塩素水素差圧式T型阿牛巴流量計の基本構造特性

要旨：水素、塩素ガス流量を測定する意義及び差圧式T型阿牛巴流量計の基本構造、性能特徴、応用状況及び注意の問題を紹介した。

1、塩素、水素流量測定の意義：
塩素水素処理工程からの塩素ガス、水素ガスは一定のモル比（塩素ガス：水素ガス＝1.00：1.05〜1.00：1.10）でそれぞれ塩素ガスバッファタンク、水素ガスバッファタンク、水素ガス消火器を経て合成炉口金に入り混合燃焼し、生成した塩素化水素ガスは炉頂部から排出され、冷却器に入る。冷却後の塩化水素ガスは塩化ビニル工程に輸送して原料とし、残りの部分は降下膜吸収塔を用いて水で塩酸を吸収して完成品タンクヤードに輸送して販売を待つ。
塩化水素合成の過程で、伝統的な制御手段は火炎の色を観察し、塩素、水素供給弁を手動で調整することである。作業者は特に火炎の色を観察し、青白い火炎が好ましい。流量に変化はないと考えられているが、塩素純度や水素純度が変化した場合があり、実際の配合比が変化した可能性がある。水素の純度が低く、酸素を含むのが高いと、炎が赤くなり、暗くなります。塩素ガスの純度が低いと炎が白くなり煙が出て、操作者の塩素水素比率の正確な判断に影響を与える。生産中、水素ガスは適切に過剰にし、塩化水素を合成する際の過塩素を防止しなければならない。過塩素現象が現れ、塩化ビニル工程で塩化アセチレンが形成されやすく、安全に重大な影響を与える。一方で、酸を生産する際に塩素を含みすぎて、水素塩素爆発性混合ガスを形成することを防止しなければならない。特に液体塩素を用いて生産された廃塩素を用いて塩酸を合成する場合、水素塩素の配合率を高め、排ガスシステムの爆発を回避しなければならない。一方、塩化ビニル工程で塩化水素ガスが塩素ガスとアセチレンと反応して塩素アセチレンを生成することを防止し、事故を回避しなければならない。朝夕の温度と四季の気候変化に加えて、流体密度の変化を引き起こし、ひいては塩素水素の配合比に影響を与えることもある。次に、プロセスが変化し、塩素水素の純度、圧力の大幅な変動も塩素水素ガスの流量に大幅に影響する。塩酸プロセスは塩素ガス、水素ガスの流量に対して正確で、信頼性があり、安定的に測定することは塩酸炉の操作の鍵であり、塩酸生産が真に自己制御を実現する鍵でもある。

