质量流量计在化工测量氢气方面的运用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 28 日 作者简介：闫莉（1989），女，汉族，甘肃嘉峪关人，本科，就职中国石化塔河炼化有限责任公司，油品计量（岗位）。-139-质量流量计在化工测量氢气方面的运用 闫 莉 新疆阿克苏地区库车市中国石化塔河炼化有限责任公司，新疆 库车 842000 摘要：摘要：为了解决化工测量氢气中测量过程繁琐、测量数据模糊等问题，分析在化工测量氢气中质量流量计的应用。对质量流量计作出介绍，总结运行原理。其次从标定和操作条件两个维度，总结质量流量计在使用中需重点注意的问题，并在最后结合某化工工厂生产实际，分析化工测量氢气中质量流量计的使用，总结常见问题与成因，并且提出解决对策。通过质量流量计应用的分析，明确认识到该设备在化工测量氢气中的应用必要性，对于今后化工生产具有推广价值。关键词：关键词：质量流量计；化工生产；测量氢气；流体体积 中图分类号：中图分类号：TH814 在工业生产中需要用到大量的物料，为了保证所有物料的平衡，同时考虑到热储存也需用到质量，而非面积，所以测量中如果涉及体积数据，需将其转换成质量流量。另外，密度会受温度和压力影响，流体体积的测量中也不能忽略流体密度与压力，最终计算得出质量流量。实际上质量和压力经常出现变化，无法保证测量结果的精确性。这就需要用到质量流量计。此设备应用于化工测量氢气领域，不仅可以简化换算流程，还能够保证获得数据的精准性。为此，本文以此为对象，分析质量流量计的应用，为化工测量氢气方面的精准测量提供设备支持。1 质量流量计与原理 1.1 分类 化工测量氢气领域应用质量流量计（基础参数见表 1），主要有两类：（1）直接式的质量流量计；（2）间接式的质量流量计。第一种流量计可在质量流量方面进行直接测量，而且可以保证测量结果精准，以及和其他参数无关联，不会造成严重压力损失1。现阶段关于质量流量计的应用，已经在实践中总结了诸多经验，但是关于零点漂移、管材等，仍然是需要关注的一些问题。表 1 质量流量计参数 项目 参数 质量流量精度 0.002流量零点漂移 密度测量精度 0.003g/cm3 密度测量范围 0.51.5g/cm3 温度测量精度 1C 化工行业从业者尝试使用掌握的学科知识，对质量进行测量，这也使当前的市场中有多种测量介质以及形式不同的质量流量计以供选择。根据形态，流量计分为三类：（1）固态流量计；（2）气态流量计；（3）液态流量计。这三类均可在直接流量测量中加以应用。但是要注意固态流量计仅支持在质量流量的测量中使用。气相与液相流量计作为传统形式的测量设备，其作用是对容积流量进行测量，再转换成质量流量。当前化学测量中使用质量流量计，多为直接测量。如果按照原理划分，质量流量计有三类：（1）差压原理流量计；（2）热量原理流量计；（3）动量变化原理流量计。例如科里奥利流量计，当振动管道内部流体发生流动，同时与质量流量成正比的一种测量设备，遵循科里奥利力原理，以直接测量的形式进行质量流量的测量2。科里奥利流量计包括流量检测元件以及转换器，除了直接测量外，还可以保证测量结果的高精度，以及支持在多重介质、多项工艺参数测量中应用。1.2 测量原理 同样以科里奥利原理为基础，分析质量流量计的运行原理，可以总结为：meVF2。式中：eF代表科氏力，V 代表流速，代表角流速，m 代表质量。根据该公式分析，可知、V 大，科氏力也会随之增加。现阶段在化工测量氢气方面使用的质量流量计，一般是由科氏力作用产生形变的相位差，对其进行检测，对分辨率要求比较高。若质量流量过小，仪表极中国科技期刊数据库 工业 A-140-有可能检测不到科氏力形成的相位差3。与此同时，液体和氢气之间有明显的区别，密度小的情况下，必须提高流速方可保证质量流量符合仪表分辨率规范。