質量流量計在液氯充裝上的應用
日期：2024-08-07 15:02
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摘要：
質量流量計在液氯充裝上的應用
1、液氯充裝過程中流量計量的重要意義
液氯是一種黃綠色透明液體，其成分組成為Cl2>96%（vol），H2O<0.015%（wt）。相對密度1.468（0℃），沸點-34.5℃，熔點-100.98℃，分子量70.91。常壓下即汽化成氣體，1kg液氯汽化后可得到300L氣體氯（干氯氣）。具有窒息的氣味，有強烈刺激臭和腐蝕性。性質很活潑，雖不自燃，但可以助燃。在日光下與其它易燃氣體混合時會發生燃燒和爆炸，可以和大多數元素或化合物起反應。劇毒。
任何液氯容器，其充填系數均不得超過80%。因為液氯開始進入容器時溫度低，例如38℃時，其壓力為1.0Mpa.g。假若液氯處于靜止不流動狀態，由于液氯會不斷吸收外界空氣中的熱量使溫度上升，而發生汽化致使體積膨脹；如果液氯在容器內被裝滿，沒有自由空間允許其膨脹，液體又具有不可壓縮的性質，這時液氯隨著溫度上升就會產生巨大的壓強，使容器爆破。假如液氯容器是裝滿的，不能自由膨脹，當溫度上升到50℃，壓力可達到50Mpa.g。這將大大超過一般壓力容器所能承受的允許壓力。液氯鋼瓶也嚴禁充填系數超過80%，液氯槽車的設計溫度為50"C。
液氯槽車充裝時有相的變化，是一個吸熱過程。一般充裝溫度低于室溫。充裝后．槽車溫度上升緩慢，這時液氯體積占槽車容積百分比隨之增大．氣相空間變小。如果過量充裝．溫度上升將導致壓力增加，這時內壓上升將不是飽和蒸氣壓上升規律。壓力過高槽車罐體既有發生爆炸的危險。
我國對液氯容器及其充裝有嚴格的規定，并有公安、消防、安監等部門在運輸環節上進行嚴格監督檢查，對過量充裝的處罰力度是相當大的。為此，在液氯充裝時就要進行實時監督，防止過量充裝。一旦在過磅時發現過量充裝，處罰及卸載所需要的人力、物力和財力損失會很大。
由此可見，液氯充裝過程中的計量就顯得十分重要。
2、液氯槽車充裝過程中的誤差分析
2.1 液氯槽車充裝裝置本身的誤差
到目前為止，流量計還僅僅是用在液氯槽車的充裝裝置之上。而槽車充裝裝置的加工生產卻基本上是由用戶自己完成的。因此，各個用戶充裝裝置的結構、控制部分及閥門等的設計選型，流量計的安裝位置也就各有不同。雖然流量計的計量精度較高。但是，由上述原因帶來的計量誤差遠遠大于流量計本身的誤差。比如：由于用戶選用的閥門有氣動的、有電動的、也有手動的。當充裝開始時如果閥門打開的速度過快，就會造成閥前液氯的壓力急劇下降，從而產生液氯的氣化現象（參見圖一）。
圖一、液氯溫度與飽和蒸汽壓圖
而如果流量計的安裝位置距離閥門較近的話，就會造成流量計內的液氯介質氣化而出現兩相的情況。導致計量誤差的嚴重偏離。山東東營一家化工公司在其50萬噸離子膜燒堿項目的液氯充裝平臺上安裝了四臺進口的世界品牌科氏質量流量計。雖然流量計本身的性能和計量精度都很高，但用戶實際使用過程中，四臺質量流量計的誤差均很大。充裝一輛20噸的槽車，流量計與稱重電子秤的*大的誤差接近或超過一噸，達到5%以上。可見，流量計供貨廠家一定要幫助用戶進行流量計的選型，安裝位置的確定，并嚴格執行安裝工藝。以及制定一套合理的充裝操作工藝規程。只有這樣才能盡量減少由充裝設備帶來的計量誤差。
2.2 充裝管道抽空帶來的誤差。
按照<<液氯包裝工藝及**操作規程>>的要求，液氯槽車充裝設備必須設有兩條管道。即：一條液相管道和一條氣相管道。其中：液相管道用來充裝液氯的輸送；氣相管道用來在充裝之前對槽車罐體抽空和當液氯充到規定容量后，對充裝連接管進行抽空，至抽盡余氯為止。另外，有些用戶因為槽車充裝作業的工作量較小，不經常裝車。為**起見還要將液相管道也進行抽空。（見圖二）
