(shí)際Re下的C。Ca除與Re有關(guān)外,還與開(kāi)孔比A有關(guān)。
3、差壓值與流量關(guān)系為平方關(guān)系,當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)差壓將以平方的關(guān)系發(fā)生相應(yīng)變化。這里因?yàn)椴顗汉土髁康钠椒匠杀壤�,流量比低于30%時(shí),精度就不能保證,另外,流量低于30%時(shí),雷諾數(shù)往往低于界限雷諾數(shù),流量系數(shù)C不是常數(shù),造成流量測(cè)量不準(zhǔn)。
由以上的分析我們就可以看出,.當(dāng)所測(cè)量#小流量為#大流量的1/10時(shí),差壓值就只有刻度差壓值的1/100,在此時(shí)
差壓變送器所測(cè)得的差壓值已經(jīng)很小了,小流量下誤差會(huì)放大幾倍甚至十幾倍,這也是差壓變送器為什么要做小信號(hào)切除的原因。這時(shí),單純地用差壓流量計(jì)要準(zhǔn)確測(cè)量已經(jīng)很困難。
1.3測(cè)大量程比流量的流量?jī)x表
測(cè)量大量程比的流量,規(guī)范中羅列了以下這幾種可供選擇選用流量?jī)x表,下面分別介紹各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合:
(1)
渦街流量計(jì):規(guī)范中對(duì)量程比沒(méi)有要求,可以測(cè)量大量程比的流量,但一些廠(chǎng)家對(duì)量程比做了限制,一般為10:1.但可能會(huì)出現(xiàn)為滿(mǎn)足#小流量下的流速要求,需要進(jìn)行縮徑處理,可能會(huì)導(dǎo)致#大流量下流量計(jì)的壓損過(guò)大,不滿(mǎn)足工藝的要求,另外,渦街流量計(jì)一般適用于300°C以下的干凈介質(zhì)測(cè)量[4]。
(2)容積式流量計(jì):量程比可達(dá)到10:1,但結(jié)構(gòu)笨重,安裝復(fù)雜,很少應(yīng)用于大管道的流量測(cè)量中。
(3)楔形流量計(jì),量程比可達(dá)到10:1。主要特點(diǎn):應(yīng)用范圍廣,可以在高粘度、低雷諾數(shù)、雷諾數(shù)500即可使用的流體情況下進(jìn)行高精度的流量測(cè)量,在流速較低、流量小、管徑大的流量測(cè)量場(chǎng)合,穩(wěn)定性好。一般用于粘稠介質(zhì)和含少量固體的液體流量測(cè)量[1]
(4)電磁流量計(jì):量程比可達(dá)100:1,選擇時(shí)需要計(jì)算
電磁流量計(jì)的口徑以保證腔體內(nèi)的流速在可測(cè)范圍即可。但是它只能測(cè)量滿(mǎn)足一定導(dǎo)電率的液體和固液兩相介質(zhì)。
(5)靶式流量計(jì):量程比不大于10:1。適用于粘度較高,低雷諾數(shù)流體的流量測(cè)量,含少量固體顆粒的液體流量測(cè)量。
(6)轉(zhuǎn)子流量計(jì):量程比可達(dá)到10:1,但是精度不高,需要安裝在垂直管道上,使用溫度不超過(guò)30(TC。
(7)彎管流量計(jì):量程范圍寬,對(duì)于其測(cè)量介質(zhì)的流速適用范圍寬,有足夠精度的微差壓變送器相配合,則流體流速的低限可取得很小。高質(zhì)量微差壓變送器的應(yīng)用使彎管流量計(jì)能夠適應(yīng)低流速、小信號(hào)測(cè)量的要求。彎管傳感器的幾何尺寸沒(méi)有限制,管徑可從十幾毫米,到lm甚至2m以上,能在?10mm??2000mm的大范圍管道中精que測(cè)量各種流體的流量,彎管傳感器可耐高溫、高壓、可在潮濕、粉塵、振動(dòng)等各種惡劣的環(huán)境中正常工作,可實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)量。
1.4 壓力和差壓變送器安裝圖
從圖1、2可以看出與普通的差壓變送器相比,取樣點(diǎn)増加,二是要求差壓變送器安裝在同一個(gè)水平線(xiàn)上,即要求差壓變送器安裝在同一標(biāo)高上,要事先做一個(gè)矩形安裝支架(如下圖3)把差壓變送器安裝于該安裝架上,變送器集中安裝的好處是克服環(huán)境溫度對(duì)導(dǎo)壓管冷凝水重度影響獲得差壓值較為精que的測(cè)量,參與聯(lián)鎖或調(diào)頻時(shí)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。
2.應(yīng)用實(shí)例
2.1孔板配合雙變送器測(cè)在大量程比流量測(cè)量時(shí)的應(yīng)用
在測(cè)量大量程比流量時(shí)可以在合適的條件下采用以上流量?jī)x表。但上述儀表在使用時(shí)受限制條件較多,下面結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目中的流量計(jì)選型,介紹孔板配合雙變送器測(cè)在大量程比流量測(cè)量時(shí)的應(yīng)用。
