摘要：隨著制漿蒸煮、洗滌、篩選、漂白和化學(xué)品回收等技術(shù)的發(fā)展，以及環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢(shì)，使得硫酸鹽法在制漿造紙生產(chǎn)中的地位不斷提高。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)碰到大量程比流量測(cè)量的問(wèn)題，受管道口徑，使用溫度和壓力等工藝參數(shù)的影響，這時(shí)流量計(jì)的選型會(huì)有困難，本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，比較了幾種大量程比流量計(jì)的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，主要介紹了項(xiàng)目中采用孔板配置雙變送器分段測(cè)大量程比流量的方法。

 

0.引言

 

    隨著改革開放的加速以及我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)制漿造紙工業(yè)以驚人的速度發(fā)展，工業(yè)的發(fā)展離不開自動(dòng)化的進(jìn)步，改革開放以來(lái)我國(guó)通過(guò)引進(jìn)消化吸收發(fā)達(dá)guojia先金技術(shù)，大力發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)與服務(wù)，我國(guó)的工業(yè)技術(shù)水平得到了持續(xù)快速的發(fā)展。

    數(shù)字化生產(chǎn)現(xiàn)在是全球經(jīng)濟(jì)和人類社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，指生產(chǎn)領(lǐng)域的數(shù)字化，它是制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學(xué)的交叉、融合、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果，是制造業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢(shì)，工廠數(shù)字化生產(chǎn)旨在改變目前國(guó)內(nèi)工廠普遍生產(chǎn)落后、人力成本高、產(chǎn)品品種單一的狀況，其具備如下特點(diǎn)：

    全面系統(tǒng)集成：制楽造紙各子系統(tǒng)一體化集成管理

    數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化：解放人工，消除人為因素影響

    可視化工廠：實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌控生產(chǎn)執(zhí)行動(dòng)態(tài)，快速反應(yīng)與解決問(wèn)題

    歷史數(shù)據(jù)分析：實(shí)現(xiàn)精細(xì)化系統(tǒng)管理

    自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，特別工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，儀表起著對(duì)工藝參數(shù)的檢測(cè)，記錄，指示和控制的重要作用，工藝生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)是了解控制和生產(chǎn)的手段，只有準(zhǔn)確的了解工藝生產(chǎn)的全貌，并與控制系統(tǒng)配合進(jìn)行控制，才能保證生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行。下面簡(jiǎn)單的介紹大量程流量計(jì)在制漿造紙臭氣方面的應(yīng)用。

 

    1.硫酸鹽法制漿的介紹

 

    在我國(guó)，隨著制漿造紙產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，硫酸鹽法制漿項(xiàng)目在近年來(lái)取得飛速的發(fā)展。硫酸鹽制漿是德國(guó)人Ｄａｈｌ發(fā)的，是在堿法制漿蒸煮過(guò)程中，在燒減溶液中加入硫化鈉；這樣可以加速脫木素的作用，縮短蒸煮時(shí)間，在生產(chǎn)過(guò)程中，由于硫酸鈉作為補(bǔ)充化學(xué)藥品，這個(gè)制漿方法叫做硫酸鹽法制漿［２］。

    制漿蒸煮過(guò)程中由于硫化鈉的加入，隨著木素的降解，木素結(jié)構(gòu)單元聯(lián)接于苯環(huán)上的甲氧基（－ＯＣＨ３）部分解除，脫下來(lái)的甲氧基主要生成甲硫醇（ＣＨ３ＳＣＨ３），二甲二硫醚（ＣＨ３ＳＳＣＨ３）和硫化氫（Ｈ２Ｓ），硫化物總稱為還原性硫化物（ＴＲＳ）其中甲硫醇、二甲二硫醚稱為有機(jī)硫化物。這些化合物的沸點(diǎn)低，且人的嗅覺(jué)極限值低，使ＫＰ法紙漿廠有其特殊的臭味，對(duì)大氣環(huán)境的影響較大，ＴＲＳ氣體一般稱為不凝氣，簡(jiǎn)稱ＮＣＧ［３］。ＤＮＣＧ系統(tǒng)的大管徑工況下的流量測(cè)量就會(huì)遇到量程比比較大的一些情形，由于工藝條件，溫度，壓力，管徑各方面的限制，量程大，在參與聯(lián)鎖或調(diào)頻時(shí)系統(tǒng)波動(dòng)較大，經(jīng)過(guò)與國(guó)內(nèi)外專家多次溝通與協(xié)調(diào)，嘗試采用雙變送器來(lái)測(cè)量氣體、液體，在印尼紙楽廠，及四川宜賓項(xiàng)目中取得了良好效果。

