液堿流量計
氯堿燒堿氫氧化鈉生產(chǎn)過程中的液體介質多為腐蝕性較強電解質如鹽水、鹽酸、燒堿、液堿、氫氧化鈉、次氰酸鈉等，這種強腐蝕性生產(chǎn)工藝環(huán)境及電磁流量計抗腐蝕方面的優(yōu)點，決定了電磁流量計在氯堿燒堿工序中正被廣泛地應用、可靠測量。
電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律，在電磁流量計中，測量管內的導電介質相當于法 拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場，當有導電介質流過時，則會產(chǎn)生感應電壓，管道內部的兩個電極測量產(chǎn)生的感應電壓，測量管道通過不導電的內襯（橡膠，特氟隆等）實現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。
應用行業(yè)：
適用于測量封閉管道中導電液體和漿液的體積流量，如潔凈水、污水、各種酸堿鹽溶液，泥漿、礦漿、紙漿以及食品方面的液體等，廣泛應用于冶金、造紙、水處理、化工、輕工、紡織、電力和采礦等行業(yè)。
主要由磁路系統(tǒng)、測量導管、電極、外殼、襯里和轉換器等部分組成。
測量導管：
其作用是讓被測導電性液體通過。為了使磁力線通過測量導管時磁通量被分流或短路，測量導管必須采用不導磁、低導電率、低導熱率和具有一定機械強度的材料制成，可選用不導磁的不銹鋼、玻璃鋼、高強度塑料、鋁等。
主要特點：
· 測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響
· 抗干擾力強，幾乎不受外界干擾
· 儀表內部無任何阻流部件，無壓損，屬于節(jié)能型儀表
· 直管段要求低，可在線標定
· 具有自檢和自診斷功能，方便檢修
· 在現(xiàn)場可根據(jù)用戶實際需要在線修改量程
儀表型號 | HLLDG型（執(zhí)行標準：JB/T9248-1999） |
精度等級 | 0.5級 |
介質電導率 | ＞5μs/cm |
可測*低流速 | 0.1米/秒 |
可測*高流速 | 15米/秒 |
量程比 | 1:20，可按客戶要求訂制 |
顯示器 | 標配 |
信號輸出 | 脈沖/4-20mA（負載電阻0-750Ω） |
供電電源 | 220VAC,允差15%或+24VDC，紋波≤5% |
通訊接口 | 可選RS485 |
通訊協(xié)議 | MODBUS、HART、Profibus等 |
測量管體（襯里）材質 | 氯丁橡膠、聚氨酯、PTFE、PFA、F46等耐腐材料 |
測量元件（電極）材質 | 316L不銹鋼、鈦合金、哈氏合金、鉭合金、鉑銥合金、碳化鎢等 |
防爆等級 | Exd[ia]qIICT5 |
防護等級 | IP65，可選IP68 |
整機功耗 | ＜15W |
儀表通經(jīng) | DN10-DN2000 |
安裝方式 | 法蘭安裝，可選法蘭夾持、螺紋連接 |
公稱壓力 | 1.6MPa或訂制 |
介質溫度 | ＜180℃ |
環(huán)境溫度 | -30℃-60°C |
氯堿燒堿生產(chǎn)過程中的液體介質多為腐蝕性較強電解質如鹽水、鹽酸、燒堿、次氰酸鈉等;這種強腐蝕性生產(chǎn)工藝環(huán)境及電磁流量計抗腐蝕方面的優(yōu)點,決定了電磁流量計在氯堿燒堿工序中正被廣泛地應用。為實現(xiàn)流量的準確、可靠測量,節(jié)約投資成本,電磁流量計的正確選型顯得尤為重要。下面,作者就氯堿燒堿生產(chǎn)過程中電磁流量計設計選型及應用方面的體會和經(jīng)驗作些總結。