根据以上原理的分析，科里奥利质量流量计经过研发和创新，已有单管式在化工测量氢气中得到应用。此类型质量流量计需要在测量管上固定，中点测量管发生振动，或者是接近谐振频率的激励下，管内部流体形成科里奥利力，测量管的点前后，也有不同方向的挠曲现象，通过电磁学与光学原理，对挠曲量进行测量，采集到质量流量。此类流量计误差范围在（0.150.5）%R，重复性误差则是长期控制在基本误差 1/42/3，测量范围应是（10:1）（50:1）。2 质量流量计应用技术要点 2.1 标定 要想提高化工测量氢气中计量的精度，以免发生计量问题时过于被动，需要工作人员在安装流量计前做好检定工作。实际应用液体标定在气体计量中，其性能指标一致，换言之，气体测量采用科里奥利流量计，可选择一些常见的标定液体装置，对其进行标定。在此期间考虑到经济性，所以标定一般会优先选择液体，而非气体。当流量计已经长时间使用，一般工作人员需三个月进行对零。因为工艺管道很有可能出现形变，所以建议采用在线对零，如此可将一些因素造成影响消除，例如被测介质温度和流量计测量管温度存在差异、测量管的重心发生偏移、测量管平衡性差等。若计量过程中发生偏差，在常规检查之余，工作人员还需要安排零点检查。现如今质量流量计在使用中，对其进行零点调整的必要条件是设置为工作压力。流量计的前、后流量设置为零，其余可根据正常计量进行设置。完成了零点调整之后，便可以将上述问题予以消除，保证被测介质温度和流量计测量管温度相同，维持测量管重心不发生变化，增强测量管平衡性4。那么工作人员在调零时，在测量管内部充满了被测介质的情况下，需将流量计的下游阀、上游阀依次关闭，使流速回归为零的状态。如此一来工作人员可以直接利用变送器进行调零处理，或者采用计算机调零。调整过程中工作人员要做到小信号，即零点检查、零点调整两个阶段将其切除，以免观察零点可以保证稳定性，却不能获知真正的零点。2.2 操作条件 尽管根据测量的原理，温度和压力等不会对质量流量计产生影响，但是在实操方面，温度和压力会在一定程度上使传感器发生刚性变形，降低计量精度。下面分别从操作温度和压力两个方面进行分析。2.2.1 操作温度 如果温度改变，质量流量计在化工测量氢气方面应用，将会改变传感器测量管刚性。这里提到的刚性在温度影响下发生变化，具有函数关系，也因此可以进行纠正。所有质量流量计安装 Pt100，用于检测测量管温度，可以对温度变化在刚性方面的影响进行补偿。传感器参数见表 2。工作人员在操作温度相对仪表的调零处理中，如果存在比较大的温差，工作人员需要分析质量流量计的加工环节，尤其是几何机构的不完全对称现象，是否会降低仪表零点的平稳性。与此同时，为了尽可能的规避这一因素带来的影响，质量流量计处于操作温度条件下，工作人员可以进行调零处理。表 2 传感器基础参数 项目 参数 环境温度 4060C 介质温度 50200C 防爆类型 iBBT3 关联设备 配套变送器 质量流量计在测量中，如果温度变化已经形成了对测量管刚性的干扰，通常可以自动调整。处于操作温度条件下，调零这一处理手段，也可以削弱因温度变化造成的零点稳定性下降的因素。工作人员需要规范个人操作，保证操作温度的稳定性。2.2.2 操作压力 操作压力与操作温度相同，均会干扰测量管刚性，但两者之间的区别在于操作压力产生影响小，而且可以从中总结规律。如果操作压力升高，测量管硬度随之增加，随之还会形成负向偏差5。如果操作压力降低，测量管硬度下降，会有正向偏差形成。流量表标定压力只在 0.10.3MPa 之间，所以在化工生产环节，实际产生压力较低，正向偏差也可予以忽略。2.3 故障分析与处理 结合化工测量氢气经验，应用质量流量计可能面临诸多故障，具体总结为以下几个方面：（1）检查流量计预警。