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氨分離器出口管上安裝有控制液位用的控制閥和與之串聯(lián)的液氨流量計(jì)，在閥門關(guān)小時(shí)，液氨流量計(jì)示值不降反升，但若控制閥關(guān)死，液氨流量計(jì)卻又回零。
分析與診斷
(1)氨分離器液位控制流程
氨分離器是合成氨生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其任務(wù)是將來自氨冷凝器的氣液混合物進(jìn)行重力分離，氣相從其頂部導(dǎo)出去循環(huán)壓縮機(jī)，液相就是液氨從其底部導(dǎo)出送氨中間槽。在液氨管道上串聯(lián)安裝有液氮液氨流量計(jì)和用于控制氨分離器液位的控制閥。
控制閥和液氨液氨流量計(jì)相互之間的合理位置應(yīng)是液氨流量計(jì)在前，控制閥在后，如圖4.43所示。
提問者所述的情況可能采用的流程如圖4.44所示，就是將液氨流量計(jì)安裝在控制閥后面。
(2)氣液分界面上的平衡狀態(tài)分析
在氨分離器內(nèi)壓力和液位均穩(wěn)定的情況下，在其氣液分界面上，;氣相和液相處于平衡狀態(tài).液氨的溫度與其所處位置的壓力一一對應(yīng)，一旦分界面上方的氣相壓力有些許降低，于是分界面液氨壓力相應(yīng)降低，在此降低的瞬間，液氨部分蒸發(fā)升騰到分界面之上。由于蒸發(fā)吸收熱量，于是液氨溫度相應(yīng)降低.
如果分界面上方的氣相壓力有些許升高，則氣相中的氣態(tài)氨部分凝結(jié)成液滴，同時(shí)放出凝結(jié)熱，導(dǎo)致氣相溫度有些許升高.液滴的溫度也相應(yīng)升高。此液滴沉降到氣液分界面上，使表層液氨溫度有所上升。而深層液氮暫時(shí)處于過冷狀態(tài)。
其實(shí)，氨分離器內(nèi)的氣液兩相平衡狀態(tài)是動態(tài)的，即不斷有氣液混合物進(jìn)人分離器，也不斷有氣體從其頂部，液相從其底部流出，所以恢復(fù)平衡狀態(tài)就比上面敘述進(jìn)行得更快。
(3)控制閥后壓力降低導(dǎo)致液氮含氣率增高
在圖4.44所示的流程中，氨中間槽壓力較低，只有一點(diǎn)幾兆帕，而氨分離器壓力要高達(dá)幾兆帕。為了讓液氨流量計(jì)正常工作，氨中間槽進(jìn)口閥也起節(jié)流作用。
控制閥在關(guān)小時(shí)，控制閥后壓力降低，按照上面的分析，較多的液氮被蒸發(fā)，從而使液氨溫度降低，進(jìn)人平衡狀態(tài).液氮蒸發(fā)后，體積膨脹幾十倍，引起液氨流量計(jì)示值升高。
目前，液氨流量測量較多的是使用渦輪液氨流量計(jì)和渦街液氨流量計(jì)，這兩種液氨流量計(jì)的輸出信號都是與體積流量成正比。
當(dāng)控制閥關(guān)死后，管道內(nèi)流體停止流動，所以流量指示零。
4.29.3解決方法
上述問題的根本解決方法是將液氨流量計(jì)移到控制閥前面，而且與氨分離器靠得越近越好。
如果能在液氨進(jìn)人液氨流量計(jì)之前，設(shè)法將其過冷深度提高，則更能保證液氨流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度。
提高過冷深度的方法有降低液氨溫度和降低液氨流量計(jì)的安裝標(biāo)高等。
(1)普遍意義
本實(shí)例中所涉及的流體屬高飽和蒸氣壓液體，液態(tài)乙烯、丙烯、氯乙烯等也都屬于此類液體。此類液體的流量測量有其固有的特點(diǎn)。
(2)液氮流且測量的特點(diǎn)
本節(jié)以液氨為例討論乙烯、丙烯、氯乙烯等高飽和蒸氣壓液體流量的測量。
液氨流量測量同水流量測量、油流量側(cè)量有以下兩個(gè)重大的差別。一是液氨的飽和蒸氣壓高，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，其沸點(diǎn)為-33.4℃，因此必須在壓力條件下輸送和儲存。二
是這種流體的流量測量中容易因儀表的壓損而在流量計(jì)的出口處產(chǎn)生氣穴和伴隨而來的汽蝕現(xiàn)象，引起流量計(jì)示值偏高和流量一次裝置受損.液態(tài)乙烯、丙烯等流量測量中遇到的情況也相同。
①儲存在儲槽中液氨的氣液分界面處一般處于氣液平衡狀態(tài).圖4.43所示是氨廠入庫液氨流量測量的典型流程。來自氨冷凝器的合成氣、氣態(tài)氨、液態(tài)氨混合物在氨分離器中進(jìn)行分離，液氨經(jīng)流量計(jì)和液位控制閥送低壓氨中間槽.顯然圖中氨分離器和中間槽的氣液分界面處氣液兩相均處于平衡狀態(tài)。
