科里奥利质量流量计在聚酰胺工艺中的应用

刘训福 连云港沃利工程技术有限公司北京分公司 北京 100101

在聚酰胺工艺中，熔融的己内酰胺经过泵输送至中间罐，同时与一定比例的助剂二氧化钛、醋酸等混合后送入到加压聚合反应器进行开环反应，反应后的低聚物通过齿轮泵送入后聚合反应器完成缩聚反应，聚合物通过齿轮泵送到主带头，经冷却、固化后经切粒机完成切粒。切粒经过萃取水和干燥工艺后输送打包装袋，进行下一步的加工。

在该工艺中，主要有两个地方使用到科里奥利质量流量计，一是己内酰胺的输送计量，二是汇合后的助剂输送至中间罐的计量控制。助剂的计量关系到产品质量的好坏，生产全消光产品和半消光产品对计量的控制有着严格的要求。

1 选型

基于使用经验，主要有两种流量计用于助剂混合液的测量，即椭圆齿轮流量计和科里奥利质量流量计。椭圆齿轮流量计的精度能达到±0.5%；科里奥利质量流量计的精度能达到±0.1%，如果现场标定，能达到±0.05%的精度。椭圆齿轮流量计安装需要过滤器，在使用过程中会容易卡死，需要定期检查，另外体积和维修工作量大，也是此流量计的软肋。综上，科里奥利质量流量计有着更好的应用前景。

1.1 科里奥利质量流量计测量原理

科里奥利质量流量计测量主要由测量管、驱动线圈、传感器组成。在仪表工作时驱动线圈驱动测量管振动，产生正弦波，通过传感器检测测量管之间的相位差，相位偏移与质量流量成正比，密度测量通过振动频率来测量。

科里奥利质量流量计的工作原理是：介质经测量管流动产生振动，振动通过曲线形成旋转的坐标系统，进而产生科里奥利效应。通过传感器检测流量管的频率、振幅和相位差的变化，得出质量流量和密度值。

1.2 科里奥利质量流量计的种类

科里奥利质量流量计的种类呈现多样化，按照测量管的形状进行分类，主要有直管式和弯管式两大类。弯管式又分为浅弯管、U形管和Ω形等形式，每种形式的测量管又分为单管和双管等。根据工艺要求以及通过与供应商的详细沟通，最终选定双管微弯管型质量流量计，见图1。相较于直管形，微弯管有着更好的灵敏度，并且精度和压损都能满足应用工况。

图1 双管微弯管形质量流量计

1.3 选型中的注意事项

科里奥利质量流量计可根据工艺需求的数据进行测量，主要的测量数据有质量流量、总量、密度、温度等参数。通过4～20mA信号传输的参数较少，如果需测量更多相关参数，可以通过总线的方式传输，例如PROFIBUS、FF和Modbus RTU等方式。在聚酰胺工艺中，主要用于测量质量流量和密度，采用4～20mA信号传至DCS系统用于计量和控制。

(1)由于助剂管道采用保温，质量流量计采用夹套式，预留DN15保温介质连接口。

由于工艺介质温度不高，故采用一体式质量流量计；在过程温度超过230℃时，一般选用分体式质量流量计。

(2)助剂介质无腐蚀性，传感器的接液和非接液材质都选择为供应商的标准材质，316L不锈钢材质。

(3)非添加助剂区域属于安全区，选择非防爆质量流量计；仪表的防护等级选择IP65。

(4)该工艺要求测量质量流量和密度，需要一根四芯带屏蔽双绞线；质量流量计需要单独供电，采用24VDC电压等级，采用一根两芯电缆；由于需要两根电缆，故要求流量计提供两个电缆接口，本项目统一采用公制螺纹M20x1.5。

(5)在多雷地带，仪表侧需配浪涌保护器，在雷电时可以导通分流，避免设备因电压过高而遭到损坏。

根据工艺参数温度、压力、流量、密度、粘度等参数计算出口径、压损和精度，由设计人员选择更适合该工艺的质量流量计的规格。

2 现场安装

2.1 在管道上的安装要求

(1)质量流量计的正确安装是精准测量的关键。因此，管道式流量计的安装有严格要求，需要保证管内充满过程介质，否则流量的测量就不准确。对于液体，质量流量计安装在水平管道的最低端或者介质流向由下往上的竖直管道上，禁止安装在管道的最高处或介质流向由上往下的竖直管道上，见图2。

