采用ZLJ-N 系列科里奧利質(zhì)量流量計對異丁烯進行測量，克服現(xiàn)場工藝原因造成的汽化以及諸多不便因素，對香料生產(chǎn)的進料進行高精度控制，提高成品質(zhì)量及現(xiàn)場運行效率，降低成本。

1.引言

科里奧利質(zhì)量流量計是一種直接式質(zhì)量流量計，流量計輸出可直接反映流體介質(zhì)的質(zhì)量流量值，其測量原理與介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)（溫度、壓力）和物性參數(shù)（粘度、密度）無關(guān)。科里奧利效應(yīng)***早應(yīng)用于氣象學(xué)研究氣旋，本意指某一質(zhì)點按一定速度運動時，改變其運動方向后此質(zhì)點仍有保持原有運動方向的趨勢，并產(chǎn)生一個力，這個力的大小根據(jù)物理定律與質(zhì)點的質(zhì)量有正比關(guān)系。讓內(nèi)部并行的雙U型測量管垂直于介質(zhì)前行方向并圍繞固定振動軸進行高速往復(fù)振動（諧振運動），使得測量管在介質(zhì)自身前行速度與測量管諧振運動角速度的共同作用下產(chǎn)生科里奧利力，造成測量管微量扭轉(zhuǎn)，此扭轉(zhuǎn)使得入口和出口處檢測電路固有正弦信號產(chǎn)生超前和滯后，形成相位差，由于相位差與介質(zhì)質(zhì)量流量有直接正比關(guān)系，從而使得通過此相位差獲得介質(zhì)質(zhì)量流量成為可能。

異丁烯也稱之為2-甲基丙烯，無色氣體。分子式：C4H8；分子量：56.11，易燃，具窒息性；熔點：-140.3℃；

沸點：-6.9℃；

相對密度（水=1）：0.67（-49℃）；

相對蒸汽密度（空氣=1）：2.0；

飽和蒸汽壓：131.52kPa（0℃）；

燃燒熱：2705.3kJ/mol;

臨界溫度：144.8℃；

臨界壓力：3.99MPa；

閃點：-77℃；

溫度：465℃；

爆炸上限：8.8%（V/V）；

爆炸下限：1.8%（V/V）；

溶解性：不溶于水，易溶于多數(shù)有機溶劑。

2 .概述

某大型精細化工廠主要生產(chǎn)各類香料，其產(chǎn)品諸多工序中有一重要環(huán)節(jié)是控制進入反應(yīng)釜的異丁烯量，確保反應(yīng)釜內(nèi)的化合反應(yīng)穩(wěn)定、高效的進行，用戶對進料質(zhì)量流量的測量精度和穩(wěn)定性有很高要求。

由于異丁烯進入反應(yīng)釜參與反應(yīng)時，會產(chǎn)生大量熱量，需要同時注入-15℃的冷鹽水進行冷卻降溫，工藝要求反應(yīng)速度必須控制在確定范圍內(nèi)。如果入釜時異丁烯流量過大則冷卻降溫的效率難以保證，會造成產(chǎn)品品質(zhì)下降，經(jīng)濟損失較大；反之異丁烯的入釜流量過小則反應(yīng)時間過長，生產(chǎn)過程中的相關(guān)能耗及冷鹽水的消耗也會大幅增加，反應(yīng)釜的生產(chǎn)效能降低。

之前企業(yè)所采用異丁烯質(zhì)量流量測量方法是：通過傳統(tǒng)的磁翻板液位計測量異丁烯罐內(nèi)的液位變化以求得原料消耗的體積值，同時通過在線密度計測量異丁烯的密度，***終入釜流量是通過體積值和密度換算得來，這種方式難以保證測量的精度和實時性，容易造成生產(chǎn)效率低下、原料和能源的嚴重浪費以及成品質(zhì)量的不穩(wěn)定。質(zhì)量流量計直接測量流體質(zhì)量流量具有測量精度高、穩(wěn)定性好、沒有可動部件、安裝方便等特點，于是決定采用科里奧利質(zhì)量流量計檢測異丁烯的入釜流量。

3.問題

采用西安東風(fēng)機電有限公司生產(chǎn)的N15系列（精度為0.15）的科里奧利質(zhì)量流量計替代傳統(tǒng)測量模式。該測量模式在使用初期并不順利，在穩(wěn)定工藝條件下，流量測量值波動較大，自動化控制無法實現(xiàn)，反應(yīng)過程不得不通過人工方式實現(xiàn)，使用科里奧利質(zhì)量流量計的初衷沒能達到。