 

    1.1 量程比

 

    量程比是#大測(cè)量范圍和#小測(cè)量范圍之比。通常情況下工藝專業(yè)是按#小流量是正常流量的一半，#大流量是正常流量的１．２－１．５焙么考慮，這種提法主要是考慮正常生產(chǎn)階段，以測(cè)量正常生產(chǎn)流量為主要目的，在這種情況下，我們選擇流量計(jì)的量程比在３：１－４：１之間，選擇的余地較大，僅從量程比來(lái)考慮的話，幾乎所有的流量計(jì)都可以測(cè)量。但是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)碰到大量程比的流量測(cè)量問(wèn)題，比如需要考慮到開車時(shí)的工況，并且開車時(shí)的流量需要準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)，因?yàn)殚_車時(shí)的流量都較小，需要測(cè)量的量程比就比較大，一般可到１０：１或者１０：１以上。#常用的標(biāo)準(zhǔn)孔板，文丘里管等都達(dá)不到這樣的測(cè)量要求。

 

    1.2差壓法測(cè)流量原理

    充滿管道的流體在流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流處收縮，使流速增加，靜壓降低，在孔板前后產(chǎn)生了靜壓差。流體的流速越大，壓差也越大，根據(jù)差壓與流量之間的這種關(guān)系，可以用孔板來(lái)測(cè)量流體的流量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ＩＳ０５１６７－１和ＧＢ／Ｔ２６２４－９３的規(guī)定，流體流量與差壓的關(guān)系由下式確定［５］：

    由上述公式可知，在孔板的開孔值確定的前提下，影響流量的參數(shù)有流出系數(shù)、膨脹系數(shù)、密度、差壓值。

    １、Ｓ與流體的壓縮性能有關(guān)，對(duì)于不可壓縮流體，６＝１，對(duì)低速氣體，可以近似認(rèn)為￡的，但當(dāng)氣體馬赫數(shù)Ｍａ大于０．３時(shí)，必須要考慮流體的壓縮性，？＆可由相關(guān)圖查��；

    ２、在使用差壓計(jì)時(shí)，通常都認(rèn)為流量系數(shù)Ｃ是不變的。其實(shí)，Ｃ不變，是有一定條件的，即當(dāng)流體的雷諾數(shù)Ｒｅ大于一個(gè)臨界值時(shí)，Ｃ不變，否則，Ｃ會(huì)隨Ｒｅ的減小而增加，這樣，就帶來(lái)了計(jì)算誤差，即未能考慮實(shí)際Ｒｅ下的Ｃ。Ｃａ除與Ｒｅ有關(guān)外，還與開孔比Ａ有關(guān)。

    ３、差壓值與流量關(guān)系為平方關(guān)系，當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)差壓將以平方的關(guān)系發(fā)生相應(yīng)變化。這里因?yàn)椴顗汉土髁康钠椒匠杀壤�，流量比低于３０％時(shí)，精度就不能保證，另外，流量低于３０％時(shí)，雷諾數(shù)往往低于界限雷諾數(shù)，流量系數(shù)Ｃ不是常數(shù)，造成流量測(cè)量不準(zhǔn)。

    由以上的分析我們就可以看出，．當(dāng)所測(cè)量#小流量為#大流量的１／１０時(shí)，差壓值就只有刻度差壓值的１／１００，在此時(shí)差壓變送器所測(cè)得的差壓值已經(jīng)很小了，小流量下誤差會(huì)放大幾倍甚至十幾倍，這也是差壓變送器為什么要做小信號(hào)切除的原因。這時(shí)，單純地用差壓流量計(jì)要準(zhǔn)確測(cè)量已經(jīng)很困難。

 

    1.3測(cè)大量程比流量的流量?jī)x表

 

    測(cè)量大量程比的流量，規(guī)范中羅列了以下這幾種可供選擇選用流量?jī)x表，下面分別介紹各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合：