2、流量測定方法：
塩素ガス、水素ガス流量の検出は、オリフィスプレート流量計、ロータ流量計、渦街流量計、質量流量計によって実現することができる。しかし、2種類のプロセス媒体の特殊性のため、実際の測定はいずれも満足していない。回転子流量計は流速が速すぎるため、塩素水素流量が高いと流量計が振動し、測定の信頼性、安定性を保証するのは難しい、渦街で水素を測定する場合、水素密度が低く、含水しているため、精度が満足できない、塩素ガスを測定する時、発生体内壁は防腐処理をしなければならない。水素ガスが水を含むため、オリフィスプレートで測定するとオリフィスプレートの前に死水が形成され、さらに流速に影響し、差圧の増大により実際の流量が大きく変動する。塩素ガスは腐食性ガスであり、オリフィスプレートは防腐処理をしなければならない。品質流量計を採用するのは価格が高いだけでなく、型を選ぶ時に干渉要素が多い。
T型阿牛巴流量計はベルヌーイエネルギー保存原理とピトー管測定原理に基づいて発展した差圧式均速管流量計である。精度が高く、安定性が良く、信頼性が高い。長年の水素測定における経験から、温度、圧力が相対的に安定している場合、水素中の析出水量はそれほど大きくないことが分かった。測定システムにブラインド管、死角、水の蓄積が存在しなければ発生しない。T型阿牛巴流量計は構造が簡単で、計器の設置位置を選択すれば、水の蓄積問題は解決できる。T型阿牛巴流量計を用いて、速度、密度、Reynolds数に一定の要求がある。使用中、ストレス損失も真剣に考えなければならない問題です。
塩素ガスを測定する時、塩素ガスの強い腐食性のため、取圧管、取圧弁、トランスミッタ内部で不純物と反応しやすく、酸性閉塞物が生成しやすく、測定が正確ではない。同時に、オリフィスプレートの材料はPVC材質で、老化しやすく、エッジに変形が発生する。F 4は硬度が低いため、全体的に変形しやすい。これらはいずれも測定に影響を与える重要な要素である。塩素ガス測定における***の重要な難点は塩素ガスの強い腐食性であり、測定システムの規範化を招きやすい。
T型阿牛巴流量計の内部構造は簡単で、塞ぎにくく、測定媒体は乾燥塩素ガスであるため、センサー材質、膜箱材質はハースト合金C-276を採用した。T型流量計は省エネ型流量計であるため、形成差圧は比較的小さく、高性能の3051 S差圧トランスミッタを選択しなければならず、EJAと通常の3051 CD差圧トランスミッタを採用することはできない。比較を経て、T型阿牛巴流量計を用いて塩素ガス、水素ガス流量を測定しなければならない。 3、T型阿牛巴流量計：
3.1、T型阿牛巴流量計の発展：
T型差圧式牛巴流量計のガス標準体積流量公式は以下の通り：Q=0.365 84×K×Y！ΔP/ρ×P/T式中：Q-ガス標準状態における体積流量、m3/h;K-流量係数、その値はセンサ構造、流体流動状態、管径などと関係があり、実験から求めた、Y−ガス膨張係数、その値はガス圧力、流速、面積比、差圧などと関係があり、実験から求めた、ΔP-差圧、k Pa;ρ−作動状態における測定流体の密度、kg/m3;P-ガス作動圧力（絶圧）、k Pa;T-動作温度、K。
***初期の阿牛巴流量計の検出ロッド断面は円形であり、円形阿牛巴流量計の流量係数K値はRe<105の時に基本的に変わらず、Reは106～108の時に、K値は増大し分散し、分散度は約±10%であった。さらに研究によると、上述の現象は流体が円管を流れる時、分離点の位置が固定されていないことによるものである。Re<105の場合、分離点と配管中心の分離角は78°、Re>105の場合、分離角は130°、Reが105〜108の間にある場合、分離角は78〜130°の間の不確定な位置にある。阿牛巴流量計の計算式における流量はK値に比例するため、K値の±10%分散度は流量測定±10%の誤差をもたらすが、阿牛巴流量計K値分散度が大きいこのReynolds数範囲に対応する流体流量は、パイプ内のほとんどのガスの正の流量値である。第2世代宝石I型（菱形断面）アルクバ流量計の突出した利点は、流体分離点の位置が菱形両側の鋭い変曲点に固定されていることで、円形アルクバ流量計のK値が不安定である問題を解決し、測定精度が向上した。流体が阿牛巴センサのエッジを流れると渦が発生し、これらの渦は阿牛巴流量センサの振動を引き起こし、脈動のノイズ信号歪みを発生し、それによって測定の安定性に影響を与える。第2世代宝石II型（改良型菱形断面）の牛巴流量計がこの問題を解決した。
改良型菱形断面の阿牛巴流量計にしても、円形阿牛巴流量計を基礎に発展した楕円形、扇形、弾丸型、翼型などの多種の均速管流量計にしても、円形阿牛巴流量計より大きく改良されているが、次のような問題点がある。
（1）K値はまだ一定ではなく、特に小流量測定時に、阿牛巴流量計の低流速、低流量時の測定精度に大きく影響した。
（2）発生する差圧信号は比較的小さく、一般的には1〜3 kPaのみである。流速の比較的低い運転状態を測定する場合、20〜50 Paしかありません。このような低い差圧では、測定の精度や安定性を保証することはできません。阿牛巴流量計の使用範囲を制限し、特にガス流量測定の応用において。
（3）各種干渉を受けやすく、差圧信号を発生する信号ノイズが比較的に低く、測定の安定性に影響を与えた。
（4）均速管流量計は流体速度採取式流量計であるため、流体力学研究の要求に従って、配管内の一定位置の流体速度をサンプリングしなければならないため、設置に対して高い要求があり、X、Y，Z三軸方向に一般的に要求される偏差は±3°以下であり、一般的な現場でこのような取り付け精度を達成するのはかなり困難である。

3.2.1、良好な本質的抗閉塞性能：
パイプの各断面における流体の速度分布には違いがある。1つの速度式流量計は流体の平均速度を得る必要があり、従来は均速管流量計はいくつかの取圧孔しか開いておらず、流体の速度サンプリング率は6.5%程度にすぎなかった。T型阿牛巴流量計の正面高圧取圧ノッチはパイプ全体にまたがり、従来の各種形状の等速管流量計の12倍以上の流体速度サンプリング面積を得て、それは流体の速度サンプリング率に対して85%に達して、したがって***の良い平均速度測定精度を得た。T型阿牛巴流量計の配管全体にわたる高圧取圧ノッチの設計により、より良好な閉塞抵抗性が得られ、一部の不純物の吸着により測定精度に従来の均速管流量計で発生した測定誤差が生じない。パイプの中で、流体は阿牛巴の正面に大きな高圧区を形成することができて、流体の中の微粒子はこの高圧区を迂回して、そしてT型阿牛巴の背後の低圧取圧口の滞留区を流れて、不純物が阿牛巴の内部に入らないようにして、良好な抗閉塞性能を得た。

3.2.2、精度が高く、安定性が良い：
K値は差圧流量計***の重要な特性化係数であり、測定流量範囲の安定化に重要であり、流量計の測定精度に直接関係する。T型阿牛巴流量計のK値は各Reynolds数の範囲内で一定に保つことができ、従来のすべての各種均速管流量計のK値が流量変化、特に小流量時に不安定である問題を徹底的に解決し、測定精度を±0に保証することができる。75%の範囲内。基本的には、さまざまな流体状況において阿牛巴流量計が得られる測定が保証されている。T型阿牛巴流量計の改良は成功したが、同時に、その繰り返し性は±0.1%と非常に優れている。