圖1為工藝流程，在與廠家圍繞問題進行研究的過程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量流量要根據(jù)工藝需要通過調(diào)節(jié)閥V4進行調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)閥V4開度大幅增大時，質(zhì)量流量計的變送器液晶顯示出現(xiàn)報警提示：彈狀流報警，異丁烯實時在線密度顯著降低，約為正常工況條件下密度值的一半左右，而且密度示值波動也很劇烈，質(zhì)量流量顯示值有較大波動，變化幅度超過50%。

利用變送器內(nèi)置的智能診斷功能可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)量流量計的振動頻率發(fā)生波動，實流測量不穩(wěn)，儀表提示可能由介質(zhì)汽化造成?，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)質(zhì)量流量計的前后端均無壓力表，無法知道準確在線壓力，僅知道罐區(qū)出口壓力為0.45MPa左右。

該企業(yè)采用氮氣從頂端注入罐內(nèi)推動異丁烯進入反應(yīng)釜，異丁烯儲罐距反應(yīng)釜行程距離為150m，質(zhì)量流量計安裝在層高5m的二層平臺入口處，距本層地面1.5m，與釜頂入口高度差為0.5m。推測此處質(zhì)量流量計的后背壓可能過小，低于操作溫度下異丁烯的飽和蒸汽壓，導(dǎo)致汽化現(xiàn)象發(fā)生，而氣液兩相流對科里奧利質(zhì)量流量計的測量精度影響極大，所以保證測量管內(nèi)的單相介質(zhì)是目前解決此問題的關(guān)鍵所在。

4.方案

由于異丁烯儲罐耐壓等級較低，不宜采用直接加壓的方式，且過高的壓力也存在安全風(fēng)險和能源消耗。根據(jù)較低背壓公式：較低背壓=2倍壓損+1.25倍飽和蒸汽壓，結(jié)合當(dāng)前操作溫度的飽和蒸汽壓以及科里奧利質(zhì)量流量計在所需流量的工況壓損，得出較低背壓要求。經(jīng)過協(xié)商決定將科里奧利質(zhì)量流量計移至罐區(qū)介質(zhì)出口處。據(jù)分析此處壓力可以達到要求，保證單相介質(zhì)的同時沒有動力源的震動干擾，保證質(zhì)量流量的測量精度成為可能，僅需做好此處安裝支撐并重新為傳感器制作保溫層即可。

為方便操作人員實時觀察入釜流量、密度、溫度等參數(shù)，以便及時調(diào)整反應(yīng)釜前手動調(diào)節(jié)閥的開度，在滿足生產(chǎn)工藝具體需求的同時保證其產(chǎn)品質(zhì)量和盡可能高效的生產(chǎn)過程，用戶要求采用分體式安裝方法，將變送器安裝在反應(yīng)釜旁的操作平臺。

由于罐區(qū)布線槽盒恰好是與介質(zhì)流通管線并行進入反應(yīng)車間的，經(jīng)過分析決定采用帶自適應(yīng)濾波器的高精度智能數(shù)字變送器，即使分體式信號電纜行程近150m，信噪比也有保證，超長距離的信號傳輸對于N15系列質(zhì)量流量計的測量精度影響不大，可以確保企業(yè)實際的測量需求，進而確認了***終方案。

5.結(jié)果

按照事先預(yù)定的方案對工藝現(xiàn)場經(jīng)過一系列的改造，重新啟用科里奧利質(zhì)量流量計后，質(zhì)量流量控制完全達到工藝要求，在分體距離超遠的情況下，保證了信號來源的穩(wěn)定性，利用自適應(yīng)濾波器強大的抗噪性，DSP解算的高效性，確保了質(zhì)量流量和密度測量的穩(wěn)定和準確，改造前后的流量、密度測量值見表1。

經(jīng)過多批量生產(chǎn)的實地跟蹤和成品分析，工藝人員表示滿意，并***終達到了預(yù)期效果，保證了企業(yè)的經(jīng)濟利益；也證明了科里奧利質(zhì)量流量計在保證其需求的工藝條件下，完全可以滿足特殊介質(zhì)的質(zhì)量流量測量精度和其工藝生產(chǎn)效率及成本的精準控制。