    （1）渦街流量計(jì)：規(guī)范中對(duì)量程比沒(méi)有要求，可以測(cè)量大量程比的流量，但一些廠家對(duì)量程比做了限制，一般為１０：１．但可能會(huì)出現(xiàn)為滿足#小流量下的流速要求，需要進(jìn)行縮徑處理，可能會(huì)導(dǎo)致#大流量下流量計(jì)的壓損過(guò)大，不滿足工藝的要求，另外，渦街流量計(jì)一般適用于３００°Ｃ以下的干凈介質(zhì)測(cè)量［４］。

 

    （2）容積式流量計(jì)：量程比可達(dá)到１０：１，但結(jié)構(gòu)笨重，安裝復(fù)雜，很少應(yīng)用于大管道的流量測(cè)量中。

    （3）楔形流量計(jì)，量程比可達(dá)到１０：１。主要特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣，可以在高粘度、低雷諾數(shù)、雷諾數(shù)５００即可使用的流體情況下進(jìn)行高精度的流量測(cè)量，在流速較低、流量小、管徑大的流量測(cè)量場(chǎng)合，穩(wěn)定性好。一般用于粘稠介質(zhì)和含少量固體的液體流量測(cè)量［１］

    （4）電磁流量計(jì)：量程比可達(dá)１００：１，選擇時(shí)需要計(jì)算電磁流量計(jì)的口徑以保證腔體內(nèi)的流速在可測(cè)范圍即可。但是它只能測(cè)量滿足一定導(dǎo)電率的液體和固液兩相介質(zhì)。

    （5）靶式流量計(jì)：量程比不大于１０：１。適用于粘度較高，低雷諾數(shù)流體的流量測(cè)量，含少量固體顆粒的液體流量測(cè)量。

    （6）轉(zhuǎn)子流量計(jì)：量程比可達(dá)到１０：１，但是精度不高，需要安裝在垂直管道上，使用溫度不超過(guò)３０（ＴＣ。

    （7）彎管流量計(jì)：量程范圍寬，對(duì)于其測(cè)量介質(zhì)的流速適用范圍寬，有足夠精度的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質(zhì)量微差壓變送器的應(yīng)用使彎管流量計(jì)能夠適應(yīng)低流速、小信號(hào)測(cè)量的要求。彎管傳感器的幾何尺寸沒(méi)有限制，管徑可從十幾毫米，到ｌｍ甚至２ｍ以上，能在？１０ｍｍ？？２０００ｍｍ的大范圍管道中精que測(cè)量各種流體的流量，彎管傳感器可耐高溫、高壓、可在潮濕、粉塵、振動(dòng)等各種惡劣的環(huán)境中正常工作，可實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)量。

 

    1.4 壓力和差壓變送器安裝圖

    從圖1、2可以看出與普通的差壓變送器相比，取樣點(diǎn)増加，二是要求差壓變送器安裝在同一個(gè)水平線上，即要求差壓變送器安裝在同一標(biāo)高上，要事先做一個(gè)矩形安裝支架（如下圖３）把差壓變送器安裝于該安裝架上，變送器集中安裝的好處是克服環(huán)境溫度對(duì)導(dǎo)壓管冷凝水重度影響獲得差壓值較為精que的測(cè)量，參與聯(lián)鎖或調(diào)頻時(shí)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。

    2.應(yīng)用實(shí)例

    2.1孔板配合雙變送器測(cè)在大量程比流量測(cè)量時(shí)的應(yīng)用

 

    在測(cè)量大量程比流量時(shí)可以在合適的條件下采用以上流量?jī)x表。但上述儀表在使用時(shí)受限制條件較多，下面結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目中的流量計(jì)選型，介紹孔板配合雙變送器測(cè)在大量程比流量測(cè)量時(shí)的應(yīng)用。

    某項(xiàng)目一臺(tái)測(cè)量原料氣的流量計(jì)的工藝參數(shù)如下：介質(zhì)為原料氣；刻度流量６７０００ｋｇ／ｈ；#大流量６５６８８ｋｇ／ｈ；正常流量５７１２０ｋｇ／ｈ；#小流量：５７１２ｋｇ／ｈ；管道口徑為ＤＮ３００。

