计量仪表在纯碱生产中的应用

一、引言
      纯碱行业生产的特点是环境恶劣，腐蚀性强，易燃易爆。流体介质的总类繁多。主要产品为轻质纯碱和重质纯碱。液体介质主要有碱液、 母液、灰乳、盐水、液氨、软水、淡水、海水、烧碱等；气体介质主要有蒸汽、氨气、二氧化碳、空气等等。流体的物理性质和化学性质相差很大，流体的输送管道由DNl5至DNl000不等，流体流量范围波动较大，所以在纯碱行业中，为适应不同流体介质的不同要求，必须选用满足流体特性的计量仪表。中普自动化仪表公司下面对计量仪表应用的体会和经验作一些介绍：

二、应用计量仪表的原则
1、 计量仪表的分类
计量仪表按测量方法一般可分为速度式流量仪表、容积式流量仪表和质量流量仪表三大类。
（1） 速度式流量仪表
      速度式流量仪表是以直接测量封闭管道中满管流流动速度为原理的流量计。一般包括：涡轮流量计、涡街流量计、旋进涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、分流旋翼式流量计、激光多普勒流量计、插入式流量计、差压式流量计、转子流量计等。山东海化纯碱厂用得最多的就是速度式流量仪表。
（2） 容积式流量仪表
       容积式流量仪表就是在单位时间里直接测量通过管道的流体体积。一般包括：椭圆齿轮流量计、刮板式流量计、旋转活塞式流量计。
（3） 质量流量仪表
       质量流量仪表是用于计量流过某一横截面的流体质量流量或总量的流量计。一般有：科力奥式质量流量计、量热式流量计、冲量式流量计等。
2、 流量计量仪表选型原则根据纯碱行业特点，对流量计选型，一般可按以下几点进行：
（1） 首先要考虑防爆性能。纯碱行业中的的介质如：氨气是易燃易爆的介质，所以选型的第一步就是要考虑流量计量仪表的防爆性能。不仅要考虑流量计本身的防爆性，还要充分考虑整个流量测量系统必须满足防爆等级要求。
（2） 其次是弄清工艺介质的物理和化学特性。比如：介质的温度、压力、密度、粘度、电导率；流量测量范围；充许的压力损失；介质的腐蚀程度等等。通过综合考虑流体的的特性，选用合适的流量计。
（3） 最后就是流量计的性价比。根据不同流体，使用在不同的场合，选择合适的、性价比高的流量计。比如：用于成本核算或检测工艺控制过程重要参数的流量仪表，就要选用精度高、维护量少的进口流量仪表；而在工艺控制过程中只是作为一般参考价值的流量仪表，就以选用精度较低、比较经济的流量仪表。
3、 计量仪表的主要技术参数：
（1）计量范围：
　计量范围指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。
（2）量程和量程比：
　计量范围内最大流量与最小流量值之差称为流量计的量程。最大流量与最小流量的比值称为量程比，亦称流量计的范围度。
（3）允许误差和精度等级：
　计量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误差，称为该流量仪表的允许误差，一般用最大相对误差和引用误差来表示。
　流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小来划分的，其精度等级有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。
（4）压力损失 ：
　压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要技术指标。压力损失小，流体能消耗小，输运流体的动力要求小，测量成本低。反之则能耗大，经济效益相应降低。故希望流量计的压力损失愈小愈好。