液氨流量測量應(yīng)盡量避免出現(xiàn)兩相流.然而接近氣液平衡狀態(tài)的液氨，在流過流量計(jì)時(shí)，如果壓頭損失較大，則很容易引起部分汽化，影響側(cè)量度。
②流體密度的溫度系數(shù)較大
從液氨的p=f(t)函數(shù)表可知，在常溫條件下，液氨溫度每變化1℃，其密度變化0.2%以上。因此，液氨計(jì)量必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
③測量度要求高
原化工部有關(guān)文件要求，液氨流量計(jì)量應(yīng)達(dá)到1級度.如果不采取有效措施，是很難達(dá)到這個(gè)要求的。
④流體易燃易爆
儀表選型時(shí)應(yīng)選用防爆型儀表，儀表安裝、使用和維修中都應(yīng)遵守防爆規(guī)程。
⑤被測介質(zhì)有腐蝕性
氨對銅等材料有強(qiáng)烈的腐蝕作用，因此，儀表與被測介質(zhì)直接接觸的部分應(yīng)能耐受氨的腐蝕，儀表的電子學(xué)部分應(yīng)有IP67及以上的防護(hù)能力，以防周圍環(huán)境中腐蝕性氣體對電子學(xué)部分的氣體腐蝕。
(3)氣穴和氣蝕及防止流體氣化問題
在液體流動的管路中，如果某一區(qū)域的壓力降低到液體飽和蒸氣壓之下，那么在這個(gè)區(qū)域內(nèi)液體將會產(chǎn)生氣泡，這種氣泡聚集在低壓區(qū)域附近，就會形成氣穴，發(fā)生氣穴現(xiàn)象。在裝有透明管道的試驗(yàn)裝置上，能觀察到氣穴的存在，它表現(xiàn)為在管道內(nèi)一個(gè)基本不變的區(qū)域出現(xiàn)一個(gè)氣團(tuán)。
在水流管路中，這種氣泡所包含的主要是水蒸氣，但是由于水中溶解有二定量的碗試
所以氣泡中還夾帶有少量從水中析出的氣體.這種氣泡隨著水流達(dá)到壓強(qiáng)高的區(qū)域時(shí)，氣泡中的蒸氣會重新凝結(jié)為液體，此時(shí)氣泡會變形破裂，四周液體流向氣泡中心，發(fā)生劇烈的撞擊，壓力急劇增高，其值可達(dá)幾百個(gè)大氣壓，不斷破裂的氣泡會使流道壁面的材料受到不斷的沖擊，從而使材料受到侵蝕。如果管路上裝有流量計(jì)，則汽蝕現(xiàn)象將引起側(cè)量誤差增大并能損壞一次裝置。氣泡從形成、增長、破裂以及造成材料侵蝕的整個(gè)過程就稱為汽蝕現(xiàn)象。
汽蝕現(xiàn)象與熱力學(xué)中的沸騰現(xiàn)象有所不同，兩者雖然都有氣泡產(chǎn)生，但是汽蝕起因是由于壓強(qiáng)降低，而沸騰則是由于溫度升高。
液氨同其他飽和蒸氣壓較高的流體一樣，在流量測量中，流量一次裝置內(nèi)或出口端極易出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。
處于氣液平衡狀態(tài)的流體，在溫度升高或壓力降低時(shí)，必然有部分液體發(fā)生相變。例如液氨在10℃條件下，平衡壓力為0.5951MPa.如果將壓力降低一些(例如將液氨中間槽中的氣態(tài)氨排掉一些)，必然引起一定數(shù)量的液氨汽化，升騰到氣相中。由于這一蒸發(fā)過程是從液相中吸取汽化熱，所以，汽化現(xiàn)象發(fā)生的同時(shí)，液相溫度下降，一直降低到與槽中新的壓力相對應(yīng)的平衡溫度。
同樣，如果為槽中的氣相提供一定的冷量，則有一部分氣態(tài)氨變成液態(tài)氨，槽中氣相壓力相應(yīng)下降。
處于氣液平衡狀態(tài)的氮，在輸送過程中，如果溫度不變而將其壓力升高(例如用泵加壓)，或者壓力不變而將其溫度降低(例如用冷卻器將液氨冷卻)，則液氨進(jìn)人過冷狀態(tài)。
處于過冷狀態(tài)的液氨，如果壓力降低一些，只要不低于當(dāng)時(shí)液氨溫度相對應(yīng)的平衡壓力，液氨不會出現(xiàn)汽化現(xiàn)象.
液氨儲槽或中間槽總有一定高度，在穩(wěn)態(tài)情況下，處于氣液平衡狀態(tài)的液氨，僅僅是氣液兩相分界面處的那一部分，如果槽中無冷卻管之類的附件，槽中液體的溫度可看作是均勻一致的。因此，分界面以下液位深處的液氨，由于液柱的作用使靜壓升高，所以進(jìn)人過冷狀態(tài)。離分界面越遠(yuǎn)，液氨過冷深度越深。
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