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質量流量計在羰基鎳氣體測量中的應用
1.前言
吉林吉恩鎳業公司第三精煉廠采用常壓法生產炭基鎳粉是國際上SHOU家技術,在反應過程中會生成族基鎳與一氧化碳混合氣體,根據市場上不同產品類型的需求,需要我們對此混合氣體的濃度進行控制,而在國際上還沒有開發出對羰基鎳氣體進行測試的流量計。針對這一情況,吉林吉恩鎳業股份有限公司第三精煉廠現有一條羰基鎳生產線,生產原料為氧化鎳,終端產品為羰基錁粉和羰化渣。參與反應的氣體為氫氣、一氧化碳,過程中生成的氣體為羰基鎳氣體。
 
2.羰基鎳生產工藝流程
生產工藝流程如圖1所示。
3.DS600S質量流量計的選型依據
第三精煉廠采用的常壓法生產羰基鎳粉在國際上是SHOU家技術,在反應器內羰化后生成羰基鎳與氧化碳混合氣體,對于不同品級、指標的錁粉,羰基鎳氣體在混合氣體中所占的比例均不相同,這就要求嚴格控制混合氣體的濃度及流量,才能在分解器中分解出不同品級的鎳粉。但由于在國內外還沒有專門用來測量羰基鎳氣體流量的流量計,混合氣體的成份配比也極難控制。因此在多方技術調研和反復技術論證后,決定選用質量流量計來進行測量。
但由于羰基鎳氣體在高于50℃的條件下就分解,所以熱式質量流量計的測量原理就不適用于測量羰基鎳氣體流量,因此選用了科氏質量流量計
工藝設計流量計參數為:管徑:8inch,壓力6inH2O,體積流量1500Nm3/hr,質量流量為2933kg/h,溫度50℃。科氏流量計的壓損比較大,如果選用流量在1500Nm3/hr條件下的壓降為2.861inH2O,為了滿足壓降和管徑等多方面的要求,ZUI終選用了DS600S傳感器。
 
4.科氏質量流量計工作原理
科氏質量流量計通常由3部分組成:傳感器、變送器以及顯示器。有的也根據客戶需要只提供傳感器和變送器兩部分。
傳感器的敏感元件是測量管。測量管的形狀各不相同,有的用U形管,有的用直形管,還有用Ω形和S形管。形狀的不同有時只是為了不侵犯專利而做的設計,對測量方面沒有什么區別。
各種傳感器的工作原理是一樣的:通過激勵線圈使測量管產生振動,流動的流體在振動管內產生科氏力,由于測量管進出側所受的科氏力方向相反,所以測量管會產生扭曲,再通過電磁檢測器或光電檢測器,將測量管的扭曲轉變成電信號,進入變送器作進一步的處理。
變送器把來自傳感器的低電平信號或二進制信號進行變換、放大,輸出與流量成正比的4~20mA標準信號。
在對羰基鎳氣體的測量中我們選用的DS600S流量計是Rosemount公司的產品,采用U形管形式,其傳感器結構圖如圖2所示。

5.DS600S質量流量計在測量中出現的問題及優化
DS600S流量計在投運之初,根據產出的鎳粉量反推羰基鎳與一氧化碳氣體的流量,出現較大的偏差,使工藝系統指標控制出現較大的波動,極不利于生產。現將出現的各種情況的分析及優化方案進行一一列舉。
5.1羰基鎳氣體循環風機的影響
在質量流量計的使用注意事項中提出:質量流量計工作時要利用激勵磁場,因此它不能安裝在大型變壓器、電動機、泵等產生較大磁場的設備附近,至少要和它們保持0.6~1.0m以上的距離,以免受到干擾。
根據質量流量計的安裝要求,在距離風機出口1.5m處進行了DS600S的安裝,由于傳感器的體積比較大,重量較重,因此在4樓鋼構平臺上做了基礎進行支撐。但在測量中發現,流量計測量值不穩定,出現漂移,出現精度偏差。后對安裝過程重新調整,將流量計安裝位置再上一平臺,距循環風機出口4.5m處,流量計測量值穩定,且測量精度符合要求。
5.2粉塵對于質量流量計的影響
由于羰基鎳粉生產工藝的特殊性,羰基鎳氣體在溫度高于50℃時進行分析,生成鎳粉和一氧化碳氣體,而低于46℃則出現液化現象,滯留在管道中,方面影響產品質量和回收率,另一方面隨著羰基鎳混合物氣體排出會造成爆鳴和人身中毒,所以對于羰基鎳管道采取了管道保溫措施。由于采用了管道保溫,有時就出現微量的羰基鎳氣體在管道中分解成鎳粉,另外羰基鎳循環風機在循環過程中也會從反應器中帶出微量的粉塵,當兩種粉塵混合在起達到一定量的時候,在DS600S傳感器U形管中會有一部分的粉塵無法隨著氣流帶出,當慢慢堆積形成一定量時,測量值出現誤差。
基于這種情況,在循環風機出口至流量計入口處加布袋過濾器,將粉塵做回收,保證流經流量計的氣體潔凈。這樣流量計的清理工作由原來的1個月可以延至現在的5個月。在這里特別強調了質量流量計的清理時間是因為羰基鎳生產工藝流程的特殊性,羰基鎳氣體為劇毒性氣體,且羰基鎳氣體比空氣重6~8倍,特別容易在角落沉積,所以在羰基鎳工藝管道分布時盡量不允許加旁路管道。這樣當清理質量流量計時,*羰基鎳生產系統需要全線停車,第二質量流量計要用氮氣置換合格后才允許操作。所以要盡量減少粉塵在流量計內的堆積量。在傳感器內壁稍有粉塵附著時,流量計可正常工作,但當內壁附著粉塵達傳感器U型管內部附著灰塵量時,傳感器出現測量誤差。
5.3振動對質量流量計的影響
根據市場需求,需要生產不同類型的鎳粉,隨著工藝參數的調整,有時需要高松比的鎳粉。這樣在從分解器內將鎳粉放入中間貯罐進行鈍化時,因鎳粉的流動性較差,會出現物料滯留現象。針對這種情況在中間貯罐上安裝了振打器。這時發現每次開振打器時流量計測量值會出現一個較大幅度的波動,待振動停止后,流量計測量值恢復正常。所以說振動對流量計有較大影響。但由于高松比的鎳粉的原因,須使用振打器才能放料,這個問題目前還沒有較好地解決辦法,需要我們進一步探討。
5.4高濃度氣體對質量流量計的影響
在生產過程中不可避免地出現過突然斷電事故,這樣就造成了羰基鎳循環風機突然停止,無法帶動氣體流動。這樣羰基鎳氣體急劇富集在質量流量計內,流量值在一瞬間升到8000kg/h左右(正常氣體流量為1000kg/h)。待循環風機重新運行后約30min,工藝流程壓力、溫度值等恢復調整正常,這時發現流量計數值會緩慢下降,但這時流量計測量值就開始出現誤差,即使剛剛清理過傳感器也需要重新再清理才能使用。這種情況發生后會看到U形管內壁出現條狀的微量錁粉附著,是由于高濃度的羰基鎳氣體在流量計內急劇分解造成的,不規則的鎳粉在流量計內壁附著,在傳感器U形管振動時,扭曲力不同,產生了測量誤差。
 
6.結束語
以上列舉了DS600S質量流量計對特殊的羰基鎳氣體測量中出現的各類問題,從中我們可以得出,在合理有效地避免振動、粉塵等方面對質量流量計的影響,DS600S質量流量計可以應用在羰基鎳氣體測量系統中,對常壓法生產羰基鎳粉有深遠的指導意義。
 

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