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液氨流量测量案例
点击次数:660 发布时间:2014-10-25

    氨分离器出口管上安装有控制液位用的控制阀和与之串联的液氨流量计,在阀门关小时,液氨流量计示值不降反升,但若控制阀关死,液氨流量计却又回零。
分析与诊断
    (1)氨分离器液位控制流程
    氨分离器是合成氨生产流程中的关键设备之一,其任务是将来自氨冷凝器的气液混合物进行重力分离,气相从其顶部导出去循环压缩机,液相就是液氨从其底部导出送氨中间槽。在液氨管道上串联安装有液氮液氨流量计和用于控制氨分离器液位的控制阀。
    控制阀和液氨液氨流量计相互之间的合理位置应是液氨流量计在前,控制阀在后,如图4.43所示。
    提问者所述的情况可能采用的流程如图4.44所示,就是将液氨流量计安装在控制阀后面。
    (2)气液分界面上的平衡状态分析
    在氨分离器内压力和液位均稳定的情况下,在其气液分界面上,;气相和液相处于平衡状态.液氨的温度与其所处位置的压力一一对应,一旦分界面上方的气相压力有些许降低,于是分界面液氨压力相应降低,在此降低的瞬间,液氨部分蒸发升腾到分界面之上。由于蒸发吸收热量,于是液氨温度相应降低.
    如果分界面上方的气相压力有些许升高,则气相中的气态氨部分凝结成液滴,同时放出凝结热,导致气相温度有些许升高.液滴的温度也相应升高。此液滴沉降到气液分界面上,使表层液氨温度有所上升。而深层液氮暂时处于过冷状态。
    其实,氨分离器内的气液两相平衡状态是动态的,即不断有气液混合物进人分离器,也不断有气体从其顶部,液相从其底部流出,所以恢复平衡状态就比上面叙述进行得更快。

    (3)控制阀后压力降低导致液氮含气率增高
    在图4.44所示的流程中,氨中间槽压力较低,只有一点几兆帕,而氨分离器压力要高达几兆帕。为了让液氨流量计正常工作,氨中间槽进口阀也起节流作用。
    控制阀在关小时,控制阀后压力降低,按照上面的分析,较多的液氮被蒸发,从而使液氨温度降低,进人平衡状态.液氮蒸发后,体积膨胀几十倍,引起液氨流量计示值升高。
    目前,液氨流量测量较多的是使用涡轮液氨流量计和涡街液氨流量计,这两种液氨流量计的输出信号都是与体积流量成正比。
    当控制阀关死后,管道内流体停止流动,所以流量指示零。
4.29.3解决方法
    上述问题的根本解决方法是将液氨流量计移到控制阀前面,而且与氨分离器靠得越近越好。
    如果能在液氨进人液氨流量计之前,设法将其过冷深度提高,则更能保证液氨流量计的测量准确度。
    提高过冷深度的方法有降低液氨温度和降低液氨流量计的安装标高等。
    (1)普遍意义
    本实例中所涉及的流体属高饱和蒸气压液体,液态乙烯、丙烯、氯乙烯等也都属于此类液体。此类液体的流量测量有其固有的特点。
    (2)液氮流且测量的特点
    本节以液氨为例讨论乙烯、丙烯、氯乙烯等高饱和蒸气压液体流量的测量。
    液氨流量测量同水流量测量、油流量侧量有以下两个重大的差别。一是液氨的饱和蒸气压高,在标准大气压条件下,其沸点为-33.4℃,因此必须在压力条件下输送和储存。二