圖二、液氯充裝平臺管道的規范配置
由于液氯充裝這一特殊的**性要求，流量計在用于液氯槽車充裝計量時，必須考慮上述因素所帶來的誤差。
可以用下面公式計算出充裝管道抽空帶來的誤差量△：
Δ=L×0.785D2×ρ
式中：D－－-管道的內徑尺寸
L－－-抽空部分管道的長度
ρ－－-液氯的工況密度
多數情況下僅有充裝連接管需要抽空，該誤差相對于實際充裝量都是很小的，可以忽略。
但當液相管道也需要抽空時，該誤差就一定要考慮。
由于液氯充裝工藝的特殊性，流量計暫時還不能作為結算計量器具替代地中衡使用。
2.3 環境溫度的影響。
因為，用戶從液氯儲罐至充裝車位的距離各不相同，輸送管道的長短也就不同；輸送管道的口徑也各不相同，流速的差距也相當大。在液氯充裝時，如果輸送管道過長，閥門開得過大，勢必造成管道的壓力損失過大。在溫度不變的情況下，從液氯的飽和蒸汽壓圖（圖一）可以看出液氯就會出現氣化現象。且氣化的程度與充裝的流速成正比。由于液氯的熱膨脹系數很大，氯從液態變成氣態時，體積增大約460倍。此時，若流量計中的液氯呈兩相介質。則計量數據會產生上百倍的誤差。此種情況在夏季高溫季節尤其嚴重。不但影響計量精度，也會影響充裝效率。
在實際應用過程中，我們就曾經遇到過類似問題。魯西化工集團液氯充裝站的一個槽車充裝位，距液氯儲罐的距離大約有50米，采用的是DN50的裸露管道輸送。在該管道上還開有三個給液氯鋼瓶充裝的分支。選用的質量流量計安裝在裝車位下部，距充裝開閉閥門不足3米（見圖三）。
圖三、質量流量計安裝位置
冬季時由于環境溫度較低，流量計的工作比較正常。到了夏季，隨著溫度的升高，液氯既產生氣化現象，尤其是當三個鋼瓶也同時充裝時，流量計工作失常，嚴重時已無法計量。經過與用戶協商，在裝車位流量計下游一側安裝了壓力表，制定了一個操作規程，控制充裝閥門開啟時保持管道內的壓力在允許范圍之內。同時，對于所有液氯充裝輸送管道均進行了保溫處理。從而，保證了流量計的穩定工作。
2.4 外界振動干擾的影響
由于質量流量計是依靠檢測管振動代替其旋轉，從而產生科氏力來計量管道中介質的質量流量的。因此，實際使用中外界振動干擾對其計量精度的影響是很大的。因干擾源各不相同，干擾頻率與振動幅度也各有不同。我們無法給出定量的誤差分析。從實踐中我們感到，由于液氯充裝平臺的剛性一般都較差。在充裝操作過程中閥門的開閉，人員的走動，槽車中流體沖擊帶來的振動，對質量流量計的計量精度都會產生不同程度的影響。所以，質量流量計的安裝位置、固定方式是實際應用時必須考慮的影響因素。
3、選用質量流量計的必要性
綜上所述，液氯的充裝計量是一個受多種因素影響的復雜的過程。不但要考慮各種影響因素，更要選用一種既具有較高的計量精度和穩定性，又比較適合該計量環境的計量儀表。根據我公司多年的使用經驗，我們認為在液氯充裝設備上使用科氏質量流量計有如下優點：
3.1 不需要溫度壓力補償，直接測量介質的質量流量。
科氏力質量流量計是目前世界上公認的可直接測量介質質量流量的一種高精度流量儀表。因此，它不存在其他類型依靠密度補償運算的質量流量儀表，因壓力、溫度補償帶來的計量誤差。
3.2 計量準確度高，穩定性好。
由它的工作原理決定了其具有很高的質量流量計量精度，以及較好的工作穩定性。
3.3 無任何阻流元件，使用壽命較長。
科氏力質量流量計的介質流道是光滑的管道，內部沒有任何阻流元件。因此，它的壓力損失小，使用壽命長。
3.4 實現在線溫度、密度監控，防止氣化發生。
科氏質量流量計不但是一種高精度的流量儀表，它還是一個在線溫度計和高精度（0.2%）的在線密度計。可以對于液氯進行實時的在線溫度和密度監控，從而防止氣化的發生。