某項(xiàng)目一臺(tái)測(cè)量原料氣的流量計(jì)的工藝參數(shù)如下:介質(zhì)為原料氣;刻度流量67000kg/h;#大流量65688kg/h;正常流量57120kg/h;#小流量:5712kg/h;管道口徑為DN300。
因?yàn)楣艿揽趶捷^大,shou選差壓類(lèi)流量計(jì),但該工況量程比達(dá)到了12:1,如果只是顯示和調(diào)節(jié)功能,可以考慮采用差壓類(lèi)流量計(jì),用小信號(hào)切除法切除誤差較大的小流量信號(hào),但是該流量參與裝置的安全聯(lián)鎖,要求從#小流量到#大流量都需要較精que地測(cè)量。顯然,如此量程比的測(cè)量shou選能夠測(cè)量大量程比流量的流量計(jì),但是本文前面所列出的幾種流量計(jì)從介質(zhì),溫度,管徑選擇等方面均不能滿(mǎn)足測(cè)量要求,只能采用差壓式流量。但量程比太大,采用常規(guī)的一臺(tái)孔板配置一臺(tái)變送器的方法,不僅小流量下誤差會(huì)放大幾倍甚至十幾倍,還會(huì)出現(xiàn)根本測(cè)不到流量的情況。
經(jīng)過(guò)以上分析,該工況條件下一臺(tái)變送器無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量要求,該流量測(cè)量我們采用了多孔孔板配備雙變送器的測(cè)量方法,采用兩臺(tái)變送器分段測(cè)量的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
雙變送器測(cè)量在整個(gè)量程范圍內(nèi)分作兩段,兩段的測(cè)量上變送器都能夠在流量計(jì)合適的量程比范圍內(nèi)進(jìn)行工作,兩臺(tái)變送器的測(cè)量信號(hào)在控制系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換,這樣就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確測(cè)量。
將整個(gè)流量范圍分成兩個(gè)流量區(qū)間段:5712-20000kg/h,17500?67000kg/h。
(1)量程:0?lOKPa,根據(jù)計(jì)算結(jié)果選差壓范圍為:0?1.76KPa,對(duì)應(yīng)流量輸出為:0?20000kg/h;變送器輸出標(biāo)記為EF1-1。
(2)量程:0?40KPa,根據(jù)計(jì)算結(jié)果選差壓范圍為:0?26.0KPa,對(duì)應(yīng)流量輸出為:17500?67000kg/h;變送器輸出標(biāo)記為EF1-2
在DCS內(nèi)對(duì)這二路信號(hào)做下述組態(tài):
分別將大量程變送器及小量程變送器測(cè)量信號(hào)引入DCS系統(tǒng),通過(guò)上位機(jī)編程實(shí)現(xiàn)大、小量程切換,完成流量監(jiān)測(cè)及累計(jì)。自動(dòng)切換可利用小量程變送器的上限電流值作為判斷條件:在DCS系統(tǒng)中�。牛疲保薄ⅲ牛疲保矁牲c(diǎn)輸出流量顯示,把兩變送器信號(hào)分別接入DCS系統(tǒng)中的EF1-1、EF1-2兩點(diǎn)。
以小量程變送器的輸入信號(hào)為切換點(diǎn),EF1-1為4?20mA信號(hào),對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍為0?20000kg/h;當(dāng)檢測(cè)到小量程變送器輸入信號(hào)S20mA?xí)r,在EF1-1點(diǎn)顯示小量程變送器的測(cè)量流量,大量程變送器流量指示屏蔽。
當(dāng)檢測(cè)到小量程變送器輸入信號(hào)>20mA?xí)r,切換到大量程變送器,EF1-2為4?20mA信號(hào),對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍為17500?67000kg/h,在EF1-2點(diǎn)顯示大量程變送器的測(cè)量流量,小量程變送器流量指示屏蔽。
3.結(jié)語(yǔ)
以上量程的切換在DCS中容易實(shí)現(xiàn),并且大部分DCS廠(chǎng)家都有實(shí)現(xiàn)該功能的集成模塊。需‘要注意的是,為了使兩臺(tái)變送器的流量顯示可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換,在選取切換點(diǎn)時(shí)除了要考慮節(jié)流元件本身的量程比之外,還要保證小量程范圍內(nèi)的#大流量要大于達(dá)兩成范圍內(nèi)的#小流量值,使得兩個(gè)量程范圍有一個(gè)交集,個(gè)人認(rèn)為在量程比滿(mǎn)足的范圍內(nèi)這個(gè)交集可以取得大一點(diǎn),因?yàn)檫@樣大量程變送器在小信號(hào)切除時(shí)留的余地更大,可以減少大量程變送器所對(duì)應(yīng)小流量下該段測(cè)量精度的影響。
注明,三暢儀表文章均為原創(chuàng),轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明本文地址