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          分體式電磁流量計

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          如何使用分體式電磁流量計解決油劑調配系統管道故障問題

          來源:www.qw221.com作者:發表時間:2019-08-03 15:02:03

          摘 要: 油劑是化纖工業的“血液”。隨著國內化纖業擴量生產的需要,原有化纖生產線普遍進行了產能增容改造,作為配套,油劑調配系統增容勢在必行。國內普遍采用大流量分體式電磁流量計保證油劑調配系統的增容需要,但由于其流量具有脈動式的特點,能量波動大,液流在管道內處于層流和紊流共存狀態,管道會產生異常聲音和振動等故障現象,系統不能安全運行。本文分析了油劑調配系統采用大流量分體式電磁流量計后,在進出口壓力差較低和管路較長的工況下,管道產生異常聲音和振動的原因,并通過采用入口配置氣液緩沖設施、出口配置液罐蓄能設施、終端配置背壓閥等措施,最終解決管道故障問題。油劑是化學纖維生產和加工中的一種助劑,它在化學纖維生產和加工過程中起著重要作用。可以改進纖維的平滑性、集束性和抗靜電性,保證纖維順利加工。滌綸短纖維油劑調配實際上就是將原油用純水進行稀釋、乳化、配制成生產所需濃度乳液的過程[1] 。
          近年來,隨著國內滌綸短纖新項目的不斷投產和增容,依附于原有裝置的油劑調配系統也提出了增容的要求。按照油劑調配工藝的要求,采用大流量分體式電磁流量計作為混合流量計來調配油劑,實現流量調節并精確計量和連續給料。分體式電磁流量計的精確計量和穩定運行,為油濃的穩定提供了保障 [2] 。
          但是,分體式電磁流量計是電磁流量計的一種特殊形式,一般以單聯出現,具有電磁流量計流量脈動的特點。而常規單流量計頭的形式,又使分體式電磁流量計的脈動系數比傳統的三柱塞電磁流量計大的多,在大流量分體式電磁流量計使用過程中,液流狀態的變化會導致管道振動大、產生異常聲響等,嚴重影響管道運行安全。
          本文將詳細闡述解決油劑調配系統采用大流量分體式電磁流量計后,在進出口壓力差較低和管路較長的工況下,通過采用入口氣液緩沖、出口配置液罐蓄能設施、終端配置背壓閥等措施,以解決管道故障問題。
          1 油劑調配系統工況
          1. 1 調配系統及設備簡介
          滌綸短纖維油劑調配實際上就是將原油用純水進行稀釋、乳化、配成生產所需濃度乳液的過程。各紡絲裝置的油劑調配系統配置各不相同,但原理相似,以 silon-siecki C18 油劑的調配為例,第一組份為 HC19 - P40,有效成份 40%,每桶 200 kg;第二組份為 TD -18,有效成份 98%,每桶 210 kg。紡絲常用調配油劑為一油和二油,其第一組份和第二組份的比例均為 70∶ 30。一油濃度為 4. 0 g/L,供前紡卷繞、后紡浸油槽和牽伸浴槽使用;二油濃度為50 g/L,供后紡定型機后上油。
          油劑調配設施主要有混合槽、中間槽(一油用)、貯槽、混合流量計、輸送流量計,原油預熱用暖房,控制系統等。各設備設施的作用,以 silon-siecki C18 油劑的調配為例,說明如下:混合槽的作用是將第一組份或第二組份的桶裝原油通過空氣流量計打入其內進行稀釋攪拌混合;中間槽貯存勻化后的油劑中間產品;貯槽貯存油劑最終合格品。混合流量計作為油劑調配系統的核心設備,將一定比例的水和組分原油連續混合輸送到油劑貯槽進行攪拌均勻,產生最終合格的第一或第二油劑。最后通過輸送流量計將合格油劑輸送到前后紡,供纖維上油。原油預熱用暖房,控制系統等保證了油劑調配的最終產品質量合格。
          1. 2 調配工藝及原理
          現以雙 S 一油為例介紹調配工藝流程如圖 1所示。
          調配原理為:將油劑桶中規格為 200 kg 的原油通過空氣流量計抽入油劑混合槽中,加純水稀釋到一定濃度,并通過攪拌器反復攪拌、勻化,將其打入油劑雙 S 油劑調配工藝流程中間槽。混合流量計采用大流量分體式電磁流量計精確計量油劑和純水并連續送料到油劑儲槽,調配后備用。
          1. 3 工況簡化
          現場使用的混合流量計一般為雙聯大流量分體式電磁流量計,一臺分體式電磁流量計計量純水,一臺分體式電磁流量計計量油劑。為便于說明問題,將雙聯大流量分體式電磁流量計工況簡化為單聯,以計量純水為例說明。簡化后工況如圖 2 所示,分體式電磁流量計流量 6 300 L/h。
          現場工況圖
          分體式電磁流量計把物料從容器 1 抽出后,輸往容器 2。物料為純水,容器1 為純水儲槽,容器2 為油劑儲槽。
          2 存在問題
          油劑調配系統采用大流量雙聯分體式電磁流量計增容改造后,滿足了滌綸短纖維生產增容的需要。但改造后設備運行不久,就出現了管道振動大、異常聲響大等問題,不能夠保證設備的正常運行。在改造實施后短短 3 天內,故障統計如表 1 所示。