3.5 調試簡單，維修費用低。
科氏質量流量計需要用戶設定的參數極少。只要嚴格按照安裝技術要求安裝，調試過程僅是一個校零點的簡單工作。而且，因為該流量計基本上沒有易損件。除人為因素以外，運行中基本不會出現故障。所以，維護、維修費用極低。
4、液氯槽車充裝中使用質量流量計的幾點建議
4.1質量流量計要盡量遠離灌裝出口安裝，尤其是盡量不要安裝在操作平臺上面。因為，一方面槽車灌裝開始初期，由于罐體內的壓力很低，液氯的流速較高，在靠近出口的閥門、法蘭等處會因局部壓力損失過大而產生局部氣化現象。使質量流量計無法正常運行。另一方面，在此位置安裝會不可避免的將一些外來振動干擾引入流量計，造成計量誤差。
4.2質量流量計要盡量靠近地面安裝，并且在地上對流量計兩端做堅固的支撐。如果，因條件不具備，只能做架空安裝時，也一定要對流量計的兩端做比較穩定的支撐。實踐證明這一點對流量計的正常工作，也是十分重要的。
4.3在質量流量計選型時，盡量使常用流量落在流量計量程范圍的1/2—2/3之間。以減少由于液氯充裝過程的后期，由于罐體內壓過大致使瞬時流量過小而造成的計量誤差。
4.4充裝控制閥門的開關速度要控制在適當的范圍。控制的依據是保持流量計所在管道內介質的壓力在穩定的液態范圍內（可以參考圖一的數據）。采用手動閥門的場合，可以人工觀察該管段的壓力表的讀數在許用范圍。如果是采用自動閥門控制的場合，可以采取由壓力信號控制閥門開關速度的方案。
4.5 所有液氯輸送管道都要進行完善的保溫處理。
4.6全部管道、閥門和流量計安裝完成后一定要進行高速吹掃。這是所有質量流量計安裝完成后必須做的一項工作。因為，如不吹掃干凈。當有雜物存留在質量流量計的檢測管內，且無規則分布時，就會造成流量計嚴重超差。
我們在多家用戶使用質量流量計作為液氯充裝計量的經驗證明，只要充分考慮到液氯充裝的特殊性，提前消除產生誤差的因素，充裝計量的誤差完全可以控制在1%以內。以上是我們在液氯充裝計量過程中使用科氏質量流量計的一點體會，愿與同行及用戶共同探討。以便于推廣使用。
備注：
壓力單位：MPa.g－－－－-兆帕.表壓力 MPa.a－－－－-兆帕.**壓力
1、液氯充裝過程中流量計量的重要意義
液氯是一種黃綠色透明液體，其成分組成為Cl2>96%（vol），H2O<0.015%（wt）。相對密度1.468（0℃），沸點-34.5℃，熔點-100.98℃，分子量70.91。常壓下即汽化成氣體，1kg液氯汽化后可得到300L氣體氯（干氯氣）。具有窒息的氣味，有強烈刺激臭和腐蝕性。性質很活潑，雖不自燃，但可以助燃。在日光下與其它易燃氣體混合時會發生燃燒和爆炸，可以和大多數元素或化合物起反應。劇毒。
任何液氯容器，其充填系數均不得超過80%。因為液氯開始進入容器時溫度低，例如38℃時，其壓力為1.0Mpa.g。假若液氯處于靜止不流動狀態，由于液氯會不斷吸收外界空氣中的熱量使溫度上升，而發生汽化致使體積膨脹；如果液氯在容器內被裝滿，沒有自由空間允許其膨脹，液體又具有不可壓縮的性質，這時液氯隨著溫度上升就會產生巨大的壓強，使容器爆破。假如液氯容器是裝滿的，不能自由膨脹，當溫度上升到50℃，壓力可達到50Mpa.g。這將大大超過一般壓力容器所能承受的允許壓力。液氯鋼瓶也嚴禁充填系數超過80%，液氯槽車的設計溫度為50"C。
液氯槽車充裝時有相的變化，是一個吸熱過程。一般充裝溫度低于室溫。充裝后．槽車溫度上升緩慢，這時液氯體積占槽車容積百分比隨之增大．氣相空間變小。如果過量充裝．溫度上升將導致壓力增加，這時內壓上升將不是飽和蒸氣壓上升規律。壓力過高槽車罐體既有發生爆炸的危險。