3.2.3、突出した信号対雑音比とレンジ比：
均速管流量計の使用効果の1つの重要な条件は、流体を測定する際に発生する差圧が十分に大きく、以前の均速管流量計は干渉抵抗能力が悪く、低流量の場合、出力信号の信号対雑音比が低すぎ、歪み度が大きいと同時に、以前の差圧トランスミッタは微差圧測定の精度と安定性に満足できないことである。流体の同じプロセス条件の下で、T型阿牛巴流量計による差圧信号は、従来の各種形状均速管流量計より80%以上大きい。これにより、測定精度が向上するだけでなく、10：1〜20：1のレンジ比を持つ他の低流速の場合に使用することができる。T型阿牛巴流量計が出力する差圧信号は突出した信号対雑音比を有し、差圧トランスミッタは良好な差圧信号を得ることができ、それによって流量の安定した測定を得ることができる。

3.2.4、パイプの圧損が小さい：
オリフィスプレートによる差圧自体は阿牛巴流量センサによる差圧よりも大きく、同時にその圧力損失も差圧の60%に達することは避けられないが、阿牛巴流量センサは阻流面積が倍に減少したため、その圧力損失も数十倍に減少し、差圧の3%しかない。実際の測定における水素ガスの***大差圧は144 Paであり、塩素ガスの***大差圧は1 435 Paであった。水素ガス管の圧力は110 kPa、塩素ガス管の圧力は85 kPaで、水素ガス圧は管全体の圧力の0.004%未満、塩素ガス圧は管の圧力の1%未満で、無視することができる。

3.2.5、設置が便利、メンテナンスフリー：
T型阿牛巴流量計の正面高圧取圧ノッチはパイプ全体にまたがり、流体平均の測定精度を高めると同時に、T型阿牛巴流量計の設置要求を大幅に低減した。Xで許可する、YZ三軸方向に±5°の偏差があり、±5°の偏差は人の目で明らかに判断でき、設置者はより容易に設置と調整することができる。
2004年に設置されてから現在まで、9台の塩素ガス流量計は測定流量が高いか低いかのために検査修理処理されたことがなく、本当にメンテナンスフリーを実現した。停車中に点検を外した場合、センサと3051 Sトランスミッタは無傷であった。9台の水素ガス流量計の使用は比較的に理想的であるが、水素ガス自体の固有特性、すなわち分子が小さく、密度が低いため、水素ガス流量計DPの差圧値が低すぎる、プロセス原理水素中の含水が固定されておらず、水素ガス流量計の零点がドリフトすることがあるが、処理は簡単で容易である。また、北方の冬に注目しなければならず、気温が低い水素ガス管の含水が増大し、水滴の形成が測定に影響し、次に水素分子の浸透現象、測定膜箱は金メッキを選択するのが理想的である。

4、阿牛巴流量計を使用する際に注意すべき問題：
阿牛巴流量計の機械寸法は設置する配管寸法に基づいてカスタマイズされ、その流量測定範囲もユーザーが提供する流量データに基づいて計算、標定されている。そのため、提供される流量データとパイプデータは正確に間違いなく、そうしないと大きな測定誤差になる。差圧式均速管流量計による差圧は一般的に比較的に小さく、***小は10 ~ 20 Paしかない可能性があり、均速管流量計による差圧信号の大きさは流体モードのReynolds数と密接に関連している。1 kPa未満の差圧測定、特に0.1 kPa未満の差圧については特に注目する必要がある。このような低い流速条件下でのKの変動は非常に大きく、測定精度に影響を与える。0.1 kPa未満の微小差圧測定では、差圧トランスミッタの性能が非常に高いことが要求されている。
（1）流体中に粘性の不純物が含まれている場合、均速管流量計時を使用するには慎重に考慮する必要がある。粘性不純物がセンサーに付着すると、測定精度に大きく影響し、多くの流量計器はこのような状況の応用に適していない。
（2）流体中に不純物が多く、装置が間欠的に動作し、常時停車して時間が長い場合、断流中に不純物が乾燥してセンサの表面にスケールができ、長い年月にわたって取圧口を塞ぐ可能性がある。
（3）引圧システムの漏洩。直接取り付け形式を使用していない、均速管流量計からトランスミッタの引圧管路システムへの漏洩は、阿牛巴流量計の引圧キャビティ内に流体の流れをもたらす。この流量は非常に小さく、流速は非常に遅いが、日が経つにつれて不純物が内部に入り込んで集積し、閉塞する可能性がある。

5、終わりに：
阿牛巴流量測定技術の成熟と完備に伴い、その応用の将来性は広い。T型阿牛巴流量計は高い安定性と高い測定精度を持つだけでなく、高精度の差圧トランスミッタと一体化して取り付けられ、本質的な抗閉塞特性、広いレンジ比、運行エネルギー消費が低く、特殊媒質水素、塩素ガス流量の測定における成功的な応用は、塩素アルカリ業界における塩酸生産の自己制御の実現における参考と普及に値する。