    因?yàn)楣艿揽趶捷^大，shou選差壓類流量計(jì)，但該工況量程比達(dá)到了１２：１，如果只是顯示和調(diào)節(jié)功能，可以考慮采用差壓類流量計(jì)，用小信號(hào)切除法切除誤差較大的小流量信號(hào)，但是該流量參與裝置的安全聯(lián)鎖，要求從#小流量到#大流量都需要較精que地測(cè)量。顯然，如此量程比的測(cè)量shou選能夠測(cè)量大量程比流量的流量計(jì)，但是本文前面所列出的幾種流量計(jì)從介質(zhì)，溫度，管徑選擇等方面均不能滿足測(cè)量要求，只能采用差壓式流量。但量程比太大，采用常規(guī)的一臺(tái)孔板配置一臺(tái)變送器的方法，不僅小流量下誤差會(huì)放大幾倍甚至十幾倍，還會(huì)出現(xiàn)根本測(cè)不到流量的情況。

    經(jīng)過(guò)以上分析，該工況條件下一臺(tái)變送器無(wú)法滿足測(cè)量要求，該流量測(cè)量我們采用了多孔孔板配備雙變送器的測(cè)量方法，采用兩臺(tái)變送器分段測(cè)量的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

    雙變送器測(cè)量在整個(gè)量程范圍內(nèi)分作兩段，兩段的測(cè)量上變送器都能夠在流量計(jì)合適的量程比范圍內(nèi)進(jìn)行工作，兩臺(tái)變送器的測(cè)量信號(hào)在控制系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，這樣就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確測(cè)量。

 

    將整個(gè)流量范圍分成兩個(gè)流量區(qū)間段：５７１２－２００００ｋｇ／ｈ，１７５００？６７０００ｋｇ／ｈ。

    （１）量程：０？ｌＯＫＰａ，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選差壓范圍為：０？１．７６ＫＰａ，對(duì)應(yīng)流量輸出為：０？２００００ｋｇ／ｈ；變送器輸出標(biāo)記為ＥＦ１－１。

    （２）量程：０？４０ＫＰａ，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選差壓范圍為：０？２６．０ＫＰａ，對(duì)應(yīng)流量輸出為：１７５００？６７０００ｋｇ／ｈ；變送器輸出標(biāo)記為ＥＦ１－２

    在ＤＣＳ內(nèi)對(duì)這二路信號(hào)做下述組態(tài)：

    分別將大量程變送器及小量程變送器測(cè)量信號(hào)引入ＤＣＳ系統(tǒng)，通過(guò)上位機(jī)編程實(shí)現(xiàn)大、小量程切換，完成流量監(jiān)測(cè)及累計(jì)。自動(dòng)切換可利用小量程變送器的上限電流值作為判斷條件：在ＤＣＳ系統(tǒng)中取ＥＦ１－１、ＥＦ１－２兩點(diǎn)輸出流量顯示，把兩變送器信號(hào)分別接入ＤＣＳ系統(tǒng)中的ＥＦ１－１、ＥＦ１－２兩點(diǎn)。

    以小量程變送器的輸入信號(hào)為切換點(diǎn)，ＥＦ１－１為４？２０ｍＡ信號(hào)，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍為０？２００００ｋｇ／ｈ；當(dāng)檢測(cè)到小量程變送器輸入信號(hào)Ｓ２０ｍＡ?xí)r，在ＥＦ１－１點(diǎn)顯示小量程變送器的測(cè)量流量，大量程變送器流量指示屏蔽。

    當(dāng)檢測(cè)到小量程變送器輸入信號(hào)＞２０ｍＡ?xí)r，切換到大量程變送器，ＥＦ１－２為４？２０ｍＡ信號(hào)，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍為１７５００？６７０００ｋｇ／ｈ，在ＥＦ１－２點(diǎn)顯示大量程變送器的測(cè)量流量，小量程變送器流量指示屏蔽。

 

    3.結(jié)語(yǔ)

    以上量程的切換在ＤＣＳ中容易實(shí)現(xiàn)，并且大部分ＤＣＳ廠家都有實(shí)現(xiàn)該功能的集成模塊。需‘要注意的是，為了使兩臺(tái)變送器的流量顯示可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，在選取切換點(diǎn)時(shí)除了要考慮節(jié)流元件本身的量程比之外，還要保證小量程范圍內(nèi)的#大流量要大于達(dá)兩成范圍內(nèi)的#小流量值，使得兩個(gè)量程范圍有一個(gè)交集，個(gè)人認(rèn)為在量程比滿足的范圍內(nèi)這個(gè)交集可以取得大一點(diǎn)，因?yàn)檫@樣大量程變送器在小信號(hào)切除時(shí)留的余地更大，可以減少大量程變送器所對(duì)應(yīng)小流量下該段測(cè)量精度的影響。