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高温液体流量检测系统及其在锌精馏中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:鉴于高温液体的流量难以直接检测,利用软测量技术,提出了一种间接检测流量的方法——称重法。该方法根据流体力学中孔中出流的基本原理,得出重量与流量之间的数学模型,然后通过检测到的重量计算流量。该流量检测系统已成功地应用于某冶炼厂的锌精馏过程。实际运行结果表明,该方法的精度达到1.5%,满足实际生产要求。

    关键词:高温液体 流量检测 软测量技术 孔口出流 称重传感器

在有色金属冶炼过程中,金属液体的流量是一个非常重要的工艺参数。例如在锌的精馏过程中,锌液流量的稳定与否直接影响精馏塔的寿命,而且对精锌的纯度及有价金属的回收率有着很大的影响。因此,采用合理的检测手段,精确地检测锌液流量,就成了锌冶炼厂亟待解决的问题。然而,在实际生产中,锌液的温度非常高(一般在600~650℃之间),而且具有较强的腐蚀性,因此不可能用一般的流量计检测其流量。(范文先生网www.fwsir.com收集整理)虽然现在有许多高温流量计问世,但是还没有见到能够检测600℃以上流体流量的仪表的报道。

软测量技术就是通过软件的手段,实现对那些重要而又难以直接检测的变量的在线检测。其基本原理是根据某些最优准则,选择一组在工业上容易检测而且与主导变量(Primary Variable,即待测变量)有密切关系的辅助变量(Secondary Variable),通过构造某种数字关系,用计算机软件实现对主导变量的在线估计。目前,人们对软测量技术进行了广泛的研究,并取得了很大的成果[2~4]。

本文利用软测量技术,提出一种间接检测流量的方法——称重法。它以流体力学中孔口出流基本原理为依据,分析了影响流量的主要因素——液位高度(即液体重量)对流量的影响;通过孔口出流试验,获得不同重量下的流量值,然后利用最小二乘法,建立了流量与重量之间的数学模型,最后通过称重传感器检测到的重量值计算实际的流量。

1 流量检测原理

为了检测从熔炼炉流入精馏塔的锌液流量,在熔炼炉与精馏塔之间增加了一个过渡的方形流槽。锌液从熔炼炉流入流槽,然后从其侧壁的一个圆孔流出到精馏塔中。这样,单位时间内从圆孔流出的锌液重量就是所要检测的锌液流量。锌液从流槽的圆孔中流出,从流体力学的观点来看,实际上就是孔口出流。

1.1 孔口出流基本理论

液体经过孔口出流是一个广泛应用的实际问题,其基本原理可以用图1表示[1]。

容器中的液体在重力作用下,从其侧壁的小孔流出,根据流体力学的理论,此时的体积流量可以用公式(1)表示:

高温液体流量检测系统及其在锌精馏中的应用

式中,Cd表示流量系数,A表示小孔的面积,g为重力加速度,H为液位高度。

1.2 称得法原理

由公式(1)可以看出,液体的体积流量Qv取决于流量系数Cd、孔口面积A及液位高度H。而影响Cd的主要因素是孔口雷诺数Re以及孔口形状及面积。而雷诺数Re又是由孔口形状、面积、液位高度及液体的动动粘度v共同决定的。对于圆孔,其孔口形状已经确定,因此影响Qv的主要因素就是液位高度H、孔口直径D和运行粘度v,用数学公式表示如下:

Qv=f(H,D,v)    (2)

然而,在锌的精馏过程中,锌液的表面会浮有一层氧化锌固体,其厚度不均匀,因此不便于测量流槽中锌液的液高度H。但是氧化锌的重量非常轻,对于流槽中的锌液来说,完全可以忽略,而测量流槽中锌液的重量是比较容量的。由于流槽的尺寸已知,因此其中锌液的液位高度H就与锌液(高出圆孔的那一部分)的重量和锌液密度的比值成正比。因此,(2)式可以改为:

QG=f'[G/(S·ρzn),D,v] ·ρzn    (3)

式中,QG表示锌液的重量流量,S表示流槽的底面积。

锌游人密度ρzn及运动粘度v都是由其温度决定的。在实际生产中,温度变化范围

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