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提問
用DN25科氏力流量計(jì)測量液氨流量，儀表顯示的流體密度為610kg/m3時(shí)，流量示值穩(wěn)定;密度在280~610kg/m3之間變化時(shí)，流量示值跳躍。流量計(jì)安裝和管道走向如圖所示。
分析
(1)流量示值跳躍的原因
提問者要解決的間題是科氏力質(zhì)量流量計(jì)示值穩(wěn)定性問題。
圖中的科氏力質(zhì)量流量計(jì)CMF，自帶被測流體密度顯示。提問者介紹，密度顯示正常時(shí)，流量顯示也正常;而密度下跌到280kg/m3時(shí)，質(zhì)量流量顯示也下跌，此時(shí)的流量示值準(zhǔn)與不準(zhǔn)也不清楚。
這個(gè)問題的實(shí)質(zhì)是兩相流流量測量問題。在液氨含氣率高時(shí)，質(zhì)量流量示值小，流體密度小得更嚴(yán)重，所以體積流量增大。
(2)液氨中含氣率估算
從氣液混合物含氣率定義可推導(dǎo)出式((4.29):*;
Rvρw+(1-Rv)ρL=ρf
式中Rv流體中氣相所占的體積比，M3/M3;
ρw—流體中氣相當(dāng)前的密度，kg/ m3 ;
ρL—流體中液相當(dāng)前的密度，kg/m3 ;
ρf—氣液混合物當(dāng)前的密度，kg/m3
從圖可看出，這是一個(gè)發(fā)送方利用儲罐中的氣液相平衡壓力將罐內(nèi)液氨送到接收方緩沖罐的流程。儲罐內(nèi)氣相壓力p與氣液分界面上的溫度t處于氣液平衡狀態(tài)，夏季由于環(huán)境溫度較高，儲罐內(nèi)流體溫度相應(yīng)較高，氣液相平衡壓力p也較高。冬季則較低。
提問者介紹，流量示值穩(wěn)定的時(shí)候，科氏力流量計(jì)顯示的流體密度為610kg/m3,溫度約200C，查相關(guān)手冊知，氨在純度較高時(shí)，20℃所對應(yīng)的氣液相平衡壓力為0. 857MPa，此時(shí)的液相密度
ρL=610. 28 kg/m3
此時(shí)的氣相密度 ρW=6. 707 kg/m3
假定ρf=280 kg/m3時(shí)，流體溫度保持不變，則將上述3個(gè)密度數(shù)據(jù)代入式得:
Rv=54. 7%
上面的估算含有一些誤差，因?yàn)榭剖狭α髁坑?jì)測量管內(nèi)出口端和進(jìn)口端的壓力不同，流體溫度和氣液相的密度也隨之變化，但在pf=280 kg/m3時(shí)含氣率高這個(gè)結(jié)論還是正確的。
(3)液氨中氣體的生成
假定發(fā)送方儲罐中的液氨溫度與環(huán)境溫度相等，但液氨在從儲罐流向下游的液氨緩沖罐過程中，在閥門V1:儀表CMF以及管道上總是有壓力損失，液氨在沿著管道爬高6m時(shí)，也會因流體靜力學(xué)原因而出現(xiàn)36. 6kPa的壓降(含氣率為0時(shí)的數(shù)值)，壓力的降低對應(yīng)著一個(gè)液氨溫度的降低，也對應(yīng)著一定數(shù)量液氨蒸發(fā)，由液態(tài)變成氣態(tài)，這是氣體生成的*個(gè)原因。
第二個(gè)原因是因?yàn)橐喊睖囟冉档秃螅c周圍環(huán)境溫度出現(xiàn)溫差，從而有一定數(shù)量的熱量被處于氣液平衡狀態(tài)的液氨所吸收，引起液氨蒸發(fā)變成氣相。
(4)儀表的適應(yīng)能力
制造廠在產(chǎn)品樣本中聲稱，用來測量液體的科氏力質(zhì)量流量計(jì)，能保證測量度。但這是有限度的，2400S型含氣率能達(dá)到30%只能達(dá)到5% (V/V)。在本實(shí)例中，根據(jù)提問者提供的數(shù)據(jù)估算，在這樣的條件下，流量示值將產(chǎn)生很大誤差。
處理方法
(1)流量計(jì)安裝位置前移
管道中的氣態(tài)氨是在液氨輸送過程中逐漸生成并流向下游的緩沖罐的。其實(shí)，液氨在從儲罐底部剛剛流出時(shí)，管道內(nèi)并無氣體，.不僅如此，此處的液氨還有一定的過冷深度，因?yàn)榇颂幬挥跉庖悍纸缑嬉韵录s1m，由于流體靜力學(xué)的原因，分界面以下每過1m高度差，流體靜壓就升高5. 98kPa(液氨密度以610kg/m3計(jì))。所以，將流量計(jì)的安裝位置前移，能有效地減少流量計(jì)測量管內(nèi)流體的含氣率。
(2)避免用流量計(jì)前的閥門控制流量
在圖4.45中，緩沖罐上方有一臺控制閥V2，用于控制進(jìn)人緩沖罐的流量。在儲罐的出口有一臺閥V1。正確的做法是將V1開足，而且流量計(jì)前的任何一段輸送管道內(nèi)不能有大的阻力，用V2控制流量。
如果將閥V1關(guān)小，將會使流量計(jì)測量管內(nèi)壓力大幅度降低，含氣率大幅度升高。
(3)注意管道絕熱保溫
液氨在管道內(nèi)從儲罐流到緩沖罐，沿途經(jīng)管壁從大氣吸收熱量，含氣率逐漸升高，改善管道和管件的保溫，有利于降低含氣率。
反饋的信息
提問者后來利用停車檢修機(jī)會從液氮總管上開口取氨，科氏力流量計(jì)顯示的密度值穩(wěn)定在510~610kg/m3，流量示值也較穩(wěn)定。流體溫度穩(wěn)定在20℃左右。ρ=510 kg/m3時(shí)，用式(4.29)計(jì)算，對應(yīng)含氣率為16.6%，比改裝前大幅度降低。
討論
本節(jié)和4.29節(jié)所討論的都是液氨流量計(jì)量問題。在流量測量中，液氨和其他高飽和蒸氣壓的液體一樣，是難度*的被測介質(zhì)，如果處理的不好，渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、差壓流量計(jì)等絕大多數(shù)流量計(jì)都會敗下陣來.老式的科氏力流量計(jì)，液體中含有百分之幾的氣體(體積比)已經(jīng)產(chǎn)生顯著的流量測量誤差，改進(jìn)后的產(chǎn)品如前述的2400S型，容忍的含氣率能達(dá)到30% (V/V).即使如此，也還是要設(shè)法降低流體流過測量管的液體的含氣率。
各個(gè)品牌不同型號規(guī)格的科氏力質(zhì)量流量計(jì)，能夠容忍的液體含氣率各不相同.具體選用的科氏力流量計(jì)產(chǎn)品能耐多高的含氣率，需向供應(yīng)商作咨詢，并在采購前簽好技術(shù)協(xié)議。
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