          改造后計量泵運行故障統計
          因此,要保證油劑調配系統的正常運行,必須解決管道異常振動大和聲響大的問題,保證設備平穩運行。
          3 問題的分析及處理
          3. 1 分體式電磁流量計出口異常振動問題的解決
          3. 1. 1 加裝蓄能器降低分體式電磁流量計出口能量
          1) 理論依據
          廠家提供的分體式電磁流量計測試報告,如表 2 所示。
          計量泵測試報告
          從簡化的分體式電磁流量計工況圖可以看出,容器 1、2 都是開口式常壓容器,因此,分體式電磁流量計的實際輸出壓力也較低,從現場看,只有 5 m 的液位差及 12 m 的管道阻力(包括閥、彎頭和管道等阻力)。分體式電磁流量計出口能量計算:
          20190803150342.jpg
          由此可以看出,進出口壓力差低,管道長等,分體式電磁流量計產生的沖擊能量得不到有效釋放導致了管道振動劇烈。從實際看,分體式電磁流量計安裝在現場后,在試車時發現,流量計的管路振動非常大,考慮到流量計的流量較大,出口流速快,流量的脈動沖擊非常大,因此,降低分體式電磁流量計出口能量是解決問題的思路。
          2) 實踐
          囊式蓄能器有其自身的特點(如圖 3),要預充一定壓力的氣體(一般為氮氣),其工作原理為:當分體式電磁流量計往外輸出物料時,蓄能器內囊被壓縮,部分物料儲存在蓄能器中,而當分體式電磁流量計處于吸料過程中時,蓄能器則會釋放出部分儲存在其中的物料,起穩定流量的作用。
          囊式蓄能器結構圖
          第一次更改后的系統工藝圖如圖 4 所示,現場改造完成后,經過對蓄能器充氣壓力的調整發現,流量計出口垂直管路振動改善較明顯,而背壓閥后的管路振動仍然非常大。
          第一次更改后系統工藝圖
          3. 1. 2 加裝背壓閥優化管道內液流狀態
          1) 理論依據
          利用雷諾數可區分流體的流動是層流或湍流。當雷諾數較小時,粘滯力對流場的影響大于慣性,流場中流速擾動會因滯力而衰減,流體流動穩定,為層流。反之,若雷諾數較大時,慣性對流場的影響大于粘滯力,液體流動較不穩定,流速的微小變化容易發展、增強,形成紊亂、不規則的流場,造成管道受力的變化,導致振動。
          管道內液體運行狀態可以從雷諾數 Re 計算得出。
          20190803150640.jpg
          在管流中,Re < 2 300 為層流;Re > 4 000 是湍流。二者之間為過渡狀態。要優化運行狀態,理論上,就要保證管道內壓力和流量的穩定。采用出口背壓閥是解決問題的辦法之一。
          2) 實踐
          背壓閥可以控制流體流動、消減波動。將背壓閥安裝在出口管道的末端,即背壓閥出口與容器 2直接對接。可避免出口管道內存在空氣,又可使得背壓閥出口的不規則流體,不會對管路造成任何影響。第二次改造后工藝如圖 5 所示。
          第二次更改后系統工藝圖
          經過本次管路改造,再次開車,出口管路運行穩定,振動有大幅度降低,改造初步取得成功。
          3. 2 入口異常聲響問題的解決
          從圖 2 可以看出,由于入口管路長達 10 m,計量流量計單位時間內流量為 6 300 m 3 /h,而管路直徑為80 mm,分體式電磁流量計入口流體在管道中流動的能量不僅有沿長度方向的沿程能量,流體的相互碰撞和漩渦的形成等原因所造成的局部沖擊,以及由于液體的粘性力引起的漩程能量等。由于各種能量的疊加造成分體式電磁流量計入口異常聲響,俗稱水擊現象。水擊現象給設備的穩定運行帶來了極大的傷害。考慮到液體不可壓縮和氣體可壓縮的特性,我們在管路中考慮設置氣液緩沖設施來解決水擊問題。
          氣液緩沖設施主要是在混合流量計入口處增加一長徑比大于 8 的儲水罐,上端設置一排氣閥。在使用前,關閉水閥,開啟混合流量計,將管路內液體抽空后,關閉排氣閥。在混合流量計正常運行后,由于管路內充滿氣體,而氣體具有可壓縮性,吸收入口流體在管道流動中產生的各種能量,從而消除了水擊現象。改造取得成功。
          4 結 論
          分體式電磁流量計在使用過程中,流量計與工藝管道系統的不匹配是常見問題之一,振動和噪音則是其常見的表現形式。常見的振動問題解決過程中,只需加裝蓄能器一般即可解決,而本文所述的則為低壓(甚至出口為常開狀態)大流量工況,管路又較長的情況下,解決其振動問題的過程。通過采用入口氣液緩沖、出口配置液罐蓄能設施、終端配置背壓閥等措施,最終解決管道的振動和異音,油劑調配系統的管道運行安全得到了保障。
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