三、计量仪表应用实例：
1、 液体流量的计量：
液体介质主要分为：碱液、 母液、灰乳、盐水、软水、淡水、海水。
       仪表选用大多是电磁流量计进行测量。在海化纯碱厂，应用最多、最广泛的电磁流量计是上海光华公司的4080K，大约有230台。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行工作的。它能测量具有一定电导率的液体或液固两相介质的体积流量。它具有许多优点：（1）、无压力损失。（2）测量范围大，电磁流量变送器的口径从2.5mm到2.6m。（3）电磁流量计测量被测流体工作状态下的体积流量，测量原理中不涉及流体的温度、压力、密度和粘度的影响电磁流量计精度较高。
2、 蒸汽流量的计量：
       蒸汽流量的计量，在整个纯碱生产中计量考核是最重要的，这关系到产品的消耗成本核算！海化纯碱厂应用较多的是差压式流量计。差压式流量计是目前工业生产中检测流量最常用的一种流量仪表。因为它检测方法简单，没有可动部件，稳定性好，可靠性高，价格较低，仪表不经实流标定就能达到一定的精度，并且容易排除故障，所以在蒸汽的计量中我们基本上都是首选差压式流量计，基本上可以满足公司对蒸汽成本核算的要求。但是选用差压式流量计计量蒸汽时，为保证测量精度，还必须要对它进行温度和压力补偿。因为在实际检测中，工艺过程的参数：压力和温度会经常波动，不可能完全符合标准节流装置的设计要求。另外，差压式流量计在安装时必须按标准进行安装，才能保证整个测量系统的测量误差在允许的范围内。
       经过多年的实践，我们感到用差压式流量计是有一定的局限性。由于差压式流量计的安装要求较高，在大口径管道使用差压式流量计测量经常会产生蒸汽泄漏，造成仪表维护量增加。海化纯碱厂大多用阿牛巴传感器测量蒸汽流量，采用了罗斯蒙特生产的阿牛巴配智能多变量变送器MF3095，该表集差压测量、压力测量、温度测量于一体，直接进行温度、压力补偿，输出流量，精度可达0.5级。比以往的仪表省去了压力变送器、温度变送器。在安装方面，其密封点减少为常规表的1/6，维护量是原来的1/10，精度确定大大提高。
3、 气体流量的计量：
       海化纯碱厂除了在蒸汽流量测量中采用差压式流量计外，在气体的测量中也是广泛应用,主要是对二氧化碳、压缩气等气体的计量，也是采用差压式流量计，如：孔板流量计、弯管流量计等。孔板流量计是节流型差压流量计，是利用对流体节流装置施行节流产生差压来测量流体的流量的。孔板流量计基本原理：充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流体将在节流件处形成局部收缩，因此，流速增加，静压力降低，在节流件前后产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，因而可依据压差来衡量流量大小。这种测量方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努力方程 （能量守恒定律）为基础的。弯管流量计的优点：（1）结构简单，价格合理，弯管传感器实质上就是一个九十度标准弯头，这是结构最简单的流量传感器，在流量测量元件中再找不出比它更简单，更实用的测量元件。（2）无任何插入件或节流件，无附加压力损失，可大大降低流体在管道内输送的动力消耗，节约能源；（3）可测量容易脏污、堵塞传感器的流体。弯管传感器由于没有插入件和节流件，对于这些介质其适应性毫无问题，即使是长期运行也能保证弯管流量计正常工作，保证其测量精度不受影响。（4）精度高，重复性好（0.2%）。（5）弯管传感器耐磨损，长期运行免维护。（6）适应性强、量程范围宽。（7）直管段要求不严格，直管段要求不严格也是弯管流量计在现场使用中十分重要的优点之一。一般流量测量装置都因为现场直管段不能满足要求而不能进行测量或不能保证其测量精度，使用户大伤脑筋。弯管流量计由于其特殊的测量原理在实际使用中对直管段要求不严，只需保证前5D后2D即可（在极限情况下可选前2D后2D，此时精度会在高流速使用时略有下降）。

四、计量仪表的管理：
      仪表车间是专门负责纯碱厂仪表管理的直接部门。计量仪表又是仪表车间日常管理维护仪表的重要组成部分。仪表车间在计量管理方面的主要工作：
1、 完善计量仪表管理规定及各种制度。
建立计量仪表的各种规章制度；建立计量仪表档案库；建立计量仪表的周检检修计划库
2、 设立专人管理计量，加强对计量仪表的巡检和维护工作。
有专人定期巡检和日常维护，仪表完好率：100%，仪表投用率：100%，使计量仪表能够“稳、准、灵”。
3、 积极开展技术革新和技术改造，大提合理化建议，将车间的技术革新和技术改造与计量仪表紧密结合起来，努力提高计量仪表的精确度。
4、 利用先进信息系统平台对计量仪表的数据进行存储、分析。
      海化纯碱厂，先后应用了PI数据库采集系统，MES信息平台系统；这样对于计量条件有所大大改善，主要是采用人工抄表或单位报量的方式进行管理，效率低，准确性差。采用MES后，实现了公用工程管理系统的网络化、模型化、实时化，为纯碱生产成本核算、经济技术指标统计系统提供了基础数据。

五、结束语：
       计量仪表的应用是一项技术性、实用性、责任性很强的工作，要做好这项工作，必须充分了解各种流量计的测量原理，弄清测量对象的工艺状况，只有这样应用计量仪表才能经济、实用、可靠，才能更好地为纯碱生产服务！