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，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)常會碰到大量程比流量測量的問題，受管道口徑，使用溫度和壓力等工藝參數(shù)的影響，這時流量計的選型會有困難，本文結(jié)合現(xiàn)場實際應(yīng)用情況，比較了幾種大量程比流量計的特點和應(yīng)用場合，主要介紹了項目中采用孔板配置雙變送器分段測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科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國制漿造紙工業(yè)以驚人的速度發(fā)展，工業(yè)的發(fā)展離不開自動化的進(jìn)步，改革開放以來我國通過引進(jìn)消化吸收發(fā)達(dá)guojia先金技術(shù)，大力發(fā)展工業(yè)自動化技術(shù)與服務(wù)，我國的工業(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)和人類社會發(fā)展的大趨勢，指生產(chǎn)領(lǐng)域的數(shù)字化，它是制造技術(shù)、計算機(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)過程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢，工廠數(shù)字化生產(chǎn)旨在改變目前國內(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：

    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)采集自動化：解放人工，消除人為因素影響

    可視化工廠：實時監(jiān)控，掌控生產(chǎn)執(zhí)行動態(tài)，快速反應(yīng)與解決問題

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

    自動化技術(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)過程中，儀表起著對工藝參數(shù)的檢測，記錄，指示和控制的重要作用，工藝生產(chǎn)過程的檢測是了解控制和生產(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)過程順利進(jìn)行。下面簡單的介紹大量程流量計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，隨著制漿造紙產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，硫酸鹽法制漿項目在近年來取得飛速的發(fā)展。硫酸鹽制漿是德國人Ｄａｈｌ發(fā)的，是在堿法制漿蒸煮過程中，在燒減溶液中加入硫化鈉；這樣可以加速脫木素的作用，縮短蒸煮時間，在生產(chǎn)過程中，由于硫酸鈉作為補(bǔ)充化學(xué)藥品，這個制漿方法叫做硫酸鹽法制漿［２］。

    制漿蒸煮過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。這些化合物的沸點低，且人的嗅覺極限值低，使ＫＰ法紙漿廠有其特殊的臭味，對大氣環(huán)境的影響較大，ＴＲＳ氣體一般稱為不凝氣，簡稱ＮＣＧ［３］。ＤＮＣＧ系統(tǒng)的大管徑工況下的流量測量就會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)頻時系統(tǒng)波動較大，經(jīng)過與國內(nèi)外專家多次溝通與協(xié)調(diào)，嘗試采用雙變送器來測量氣體、液體，在印尼紙楽廠，及四川宜賓項目中取得了良好效果。

 

    1.1 量程比

 

    量程比是#大測量范圍和#小測量范圍之比。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，我們選擇流量計的量程比在３：１－４：１之間，選擇的余地較大，僅從量程比來考慮的話，幾乎所有的流量計都可以測量。但是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會碰到大量程比的流量測量問題，比如需要考慮到開車時的工況，并且開車時的流量需要準(zhǔn)確測量時，因為開車時的流量都較小，需要測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)不到這樣的測量要求。

 

    1.2差壓法測流量原理

    充滿管道的流體在流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，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，可以用孔板來測量流體的流量。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)，對于不可壓縮流體，６＝１，對低速氣體，可以近似認(rèn)為￡的，但當(dāng)氣體馬赫數(shù)Ｍａ大于０．３時，必須要考慮流體的壓縮性，？＆可由相關(guān)圖查取；

    ２、在使用差壓計時，通常都認(rèn)為流量系數(shù)Ｃ是不變的。其實，Ｃ不變，是有一定條件的，即當(dāng)流體的雷諾數(shù)Ｒｅ大于一個臨界值時，Ｃ不變，否則，Ｃ會隨Ｒｅ的減小而增加，這樣，就帶來了計算誤差，即未能考慮實際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)生變化時差壓將以平方的關(guān)系發(fā)生相應(yīng)變化。這里因為差壓和流量的平方成比例，流量比低于３０％時，精度就不能保證，另外，流量低于３０％時，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)，造成流量測量不準(zhǔn)。

    由以上的分析我們就可以看出，．當(dāng)所測量#小流量為#大流量的１／１０時，差壓值就只有刻度差壓值的１／１００，在此時差壓變送器所測得的差壓值已經(jīng)很小了，小流量下誤差會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切除的原因。這時，單純地用差壓流量計要準(zhǔn)確測量已經(jīng)很困難。