我國對液氯容器及其充裝有嚴格的規定，并有公安、消防、安監等部門在運輸環節上進行嚴格監督檢查，對過量充裝的處罰力度是相當大的。為此，在液氯充裝時就要進行實時監督，防止過量充裝。一旦在過磅時發現過量充裝，處罰及卸載所需要的人力、物力和財力損失會很大。
由此可見，液氯充裝過程中的計量就顯得十分重要。
2、液氯槽車充裝過程中的誤差分析
2.1 液氯槽車充裝裝置本身的誤差
到目前為止，流量計還僅僅是用在液氯槽車的充裝裝置之上。而槽車充裝裝置的加工生產卻基本上是由用戶自己完成的。因此，各個用戶充裝裝置的結構、控制部分及閥門等的設計選型，流量計的安裝位置也就各有不同。雖然流量計的計量精度較高。但是，由上述原因帶來的計量誤差遠遠大于流量計本身的誤差。比如：由于用戶選用的閥門有氣動的、有電動的、也有手動的。當充裝開始時如果閥門打開的速度過快，就會造成閥前液氯的壓力急劇下降，從而產生液氯的氣化現象（參見圖一）。
圖一、液氯溫度與飽和蒸汽壓圖
而如果流量計的安裝位置距離閥門較近的話，就會造成流量計內的液氯介質氣化而出現兩相的情況。導致計量誤差的嚴重偏離。山東東營一家化工公司在其50萬噸離子膜燒堿項目的液氯充裝平臺上安裝了四臺進口的世界品牌科氏質量流量計。雖然流量計本身的性能和計量精度都很高，但用戶實際使用過程中，四臺質量流量計的誤差均很大。充裝一輛20噸的槽車，流量計與稱重電子秤的*大的誤差接近或超過一噸，達到5%以上。可見，流量計供貨廠家一定要幫助用戶進行流量計的選型，安裝位置的確定，并嚴格執行安裝工藝。以及制定一套合理的充裝操作工藝規程。只有這樣才能盡量減少由充裝設備帶來的計量誤差。
2.2 充裝管道抽空帶來的誤差。
按照<<液氯包裝工藝及**操作規程>>的要求，液氯槽車充裝設備必須設有兩條管道。即：一條液相管道和一條氣相管道。其中：液相管道用來充裝液氯的輸送；氣相管道用來在充裝之前對槽車罐體抽空和當液氯充到規定容量后，對充裝連接管進行抽空，至抽盡余氯為止。另外，有些用戶因為槽車充裝作業的工作量較小，不經常裝車。為**起見還要將液相管道也進行抽空。（見圖二）
圖二、液氯充裝平臺管道的規范配置
可以用下面公式計算出充裝管道抽空帶來的誤差量△：
Δ=L×0.785D2×ρ
式中：D－－-管道的內徑尺寸
L－－-抽空部分管道的長度
ρ－－-液氯的工況密度
多數情況下僅有充裝連接管需要抽空，該誤差相對于實際充裝量都是很小的，可以忽略。
但當液相管道也需要抽空時，該誤差就一定要考慮。
由于液氯充裝工藝的特殊性，流量計暫時還不能作為結算計量器具替代地中衡使用。
2.3 環境溫度的影響。
因為，用戶從液氯儲罐至充裝車位的距離各不相同，輸送管道的長短也就不同；輸送管道的口徑也各不相同，流速的差距也相當大。在液氯充裝時，如果輸送管道過長，閥門開得過大，勢必造成管道的壓力損失過大。在溫度不變的情況下，從液氯的飽和蒸汽壓圖（圖一）可以看出液氯就會出現氣化現象。且氣化的程度與充裝的流速成正比。由于液氯的熱膨脹系數很大，氯從液態變成氣態時，體積增大約460倍。此時，若流量計中的液氯呈兩相介質。則計量數據會產生上百倍的誤差。此種情況在夏季高溫季節尤其嚴重。不但影響計量精度，也會影響充裝效率。
在實際應用過程中，我們就曾經遇到過類似問題。魯西化工集團液氯充裝站的一個槽車充裝位，距液氯儲罐的距離大約有50米，采用的是DN50的裸露管道輸送。在該管道上還開有三個給液氯鋼瓶充裝的分支。選用的質量流量計安裝在裝車位下部，距充裝開閉閥門不足3米（見圖三）。
圖三、質量流量計安裝位置
2.4 外界振動干擾的影響