是这种流体的流量测量中容易因仪表的压损而在流量计的出口处产生气穴和伴随而来的汽蚀现象,引起流量计示值偏高和流量一次装置受损.液态乙烯、丙烯等流量测量中遇到的情况也相同。
    ①储存在储槽中液氨的气液分界面处一般处于气液平衡状态.图4.43所示是氨厂入库液氨流量测量的典型流程。来自氨冷凝器的合成气、气态氨、液态氨混合物在氨分离器中进行分离,液氨经流量计和液位控制阀送低压氨中间槽.显然图中氨分离器和中间槽的气液分界面处气液两相均处于平衡状态。
    液氨流量测量应尽量避免出现两相流.然而接近气液平衡状态的液氨,在流过流量计时,如果压头损失较大,则很容易引起部分汽化,影响侧量度。
    ②流体密度的温度系数较大
    从液氨的p=f(t)函数表可知,在常温条件下,液氨温度每变化1℃,其密度变化0.2%以上。因此,液氨计量必须进行温度补偿。
    ③测量度要求高
    原化工部有关文件要求,液氨流量计量应达到1级度.如果不采取有效措施,是很难达到这个要求的。
    ④流体易燃易爆
    仪表选型时应选用防爆型仪表,仪表安装、使用和维修中都应遵守防爆规程。
    ⑤被测介质有腐蚀性
    氨对铜等材料有强烈的腐蚀作用,因此,仪表与被测介质直接接触的部分应能耐受氨的腐蚀,仪表的电子学部分应有IP67及以上的防护能力,以防周围环境中腐蚀性气体对电子学部分的气体腐蚀。
    (3)气穴和气蚀及防止流体气化问题
    在液体流动的管路中,如果某一区域的压力降低到液体饱和蒸气压之下,那么在这个区域内液体将会产生气泡,这种气泡聚集在低压区域附近,就会形成气穴,发生气穴现象。在装有透明管道的试验装置上,能观察到气穴的存在,它表现为在管道内一个基本不变的区域出现一个气团。
    在水流管路中,这种气泡所包含的主要是水蒸气,但是由于水中溶解有二定量的碗试
所以气泡中还夹带有少量从水中析出的气体.这种气泡随着水流达到压强高的区域时,气泡中的蒸气会重新凝结为液体,此时气泡会变形破裂,四周液体流向气泡中心,发生剧烈的撞击,压力急剧增高,其值可达几百个大气压,不断破裂的气泡会使流道壁面的材料受到不断的冲击,从而使材料受到侵蚀。如果管路上装有流量计,则汽蚀现象将引起侧量误差增大并能损坏一次装置。气泡从形成、增长、破裂以及造成材料侵蚀的整个过程就称为汽蚀现象。
    汽蚀现象与热力学中的沸腾现象有所不同,两者虽然都有气泡产生,但是汽蚀起因是由于压强降低,而沸腾则是由于温度升高。
    液氨同其他饱和蒸气压较高的流体一样,在流量测量中,流量一次装置内或出口端极易出现气穴现象。
    处于气液平衡状态的流体,在温度升高或压力降低时,必然有部分液体发生相变。例如液氨在10℃条件下,平衡压力为0.5951MPa.如果将压力降低一些(例如将液氨中间槽中的气态氨排掉一些),必然引起一定数量的液氨汽化,升腾到气相中。由于这一蒸发过程是从液相中吸取汽化热,所以,汽化现象发生的同时,液相温度下降,一直降低到与槽中新的压力相对应的平衡温度。
    同样,如果为槽中的气相提供一定的冷量,则有一部分气态氨变成液态氨,槽中气相压力相应下降。
    处于气液平衡状态的氮,在输送过程中,如果温度不变而将其压力升高(例如用泵加压),或者压力不变而将其温度降低(例如用冷却器将液氨冷却),则液氨进人过冷状态。
    处于过冷状态的液氨,如果压力降低一些,只要不低于当时液氨温度相对应的平衡压力,液氨不会出现汽化现象.
    液氨储槽或中间槽总有一定高度,在稳态情况下,处于气液平衡状态的液氨,仅仅是气液两相分界面处的那一部分,如果槽中无冷却管之类的附件,槽中液体的温度可看作是均匀一致的。因此,分界面以下液位深处的液氨,由于液柱的作用使静压升高,所以进人过冷状态。离分界面越远,液氨过冷深度越深。

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