進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，科氏力質(zhì)量流量計(jì)在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，作為精度***高的三類流量計(jì)之一，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)正逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。筆者在此簡(jiǎn)要介紹科氏力質(zhì)量流量計(jì)的技術(shù)原理與特點(diǎn)，并結(jié)合工作中的實(shí)例，探討其在精細(xì)化工生產(chǎn)上的應(yīng)用。

 

　　1 基本原理與主要特點(diǎn)

 

　　科氏力質(zhì)量流量計(jì)的基本原理為：一根兩端固定的薄壁測(cè)量管，在中點(diǎn)處以測(cè)量管諧振或接近諧振的頻率（或其高次諧波頻率）所激勵(lì)，此時(shí)，在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力，使測(cè)量管中點(diǎn)前后產(chǎn)生方向相反的撓曲，撓曲的大小與流體的質(zhì)量流量成正比。因此，用光學(xué)或電磁學(xué)的方法檢測(cè)測(cè)量管的撓曲量，就可以求得管內(nèi)流體的質(zhì)量流量。

 

　　科氏力質(zhì)量流量計(jì)的主要特點(diǎn)為：①直接測(cè)量質(zhì)量流量，有很高的測(cè)量準(zhǔn)確度；②測(cè)量值不受流體特性（密度、粘度）等的影響；③可測(cè)量各種非牛頓流體及含微粒的漿液；④可做多參數(shù)測(cè)量，如溫度、密度等。

 

　　2 在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用探討

 

　　下面我們結(jié)合工程實(shí)例，來(lái)探討科氏力質(zhì)量流量計(jì)在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

 

　　2.1 在光氣生產(chǎn)中的應(yīng)用

 

　　海利化工股份有限公司的主要產(chǎn)品是氨基甲酸酯類農(nóng)藥，在此類農(nóng)藥的生產(chǎn)中，光氣生產(chǎn)是極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，光氣的濃度含量及其穩(wěn)定程度在氨基甲酸酯的合成中有著舉足經(jīng)重的地位。光氣的生產(chǎn)過程如下：液氯經(jīng)過汽化器變成氣態(tài)氯，氯氣與一氧化碳?xì)怏w按比例進(jìn)入混合器，混合后的氣體在催化劑的作用下經(jīng)過一、二級(jí)反應(yīng)器便生成光氣。在此過程中，如何控制氯氣與一氧化碳?xì)怏w按一定的比例進(jìn)入混合器，是提高光氣生產(chǎn)質(zhì)量的重中之重。為解決此問題，海利化工股份有限公司下屬的貴溪農(nóng)藥公司在2007年5月進(jìn)行的DCS改造中，在這個(gè)工段采用了比值控制，其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　這里用氯氣的流量來(lái)控制一氧化碳的流量。先用混合器上的壓變PI-201控制氯氣管道上的調(diào)節(jié)閥PV-201來(lái)調(diào)節(jié)氯氣的流量以保證混合器壓力正常；然后在比值器中輸入合適的比值，比值器會(huì)根據(jù)氯氣流量計(jì)FI-201和一氧化碳流量計(jì)FI-202的流量值，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥FV-202的開度，使氯氣與一氧化碳按照設(shè)定的比值流量進(jìn)入混合器。

 

　　上述調(diào)節(jié)方案在原理上是正確的，但是在裝置開車后，根據(jù)筆者的觀察和現(xiàn)場(chǎng)工藝人員的反饋，實(shí)際情況不太理想。光氣含量在上比值控制前是62%左右（依賴于現(xiàn)場(chǎng)工人控制玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥），用了比值控制后，含量在60%～75%之間波動(dòng)，光氣濃度很不穩(wěn)定，對(duì)后面的酰氯合成工藝造成了較大的困擾。因此，在使用了三個(gè)多月以后，這套比值控制系統(tǒng)被棄用，操作工人又改回了以前的手動(dòng)操作。

 

