非浸入式氣體超聲波流量計無(wú)處不在的可持續發(fā)展

可靠采集數據的防爆型檢測轉換器Fluxus G 800正在對流過(guò)的氫混合氣的體積流量進(jìn)行檢測。

    作為特種化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)，Cognis公司所使用的原料大部分來(lái)自可再生的天然原材料，不僅如此，其可持續發(fā)展在公司是無(wú)處不在。如Cognis公司在生產(chǎn)脂肪醇產(chǎn)品過(guò)程中對產(chǎn)生的氫氣混合氣產(chǎn)品的檢測，也體現了可持續發(fā)展的精神。

    與大多數其他領(lǐng)域的工業(yè)企業(yè)分支不同，化工企業(yè)與檢測技術(shù)的發(fā)展和應用有著(zhù)更加密不可分的關(guān)系。法國化學(xué)家拉瓦錫通過(guò)長(cháng)期不懈和卓有成效的研究對化工計量稱(chēng)進(jìn)行了改進(jìn)，為化工領(lǐng)域中的理論聯(lián)系實(shí)際創(chuàng )造了很好的前提。在有了計量稱(chēng)之后，幾千年來(lái)已知的和實(shí)踐中使用的材料轉換才能夠廣泛地被人們理解，才能夠系統地完成過(guò)去偶然才能碰巧做到的事情。從那時(shí)開(kāi)始，化學(xué)工業(yè)也成為了科學(xué)研究與工業(yè)化生產(chǎn)相結合的先驅者。今天，無(wú)法想象一個(gè)現代化的化工企業(yè)沒(méi)有現代化的檢測技術(shù)。而且在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，大多數化工產(chǎn)品是在連續性的生產(chǎn)過(guò)程中加工出來(lái)的，因此化工生產(chǎn)過(guò)程中所使用的原材料也應該是連續計量檢測的。流量檢測——無(wú)論是對流過(guò)介質(zhì)的質(zhì)量進(jìn)行檢測還是對體積進(jìn)行檢測，都需要計量稱(chēng)。

    在液體介質(zhì)的流量檢測中，長(cháng)期以來(lái)一直采用的超聲波檢測法制成的夾持式超聲波流量計已成為一種標準的流量檢測產(chǎn)品。在化工產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域中，尤其是在對那些有腐蝕性介質(zhì)、或者是對人身健康有害的介質(zhì)進(jìn)行計量檢測時(shí)，人們最愿意使用這種非浸入式的超聲波檢測方法。非浸入式的檢測方法是指：檢測介質(zhì)不會(huì )給檢測儀表帶來(lái)磨損，因而也不會(huì )產(chǎn)生泄露。但是這些優(yōu)點(diǎn)并不只限于對液體檢測的儀器。近幾年來(lái)，超聲波流量檢測技術(shù)也越來(lái)越多地用于氣體介質(zhì)的檢測。尤其是在天然氣的輸送、運輸和存儲過(guò)程中，非浸入式的檢測方法也有了廣泛使用。而在流程氣體的檢測中，這種非浸入式的超聲波夾持式檢測技術(shù)是非常有益的，例如這種非浸入式的超聲波流量技術(shù)在德國Cognis公司氫氣混合氣檢測中的應用。

圖1 不要對高壓感到擔憂(yōu)：夾持式超聲波傳感器總是從“安全的一側”進(jìn)行檢測。

    洗滌劑中的脂肪醇

    Cognis公司不僅有先進(jìn)的檢測技術(shù)，這家Henkel集團旗下的專(zhuān)業(yè)化工企業(yè)把自己的重點(diǎn)放在原材料的可持續利用、生產(chǎn)和技術(shù)服務(wù)上，使得生產(chǎn)中間產(chǎn)品的企業(yè)和生產(chǎn)最終產(chǎn)品的企業(yè)都能夠得到經(jīng)濟、環(huán)保且具有可持續發(fā)展的原材料。在他們提供的產(chǎn)品中，脂肪醇就是其中一種。脂肪醇是新的洗滌劑和洗手液的重要原材料。由于脂肪醇具有很好的洗滌性能和無(wú)可挑剔的生物降解性能，以脂肪醇為基本原材料的洗滌劑在市場(chǎng)上有很好的銷(xiāo)路。而生產(chǎn)脂肪醇的原料則是天然的原材料，如可可油或者棕櫚油。它們被分解成脂肪酸和甘油，脂肪酸酯化為脂肪醇，最后進(jìn)行氫化。

    在氫化過(guò)程中，氫被作為一種循環(huán)氣體來(lái)使用。它滿(mǎn)足了反應物質(zhì)的兩個(gè)功能，同時(shí)也是一種運輸載體。氫運送著(zhù)其內含的氨茴酸甲酯，經(jīng)固定床催化劑進(jìn)入井式反應器中進(jìn)行反應；并將反應獲得的脂肪醇帶出反應器。因此，這里的氫在化學(xué)計算中是過(guò)量的氫。除此以外，在這種發(fā)熱的化學(xué)反應過(guò)程中，它還帶出了需要散發(fā)的熱能。為了有目的的在流程控制中對這些循環(huán)氣體進(jìn)行調節，就需要準確地測定其體積流量。另外，這種循環(huán)氣體的流量檢測還能及時(shí)發(fā)現流程生產(chǎn)設備因壓縮機工作磨損而引起的功率損失。

