氯與烯烴類物質(zhì)反應(yīng)的產(chǎn)物( 以下稱氯反應(yīng)物) 是一類重要化學(xué)品中間體，也是生產(chǎn)氯氟烴替代品的主要原料。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，氯反應(yīng)物在醫(yī)藥、化工、染料等領(lǐng)域?qū)�會占有越來越重要的地位。在生產(chǎn)過程中氯反應(yīng)物流量參數(shù)是生產(chǎn)工序中一項重要的測控數(shù)據(jù)，然而由于氯反應(yīng)物的強腐蝕性、低電導(dǎo)率、易堵塞管道及工藝上的低流量等特點，使得氯反應(yīng)物流量測控多年來一直存在諸多問題。儀表技術(shù)人員曾嘗試過使用多種流量測量儀表，也為此付出了大量的人力和財力，但都因出現(xiàn)的種種問題不能滿足生產(chǎn)上的需要而以失敗告終，因此氯反應(yīng)物流量測控問題一直都沒有得到根本性解決。

 

1 氯反應(yīng)物流量測控失敗的原因

1． 1 電磁流量計

      由于分體式電磁流量計對被測液體有技術(shù)要求，即被測液體的電導(dǎo)率不能低于電磁流量計規(guī)定的閾值，否則不能正常進行測量。通用型智能電磁流量計對被測液體電導(dǎo)率規(guī)定的閾值根據(jù)不同的型號而異，一般在 5 × 10 － 6 ～ 10 － 4 S /cm 之間; 使用時還取決于傳感器間流量信號線長度及其分布。而非接觸電容耦合大面積電極的電磁流量計則可測電導(dǎo)率低至( 1 ～5) × 10 － 8 S /cm。考慮到氯反應(yīng)物屬于低電導(dǎo)率液體，浙江巨化股份有限公司電化廠( 以下簡稱“巨化電化廠”) 選用的是電容式電磁流量計，但是在實際使用中還是不能正常工作，示值經(jīng)常大幅跳動或流量時有時無。經(jīng)檢查，流量計的安裝符合要求，液體等電位接地良好，電纜絕緣等都不存在問題。由于查不到氯反應(yīng)物的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，分析主要還是氯反應(yīng)物電導(dǎo)率低于或接近于規(guī)定的閾值導(dǎo)致上述問題。盡管電磁流量計傳感器內(nèi)無可動部件，也是測量導(dǎo)電流體較好的流量儀表，但是用于測量氯反應(yīng)物這種電導(dǎo)率很低或處于臨界狀態(tài)的流體流量還是不太適合［1］。 

 

1． 2 遠(yuǎn)傳浮子流量計

      金屬管浮子流量計又稱轉(zhuǎn)子流量計，盡管其測量精度較低，但是它適用于低雷諾數(shù)和小流量測量，某種形狀的浮子甚至對流體的非常小雷諾數(shù)要求達到 40，這兩個技術(shù)特性比較適合氯反應(yīng)物流體的特點。考慮到介質(zhì)的強腐蝕性，巨化電化廠曾選用襯聚四氟乙烯的遠(yuǎn)傳浮子流量計測量氯反應(yīng)物流量，但是由于氯反應(yīng)物是含有多種成分的易堵塞流體，而浮子流量計要求被測流體應(yīng)為清潔的流體，所以在使用過程中還是發(fā)生了浮子在錐形管腔體被卡堵等問題。盡管將流量計拆下清理重新組裝后仍可使用，但是使用不久又會被堵塞。而且在線拆卸清理還需要在工藝管道設(shè)置旁路管線及閥門等，這些不僅受到現(xiàn)場空間及成本上的限制，還存在著對生產(chǎn)的影響和操作上的不方便等問題。由于浮子流量計傳感器內(nèi)有可動部件，在測量含有易堵塞流體時容易發(fā)生堵塞，因此采用浮子流量計還是不能滿足連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)測量的需要。 

 

1． 3 質(zhì)量流量計

      依據(jù)科里奧利原理的質(zhì)量流量計是一種具有精度高、量程比寬、無直管段要求、無需補償?shù)闹苯邮劫|(zhì)量流量計，盡管其價格昂貴，但是為了能找到一種適合測量氯反應(yīng)物流量的儀表，巨化電化廠也曾選用了質(zhì)量流量計來進行測量試驗。為了防止介質(zhì)對流量計的腐蝕，供應(yīng)商提供了內(nèi)襯 PFA 的質(zhì)量流量計，但在使用過程中還是出現(xiàn)了問題。內(nèi)襯 PFA 雖在防止介質(zhì)腐蝕方面起到了一定作用，但是由于傳感器口徑較小，且液體流量測控需要傳感器朝下安裝，因生產(chǎn)中氯反應(yīng)物流體有時處于間斷流動狀態(tài)，這就導(dǎo)致了在實際使用過程中出現(xiàn)了傳感器流通管內(nèi)沉積結(jié)垢而局部堵塞和示值誤差問題，在選用測量氯反應(yīng)物流量時非常終還是被淘汰了。 