　　筆者認(rèn)為以上情況出現(xiàn)的原因是流量計(jì)的選型問題。這套裝置選用的是北京菲舍波特儀器公司生產(chǎn)的VT5000型渦街流量計(jì)，這種流量計(jì)的特點(diǎn)是帶溫度和壓力補(bǔ)償，讀數(shù)穩(wěn)定準(zhǔn)確度高，運(yùn)行可靠。但是現(xiàn)場(chǎng)的氯氣與一氧化碳?xì)怏w壓力過低，正常時(shí)氯氣與CO的壓力在1.5～2kg左右，氯氣因是鋼瓶液氯汽化而來(lái)，在鋼瓶?jī)?nèi)液氯快用完時(shí)，壓力會(huì)明顯降低，有時(shí)會(huì)低到0.5～0.7kg；由于煤氣工藝的原因，煤氣壓力也時(shí)有波動(dòng)，有時(shí)會(huì)降至1.0kg左右。在如此之低的壓力下測(cè)量氣體，即使帶了溫壓補(bǔ)償，渦街流量計(jì)也是有心無(wú)力。在現(xiàn)場(chǎng)我們用萬(wàn)分之一的高精度電子秤測(cè)量氯氣鋼瓶的汽化量，和氯氣流量計(jì)的累積流量相比較，發(fā)現(xiàn)誤差達(dá)到30%之多。

 

　　由此可見，低壓氣體的準(zhǔn)確測(cè)量是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，用體積式流量計(jì)明顯不合適，只能考慮使用質(zhì)量流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)分為2種：熱式質(zhì)量流量計(jì)和本文所述的科氏力質(zhì)量流量計(jì)。從原理上來(lái)說，熱式質(zhì)量流量計(jì)適合測(cè)量低壓氣體，但是其精度不高，生產(chǎn)廠家保證其誤差值在5%～8%之間。工藝專業(yè)給流量計(jì)提的要求是精度為1.0左右，否則光氣含量難以有大的提升。因此，筆者擬使用科氏力質(zhì)量流量計(jì)：這種流量計(jì)早期只能用來(lái)測(cè)量液體和高壓氣體，且儀表自身的壓力損失較大。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，其中的一些品牌已經(jīng)具備測(cè)量低壓氣體的能力。經(jīng)過篩選，筆者選擇了艾默生高準(zhǔn)公司（MicroMotion）的CMF系列科氏力質(zhì)量流量計(jì)，它采用了MVD（多變量數(shù)字技術(shù)）、獨(dú)特的大彎管結(jié)構(gòu)以及其他一些旨在提高信噪比的技術(shù)，可以勝任低壓氣體的測(cè)量。在本例的工況下，通過計(jì)算得出：采用高準(zhǔn)公司的CMF質(zhì)量流量計(jì)，***大壓損為0.15kg，測(cè)量數(shù)據(jù)可重復(fù)性為97%，完全符合我們的使用要求。購(gòu)買后安裝在管道上試運(yùn)行時(shí)，筆者又用高精度電子秤進(jìn)行了校驗(yàn)，實(shí)際使用誤差為0.8%，完全符合工藝專業(yè)提出的精度要求。重新啟用DCS的比值控制回路，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，光氣含量一直保持在84%左右，徹底解決了光氣生產(chǎn)中存在的這個(gè)瓶頸問題，大大減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了物料消耗。

 

　　2.2 在生產(chǎn)流程中作為在線密度計(jì)的應(yīng)用

 

　　由前文所述得出：由于科氏力質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量管以一定的頻率連續(xù)振動(dòng)，當(dāng)一定密度的流體流過測(cè)量管時(shí)，測(cè)量管的振動(dòng)頻率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這個(gè)頻率是流體密度的函數(shù)，與流體密度有著的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過測(cè)量流體流過測(cè)量管時(shí)的頻率即可獲得流體的密度。因此，科氏力質(zhì)量流量計(jì)可以同時(shí)測(cè)量流體的質(zhì)量流量和流體密度。根據(jù)這一特性，可以將其作為在線密度計(jì)使用。與其他的在線密度計(jì)，如音叉式密度計(jì)、差壓式密度計(jì)、超聲波式密度計(jì)等相比較，它具有測(cè)量精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、壓力損失較小等優(yōu)點(diǎn)，下面以實(shí)例來(lái)介紹其作為在線密度計(jì)在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

 