 

    1.3測大量程比流量的流量儀表

 

    測量大量程比的流量，規(guī)范中羅列了以下這幾種可供選擇選用流量儀表，下面分別介紹各自的特點和應(yīng)用場合：

    （1）渦街流量計：規(guī)范中對量程比沒有要求，可以測量大量程比的流量，但一些廠家對量程比做了限制，一般為１０：１．但可能會出現(xiàn)為滿足#小流量下的流速要求，需要進(jìn)行縮徑處理，可能會導(dǎo)致#大流量下流量計的壓損過大，不滿足工藝的要求，另外，渦街流量計一般適用于３００°Ｃ以下的干凈介質(zhì)測量［４］。

 

    （2）容積式流量計：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量中。

    （3）楔形流量計，量程比可達(dá)到１０：１。主要特點：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)行高精度的流量測量，在流速較低、流量小、管徑大的流量測量場合，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量［１］

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

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

    （6）轉(zhuǎn)子流量計：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３０（ＴＣ。

    （7）彎管流量計：量程范圍寬，對于其測量介質(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)用使彎管流量計能夠適應(yīng)低流速、小信號測量的要求。彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，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、振動等各種惡劣的環(huán)境中正常工作，可實現(xiàn)雙向測量。

 

    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，取樣點増加，二是要求差壓變送器安裝在同一個水平線上，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)境溫度對導(dǎo)壓管冷凝水重度影響獲得差壓值較為精que的測量，參與聯(lián)鎖或調(diào)頻時確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。

    2.應(yīng)用實例

    2.1孔板配合雙變送器測在大量程比流量測量時的應(yīng)用

 

    在測量大量程比流量時可以在合適的條件下采用以上流量儀表。但上述儀表在使用時受限制條件較多，下面結(jié)合實際工程項目中的流量計選型，介紹孔板配合雙變送器測在大量程比流量測量時的應(yīng)用。

    某項目一臺測量原料氣的流量計的工藝參數(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。

    因為管道口徑較大，shou選差壓類流量計，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，用小信號切除法切除誤差較大的小流量信號，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地測量。顯然，如此量程比的測量shou選能夠測量大量程比流量的流量計，但是本文前面所列出的幾種流量計從介質(zhì)，溫度，管徑選擇等方面均不能滿足測量要求，只能采用差壓式流量。但量程比太大，采用常規(guī)的一臺孔板配置一臺變送器的方法，不僅小流量下誤差會放大幾倍甚至十幾倍，還會出現(xiàn)根本測不到流量的情況。

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

    雙變送器測量在整個量程范圍內(nèi)分作兩段，兩段的測量上變送器都能夠在流量計合適的量程比范圍內(nèi)進(jìn)行工作，兩臺變送器的測量信號在控制系統(tǒng)上實現(xiàn)無縫切換，這樣就實現(xiàn)了整個測量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確測量。

 

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

    （１）量程：０？ｌＯＫＰａ，根據(jù)計算結(jié)果選差壓范圍為：０？１．７６ＫＰａ，對應(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)計算結(jié)果選差壓范圍為：０？２６．０ＫＰａ，對應(yīng)流量輸出為：１７５００？６７０００ｋｇ／ｈ；變送器輸出標(biāo)記為ＥＦ１－２

    在ＤＣＳ內(nèi)對這二路信號做下述組態(tài)：

    分別將大量程變送器及小量程變送器測量信號引入ＤＣＳ系統(tǒng)，通過上位機(jī)編程實現(xiàn)大、小量程切換，完成流量監(jiān)測及累計。自動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、ＥＦ１－２兩點輸出流量顯示，把兩變送器信號分別接入ＤＣＳ系統(tǒng)中的ＥＦ１－１、ＥＦ１－２兩點。

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

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

 

    3.結(jié)語

    以上量程的切換在ＤＣＳ中容易實現(xiàn)，并且大部分ＤＣＳ廠家都有實現(xiàn)該功能的集成模塊。需‘要注意的是，為了使兩臺變送器的流量顯示可以實現(xiàn)無縫切換，在選取切換點時除了要考慮節(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，使得兩個量程范圍有一個交集，個人認(rèn)為在量程比滿足的范圍內(nèi)這個交集可以取得大一點，因為這樣大量程變送器在小信號切除時留的余地更大，可以減少大量程變送器所對應(yīng)小流量下該段測量精度的影響。