 

1． 4 差壓式流量計

      差壓類流量計是流量計范疇內(nèi)品種非常多的流量儀表，巨化電化廠曾使用過V錐流量計、阿牛巴流量計等。由于差壓類儀表屬于受限于雷諾數(shù)的儀表，必須要先看是否滿足儀表的技術(shù)特性要求。以 DN50 管徑的氯反應(yīng)物非常大流量 8 m3 /h、非常小流量0． 5 ～ 1 m3 /h 來分析是否滿足儀表的要求。根據(jù)上述非常小流量 0． 5 ～ 1 m3 /h 時，計算得到對應(yīng)的雷諾數(shù)為 4 000 ～ 6 800( 黏度 μ = 1． 5 mPa·s) ，盡管 V錐流量計是下限要求較低的儀表，其下限雷諾數(shù)也要達到≥8 000才能正常工作，而阿牛巴要求的下限遠(yuǎn)高于 V 錐流量計。所以當(dāng)流量較小時，DN50 管道由于受限于雷諾數(shù)，差壓類流量計不能正常工作。再看差壓變送器實際測量時的不確定度。以V錐流量計為例，當(dāng)孔板內(nèi)外徑之比 β 取 0． 6、測量管內(nèi)徑為 50 mm 時，對應(yīng)非常大流量 8 m3 /h 差壓量程上限為 9 kPa，采用精度等級為 0． 075 的差壓變送器，依據(jù)下式計算可得到在小流量 0． 5 ～ 1 m3 /h 時差壓變送器的實際測量不確定度的大小。

      式 ( 1 ) 中: Ei—差壓實際測量的不確定 度; ξΔp—差壓變送器的準(zhǔn)確度等級; Δpk—差壓變送器上限值( 20 mA 輸出對應(yīng)差壓值) ，Pa ( 或 kPa) ;Δpi—差壓實際值，Pa( 或 kPa) 。

 

      在小流量 1 m3 /h 時，節(jié)流件產(chǎn)生的差壓值為0． 14 kPa，帶入式( 1) 得到差壓變送器實際不確定度為 3． 2% ; 在流量 0． 5 m3 /h 時，差壓為 0． 035 kPa，差壓變送器實際不確定度為 12． 9% 。盡管采用精度等級為 0． 075 的差壓變送器，但在小流量時整個測量系統(tǒng)實際精度太差，這是差壓類流量計不能正常工作的原因。 

 

2 選擇測量控制方案

2． 1 超聲流量計

      根據(jù)氯反應(yīng)物流量測控中出現(xiàn)的上述問題，在與生產(chǎn)超聲流量計的廠家進行了廣泛的技術(shù)交流后，初步了解到針對氯反應(yīng)物流量測控難點，可以采用不受流體物性和性狀影響、傳感器內(nèi)無可動部件的超聲流量計進行測量。

 

      超聲波在流動的流體中傳播時，順流方向聲波速度會增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間。順流傳播的時間與逆流傳播的時間之差與被測流體的流速有關(guān)，據(jù)此求出流體的流速。超聲流量計工作原理示意圖如圖 1 所示。

      設(shè)流體在管道中流動的速度為 v，聲波在流體中傳播的速度為 c，聲道傳播角度為 θ，則聲波在兩個傳感器 A、B 間順流傳播時間與逆流傳播時間分別如下：

      式中: tAB—超聲波順流傳播的時間; tBA—超聲波逆流傳播的時間; L—上下游傳感器 A、B 間的聲道長度。

 

      從式( 4) 可以求得流體的流速，進而得到流體在管道中的流量。在求得的流體速度計算式中，聲波速度 c 在方程中消失了，流體流速僅由固定距離L 的傳播時間得出，從而消除了流體溫度、壓力和流體組成等因素對流量計測量的影響。 

 

2． 2 使用效果

      對于氯反應(yīng)物流量的測量，鑒于以前也曾多次得到過其他流量計廠家產(chǎn)品可靠的承諾，所以決定先采用手持式超聲流量計現(xiàn)場進行測控試驗，若測控效果和數(shù)據(jù)可靠，再陸續(xù)改造。經(jīng)過約半年時間的現(xiàn)場實際測量考驗，流量測控參數(shù)穩(wěn)定可靠，完全符合生產(chǎn)工藝的需要。根據(jù)這種情況，生產(chǎn)中陸續(xù)采用了多臺固定式超聲流量計，至今測量穩(wěn)定，并且能夠?qū)崿F(xiàn)氯反應(yīng)器的參數(shù)自動比值調(diào)節(jié)。經(jīng)驗證，超聲流量計還用于其他裝置氯化反應(yīng)物液體的流量測量，均取得較好的測量效果。 

 

3 結(jié)語

      超聲流量計在特殊化工生產(chǎn)過程中提供了可靠的計量和調(diào)節(jié)參數(shù)，為確保生產(chǎn)的長期穩(wěn)定作出了貢獻，并減少了企業(yè)眾多的人力資源浪費與財力損失。