　　海利貴溪農(nóng)藥公司于2011年7月完成了甲基硫菌靈（簡(jiǎn)稱甲托）的技術(shù)改造項(xiàng)目。此項(xiàng)目中，有一個(gè)工藝步驟是用泵將溶劑—外購(gòu)的乙酸乙酯從溶劑儲(chǔ)罐輸送到甲托合成釜中，輸送管道上設(shè)量計(jì)，達(dá)到累積流量后DCS聯(lián)鎖停泵。由于外購(gòu)的乙酸乙酯中不可避免的含有水分，而水對(duì)甲托合成的品質(zhì)有很大的消極影響，所以，如何避免水進(jìn)入甲托合成釜就成了一個(gè)關(guān)鍵問題。乙酸乙酯相對(duì)水的密度是0.902，所以在溶劑儲(chǔ)罐中乙酸乙酯與水是分層的。因?yàn)槭羌几捻?xiàng)目，溶劑儲(chǔ)罐利舊，沒有多余的設(shè)備口來(lái)安裝界面計(jì)，于是筆者在自控設(shè)計(jì)中，采用了一臺(tái)科氏力質(zhì)量流量計(jì)作為在線密度計(jì)，同時(shí)顯示溶劑的質(zhì)量流量與密度，其原理如圖2所示。

　　質(zhì)量流量計(jì)FIQS203同時(shí)與溶劑輸送泵P208、開關(guān)閥KV201、KV202聯(lián)鎖。當(dāng)密度計(jì)檢測(cè)到管道中流體是溶劑時(shí)（相對(duì)密度≤0.91），DCS開啟閥KV201，閥KV202保持關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)流量累積聯(lián)鎖投入運(yùn)行，溶劑輸送到甲托合成釜內(nèi)，達(dá)到累積質(zhì)量流量后聯(lián)鎖停泵P208；當(dāng)密度計(jì)檢測(cè)到管道中流體是水時(shí)（相對(duì)密度>0.91），DCS關(guān)閉閥KV201，開啟閥KV202，同時(shí)解除流量累積聯(lián)鎖，水沿著閥KV202的管道流到廢液罐V209，直到流量計(jì)檢測(cè)到液體流量為零時(shí)聯(lián)鎖停泵P208。

 

　　在這里，由于所測(cè)介質(zhì)是常溫液體，工藝專業(yè)對(duì)流量計(jì)的精度要求并不太高（0.5級(jí)），出于價(jià)格成本的考慮，筆者選擇了一臺(tái)國(guó)產(chǎn)品牌的科氏力質(zhì)量流量計(jì)。國(guó)產(chǎn)品牌質(zhì)量流量計(jì)經(jīng)過這幾年的發(fā)展，已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，現(xiàn)在一些大型的石化企業(yè)，如九江石化、武漢石化、烏魯木齊石化等廠家，其裝置內(nèi)過程控制與計(jì)量使用的質(zhì)量流量計(jì)大多為國(guó)產(chǎn)品牌。但是在目前，國(guó)產(chǎn)品牌質(zhì)量流量計(jì)與進(jìn)口品牌之間，還是存在一定的技術(shù)差距，主要體現(xiàn)在下面幾點(diǎn)：測(cè)量管的加工精度較低；元器件的選材較差；傳感器年漂移量較大；變送器組態(tài)性能不足等。筆者認(rèn)為：在貿(mào)易交接或者配比控制等要求精度高、穩(wěn)定性好的場(chǎng)合下，一定要使用進(jìn)口品牌的質(zhì)量流量計(jì)；但是在一般的過程控制場(chǎng)合和精度要求不是太高的計(jì)量場(chǎng)合，國(guó)產(chǎn)品牌中的一些佼佼者，如西安東風(fēng)機(jī)電、太航儀表、北京首科等廠家生產(chǎn)的科氏力質(zhì)量流量計(jì)，還是完全可以滿足使用要求的。筆者在此選用的是北京首科生產(chǎn)的DMF系列質(zhì)量流量計(jì)，使用一年多來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，而價(jià)格僅為進(jìn)口品牌的一半。

 

　　3 結(jié)語(yǔ)

 

　　隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)廠家的增加引發(fā)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，科氏力質(zhì)量流量計(jì)的性能在不斷地提升，應(yīng)用范圍在不斷地?cái)U(kuò)大，價(jià)格卻在不斷地下降。作為工程設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該結(jié)合科氏力質(zhì)量流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)和工程的實(shí)際需要，通過流量計(jì)廠家的配合，合理選型儀表設(shè)備，不斷完善設(shè)計(jì)方案，使科氏力質(zhì)量流量計(jì)在精細(xì)化工生產(chǎn)中發(fā)揮更大、更積極的作用。