工作人员使用质量流量计的过程中，检查传感器、变送器，尤其是这两个装置中国科技期刊数据库 工业 A-141-的报警灯指示运行情况，若是有报警，工作人员还需要详细检查报警内容，对风险的故障做出处理。（2）实际使用工艺。工作人员检查工艺使用情况，是否因工艺发生改变而出现计量偏差。（3）组态。工作人员检查组态情况，根据组态变化判断是否有故障。或者是通过 375 通讯器，也可以进行故障的检查和测试。（4）接线端子。工作人员检查接线端子，查看接线牢固性，如果发现松动、脱落情况需及时处理。除此之外，工作人员也可以应用万用表，对端子电压进行检查。（5）其他故障。工作人员在操作现场进行现场对零处理，并且还需查看是否有其他故障 异常，对发现的故障应及时处理，直到故障已经完全排除。在处理故障的过程中，工作人员也可以考虑更换变送器，在线路、传感器和变送器等方面注意排除故障。3 化工测量氢气中质量流量计应用实例分析 某化工工厂在生产中应用到质量流量计，现有数量为两台，将其依次标记为流量表 1、2。通过质量流量计可以为氢气供应提供精准剂量，其中流量表 1 的作用是氢气供应总量的测量，而流量表 2 主要负责氢化锂发生反应期间耗氢量的测量。另外，该化工工厂安装了涡街流量计总表，可以实现温压补偿。工作人员在化工生产中，对流量计 1 和涡街流量计产生数据进行观察，发现所有的流量计在运行中存在明显的数据误差。以流量表 1 为例，设备显示数值整体较高，代表计量环节面临质量流量计故障。在发现了故障之后工作人员尝试分析原因，最终得出仪表设备并不存在质量故障，关键在于介质6。由于流量表 1 为总表，负责氢气供应量的测量，尽管工厂采购氢气为纯氢，但发现体积百分数却只是维持在99.6%左右，其他则是氮气。涡街流量计的氢气分子量与氮气分子量相比，前者分子量比较小，体积占比高，不会对数据产生显著影响。考虑到此因素的存在会直接影响质量测量计的使用效果，所以在结算时均是以纯氢为依据测量质量流量，并非测量氢气、氮气混合气体。在此基础上结合实际发现，质量流量计测量得到的数值，均是混合气体质量流量，所以难免会出现数据误差。总结得到了形成数据误差的原因后，工作人员可以进行处理。流量表 1 形成误差，是因为混合气体质量，所以建议以质量百分比为依据实施换算。工作人员参考分析仪体积百分比，计算得出氢气百分比，计算公式如下：*1222222体积比）标准密度常见（体积比标准密度体积比）标准密度（质量百分比HHHHHH 如果氢气浓度设置为 99.6%，经过计算后得出的氢气质量参数为 93.5%。工作人员调整该数据，即“流量计读数0.935”进行计算，得出纯氢质量。在此基础上工作人员提出了数据修改的方法，经该化工工厂上级的同意，可以根据此公式，修改质量流量计测量数据，经过修正后的数据，基本上与氢化锂制备环节生产消耗情况相符。流量表 2 同样根据上述流程进行数据纠正，根据混合气体的氢气 99.6%这一浓度参数进行计算，得到氢气标准密度，最终结果是 0.094 5 kg/m3。根据此数据组态，工作人员转换设置单位系数，发现标准体积流量下降趋势明显，即由原本的 3 900 Nm3/h，下降至 3 600 Nm3/h，这和化工工厂生产实际情况、设计消耗指标趋于一致。但经过综合分析发现，氢气浓度实际波动过程的观察，仍然存在明显误差，需要工作人员进行在线修正，方可有效规避数据偏差。4 结束语 综合本文介绍化工测量氢气中对质量流量计使用的分析，不难发现该设备在测量精度、测量过程等多个方面的应用优势。工作人员规范使用质量流量计，不仅可以提高测量结果精度，还可以简化测量步骤，使化工测量氢气的过程更加简洁，提高测量效率的同时，对于化工生产也是有效的测量装置，为今后化工生产测量数据精度的提升提供支持。参考文献 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