图2 质量流量计的安装方向

该项目针对聚酰胺工艺，选用的是微弯管式质量流量计。该类流量计的弯管方向朝上，见图3。因为助剂介质中含有二氧化钛颗粒物，属于固液流体，这样能更好地避免固体沉积的风险。对于气体，弯管质量流量计的安装弯管宜朝下，这样能更好地避免气体积聚的风险。

图3 弯管朝上

(2)科里奥利质量流量计的上游和下游对安装直管段无特殊要求，在己内酰胺从储罐输送至中间罐时，采用科里奥利质量流量计和控制阀进行调节，控制阀安装在质量流量计的下游，这样能更好地保证背压，进行精准控制。

(3)聚酰胺工艺中质量流量计的口径为DN25或DN50，因此，在安装过程中不需要外部支撑，如果在安装过程中存在较大的机械应力，会对流量计的零点产生影响。流量计最好采用管线法兰提供支撑条件。

(4)按照流量计的标识方向进行安装。

2.2 安装场所要求

由于质量流量计的工作需要电磁场，为了避免电机对其造成不必要的电磁干扰，质量流量计的安装要远离电机，距离最好>2米。同时，还需避开管道振动的场所，如果无法避开，则需要对管道做好减震或者使用软管连接。

3 试车调试

3.1 调试前准备

首先，需要进行目视检查，检查流量计是否安装正确，以及外观是否完整、螺栓是否拧紧等现象。

其次，需要检查流量计的检查接线是否规范，电缆密封接头是否完好，是否满足设计规范的要求以及满足调试程序的要求。

第三，进行科里奥利流量计参数设置：通过现场仪表控制面板进行基本参数的设定，包括流量单位、量程范围和语言等相关参数。设定参数时可参考流量计的说明书，按步骤进行设定。

3.2 调试过程

3.2.1 投用前的准备工作

在流量计准备送电之前，先把信号线断开，只保留电源线，待流量计指示灯亮起后，再断电把信号线接上，这样能更好地保护流量计的安全。

3.2.2 上电后的检查工作

流量计通电后，对其内部组态的测量单位检查，根据需要选择过程变量的单位，包括质量流量、体积流量、温度、密度等；核实所测流量密度的量程范围与DCS控制系统是否一致。

3.2.3 调试过程中的问题处理

调试过程中，如果有流量计送电后指示灯不亮的情况，可使用万用表测量24VDC电压，检查电源是否已送到仪表侧；由于仪表都是模块化组装，指示灯不亮时也可以和正常显示的仪表互换电路板，以便检查是否完好。该项目为单独供电仪表，建议采用带灯保险丝端子，则在保险丝烧坏的情况下，指示灯就不亮，这样有利于调试。

3.2.4 调零注意事项

在现场对流量计进行调零时，需要特别注意以下问题：①现场调零时,流量计需连续上电1h以上，通过介质30min左右，并且在正常工作压力和正常工作温度下的工艺介质充满管道；②在水平安装的管道中，容易含有空气，建议使用大流率的工艺流体冲洗5min左右，去除掉空气；③冲洗过后，必须完全关闭流量计前后手阀，使工艺介质处于静止状态，按照供应商提供的操作说明书标定完后，再依次打开流量计前后阀门。

3.2.5 管道振动处理

如果流量计所在管道有一定的振动，建议将流量计的小流量切除信号打开，合理的小流量信号切除是有必要的。

4 结语

科里奥利质量流量计在精细化工行业有着越来越多的应用，并且得到广泛的认可。在聚酰胺工艺中，自从将椭圆齿轮流量计替换为质量流量计后，维修减少，精度提高很多，对企业也产生了更好的经济效益。总体来说，科里奥利质量流量计在聚酰胺装置中的应用是非常成功的。