圖2 “渦輪氣體流量計經(jīng)受了液體介質(zhì)的沖擊，會(huì )出現故障或損壞�！�
——Hans-Georg Linsner先生，Cognis公司MSR和自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)家

    關(guān)注流程設備的可用性

    一般情況下，渦輪氣體流量計可對高壓下流動(dòng)的氣體流量進(jìn)行檢測。Cognis公司研發(fā)生產(chǎn)的流量計也可以完成這樣的工作。在脂肪醇生產(chǎn)過(guò)程中，儀表負責人Hans-Georg Linsner先生詳細地描述了使用渦輪氣體流量計過(guò)程中出現的問(wèn)題：“由于強烈的磨損，渦輪氣體流量計的軸承必須定期更換，一旦軸承出現問(wèn)題，整個(gè)流量計都要報廢�！币虼丝梢哉f(shuō)：流程設備所使用的渦輪流量計的耐磨損性能決定了流程設備的可用性�！岸�且在更換軸承時(shí)必須關(guān)閉流程生產(chǎn)裝備�！币虼�，Cognis公司決定更換流量檢測系統。

    安裝無(wú)需中斷生產(chǎn)

非浸入式的超聲波氣體流量計在使用中不存在這些困難和問(wèn)題。因為夾持式超聲波傳感器只是簡(jiǎn)單的卡裝在管道外部，不與液體介質(zhì)接觸，沒(méi)有磨損。它可以在流程設備正常生產(chǎn)工作時(shí)進(jìn)行安裝。即使管道內部壓力很高，也不會(huì )帶來(lái)額外的工作量，因此不會(huì )增加安裝和使用的成本。同樣，它也無(wú)需如渦輪氣體流量計所需的按照壓力等級進(jìn)行的安裝和拆卸的費用，并且節省了每5年定期用水清洗的額外支出。

    Hans-Georg Linsner先生認為，一個(gè)可靠的合作伙伴就像對流程設備正常工作進(jìn)行監控的可靠的檢測儀一樣，非常重要。在Hans-Georg Linsner先生看來(lái)，Flexim公司銷(xiāo)售工程師Heinrich Brucks先生，就是這樣一個(gè)可靠的合作伙伴。在他負責的工作范圍內，尤其是在德國－荷蘭邊界的天然氣儲氣罐中，已經(jīng)安裝、使用了許多Fluxus G型夾持式氣體流量計。盡管Heinrich Brucks先生公務(wù)繁忙，但他對于非浸入式的氣體流量計始終情有獨鐘。他說(shuō)：“超聲波夾持式氣體流量檢測技術(shù)不是一個(gè)平庸的設計，而是一種現代化的具有眾多優(yōu)點(diǎn)的檢測技術(shù)�！�

圖3 “夾持式超聲波氣體流量檢測技術(shù)是一種現代化的具有眾多優(yōu)點(diǎn)的檢測技術(shù)�！�
——Heinrich Brucks先生，Flexim公司銷(xiāo)售工程師

    高要求的聲學(xué)技術(shù)

    對氣體流量超聲波流量計的要求是如何處理好聲學(xué)的技術(shù)問(wèn)題。與液體流量計相同，氣體流量計的工作原理也是根據時(shí)間差的原理進(jìn)行檢測的。安裝在管道上的超聲換能器發(fā)送和接收著(zhù)與介質(zhì)流通方向相同和相反的超聲波信號。根據檢測到的發(fā)射和接收信號的時(shí)間差和被測介質(zhì)的幾何量，可以得出流通介質(zhì)的流動(dòng)速度。與液體夾持式流量計不同的是，只有很少一部分超聲波能量能夠發(fā)射到被測氣體介質(zhì)中去。在Flexim公司的所在地柏林對超聲波氣體流量檢測技術(shù)做出很大貢獻的Bernhard Funck博士解釋道：“進(jìn)入氣體中的聲能多少由氣體的聲阻抗和管壁聲阻抗的比值所決定。當兩種介質(zhì)的聲阻抗數值越接近，從一種介質(zhì)傳送到另一種介質(zhì)中的聲能就越多。在標準大氣壓下，鋼質(zhì)管壁與管道內氣體介質(zhì)之間的聲阻抗比值約為3×104，也就是說(shuō)，發(fā)射的超聲波中只有很少的一部分聲能進(jìn)入到氣體介質(zhì)之中�！逼溆嗟某�聲波在管壁中傳播，在那里起到了干擾聲波的作用。在隔離有用信號和干擾信號的時(shí)候，數字式檢測信號轉換器發(fā)揮著(zhù)重要的作用。由于隨著(zhù)氣體壓力的增加，氣體的密度也增加，從而使得高壓氣體的聲阻抗向管道材料的聲阻抗數值方向“靠攏”，因此在高壓下耦合到的超聲波信號明顯要好。

    這種非浸入式的氣體介質(zhì)檢測方法在很高的氣體壓力時(shí)效果非常好，而在這樣高的氣體壓力條件下，其他檢測方法卻要付出更大的努力、支付更高的費用才能實(shí)現。因此，Flexim公司的研發(fā)人員對此感到非常自豪，他們在氣體介質(zhì)檢測儀器的研發(fā)中做出了貢獻，把氣體檢測技術(shù)推到了一個(gè)新的水平。通過(guò)大量的、在超聲信號的發(fā)生、發(fā)射和處理方面的創(chuàng )新和改進(jìn)，能夠把非浸入式氣體流量檢測技術(shù)的成本和費用進(jìn)一步降低。