由于質量流量計是依靠檢測管振動代替其旋轉，從而產生科氏力來計量管道中介質的質量流量的。因此，實際使用中外界振動干擾對其計量精度的影響是很大的。因干擾源各不相同，干擾頻率與振動幅度也各有不同。我們無法給出定量的誤差分析。從實踐中我們感到，由于液氯充裝平臺的剛性一般都較差。在充裝操作過程中閥門的開閉，人員的走動，槽車中流體沖擊帶來的振動，對質量流量計的計量精度都會產生不同程度的影響。所以，質量流量計的安裝位置、固定方式是實際應用時必須考慮的影響因素。
3、選用質量流量計的必要性
綜上所述，液氯的充裝計量是一個受多種因素影響的復雜的過程。不但要考慮各種影響因素，更要選用一種既具有較高的計量精度和穩定性，又比較適合該計量環境的計量儀表。根據我公司多年的使用經驗，我們認為在液氯充裝設備上使用科氏質量流量計有如下優點：
3.1 不需要溫度壓力補償，直接測量介質的質量流量。
科氏力質量流量計是目前世界上公認的可直接測量介質質量流量的一種高精度流量儀表。因此，它不存在其他類型依靠密度補償運算的質量流量儀表，因壓力、溫度補償帶來的計量誤差。
3.2 計量準確度高，穩定性好。
由它的工作原理決定了其具有很高的質量流量計量精度，以及較好的工作穩定性。
3.3 無任何阻流元件，使用壽命較長。
科氏力質量流量計的介質流道是光滑的管道，內部沒有任何阻流元件。因此，它的壓力損失小，使用壽命長。
3.4 實現在線溫度、密度監控，防止氣化發生。
科氏質量流量計不但是一種高精度的流量儀表，它還是一個在線溫度計和高精度（0.2%）的在線密度計。可以對于液氯進行實時的在線溫度和密度監控，從而防止氣化的發生。
3.5 調試簡單，維修費用低。
科氏質量流量計需要用戶設定的參數極少。只要嚴格按照安裝技術要求安裝，調試過程僅是一個校零點的簡單工作。而且，因為該流量計基本上沒有易損件。除人為因素以外，運行中基本不會出現故障。所以，維護、維修費用極低。
4、液氯槽車充裝中使用質量流量計的幾點建議
4.1質量流量計要盡量遠離灌裝出口安裝，尤其是盡量不要安裝在操作平臺上面。因為，一方面槽車灌裝開始初期，由于罐體內的壓力很低，液氯的流速較高，在靠近出口的閥門、法蘭等處會因局部壓力損失過大而產生局部氣化現象。使質量流量計無法正常運行。另一方面，在此位置安裝會不可避免的將一些外來振動干擾引入流量計，造成計量誤差。
4.2質量流量計要盡量靠近地面安裝，并且在地上對流量計兩端做堅固的支撐。如果，因條件不具備，只能做架空安裝時，也一定要對流量計的兩端做比較穩定的支撐。實踐證明這一點對流量計的正常工作，也是十分重要的。
4.3在質量流量計選型時，盡量使常用流量落在流量計量程范圍的1/2—2/3之間。以減少由于液氯充裝過程的后期，由于罐體內壓過大致使瞬時流量過小而造成的計量誤差。
4.4充裝控制閥門的開關速度要控制在適當的范圍。控制的依據是保持流量計所在管道內介質的壓力在穩定的液態范圍內（可以參考圖一的數據）。采用手動閥門的場合，可以人工觀察該管段的壓力表的讀數在許用范圍。如果是采用自動閥門控制的場合，可以采取由壓力信號控制閥門開關速度的方案。
4.5 所有液氯輸送管道都要進行完善的保溫處理。
4.6全部管道、閥門和流量計安裝完成后一定要進行高速吹掃。這是所有質量流量計安裝完成后必須做的一項工作。因為，如不吹掃干凈。當有雜物存留在質量流量計的檢測管內，且無規則分布時，就會造成流量計嚴重超差。
我們在多家用戶使用質量流量計作為液氯充裝計量的經驗證明，只要充分考慮到液氯充裝的特殊性，提前消除產生誤差的因素，充裝計量的誤差完全可以控制在1%以內。以上是我們在液氯充裝計量過程中使用科氏質量流量計的一點體會，愿與同行及用戶共同探討。以便于推廣使用。
備注：
壓力單位：MPa.g－－－－-兆帕.表壓力 MPa.a－－－－-兆帕.**壓力