二、電磁流量計的工作原理
電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應定律:即導體介質在磁場介質中切割磁力線運動時在其兩端產(chǎn)生感應電動勢。如圖1所示,導電介質在垂直于磁場的非磁性測量管內流動,與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應電勢,電動勢的方向按“弗來明右手規(guī)則”,其感應電勢E為:E=KBVD
式中:E——感應電動勢(與流速成正比);K—一比例常數(shù)B——磁場強度(線圈電感);V——測量管內介質的平均流速D—電極間距(測量管的內徑)
測量流量時,其感應電勢通過二個與介質直接接觸的測量電極檢測出來,并通過電纜送至轉換器進行智能化處理,然后在ICD上顯示或轉換成標準信號4-20mA和0~1kHz輸出。
三、流量計口徑的確定電磁流量計能夠測量較寬流量(流速)范圍的流體,通常為流速0.3~10.0m/s;流量計的口徑一般等于工藝管道口徑,亦可小于或大于工藝管道口徑。流量計口徑的確定主要是根據(jù)工藝上的體積流量,結合工藝管道的尺寸,兼顧測量準確性、經(jīng)濟性和耐用性方面考慮,選擇合適的流量計口徑,使通過傳感器的流體平均流速在合適的范圍內,推薦使用的流速范圍一般為1.0~5.0m/s。在這個范圍內,流量計測量精度高、線性好、壓損小,介質對流量計襯里和電極的磨損也相對較小些。此外,對于含有固體懸浮顆粒的流體介質,推薦使用的流速范圍為1.0~3.0m/s,這樣有助于避兔流速過高造成固體懸浮顆粒對流量計襯里和電極的過快磨損,延長使用壽命,如鹽泥流量;而對于易結晶、黏度稍大或有沉積物的流體介質,可適當?shù)靥岣吡魉?推薦使用的流速范圍為3.0~50ms,這樣有助于測量電極的自清潔、防止電極粘附,如50%燒堿流量。
流速、流量與口徑三者關系如下式:V=354Q/D2
式中:V流速,m/s;Q流量,m3/h;D口徑mm
例如,在燒堿電解工序中,進電解槽的鹽水流量計量程為0-50m3/h,工藝管道口徑為DNI00;當電磁流量計的口徑分別選擇DN100和DN80時,根據(jù)上述公式計算,鹽水的流速分別為1.77m/s和2.76m/s;計算結果均在推薦使用的流速范圍,但從經(jīng)濟性方面考慮,選擇DN80口徑的流量計要比選擇DN100口徑的流量計可節(jié)約1/4~1/5的投資成本,此時,應該選用DN80口徑的流量計。
四、流量計測量電極、襯里材料的選型及應用
1.測量電極材料的選型及應用
電磁流量計的測量電極是與工藝介質直接接觸的金屬材料,其作用是與導線連接將測量管中產(chǎn)生的微弱感應電動勢傳輸?shù)睫D換器中的檢測單元。由于電磁流量計的電極部分處于工作磁場中,為防止磁力線在電極上集中,電極材料必須使用非導磁的金屬材料;并根據(jù)工況介質對金屬材料的腐蝕速率(mm）a,即毎年被腐蝕掉的金屬厚度)來確定不同的工況介質選擇不同的金屬材料。下面通過圖表一的方式介紹在氯堿燒堿工序中常用的幾種電極材料及其使用范圍。
2.測量管襯里材料的選型及應用
電磁流量計正常工作的基本條件之一,是測量管內壁除電極處外,其它地方的法向電流為零。為滿足這一條件,*簡單的方法是將導電的金屬測量管內壁和法蘭端面襯以絕緣襯里。通俗地講,用絕緣襯里的目的是防止感應信號電壓被金屬管短路,可見絕緣襯里在電磁流量計應用中的作用十分重要。由于被測導電介質的流體種類繁多,它們的物理化學特性也不盡相同,不可能用一種絕緣材料的襯里來滿足所有應用電磁流量計的測量流體介質的物理化學特性要求;因此,在襯里材料的選型上,應重點考慮測量介質對襯里的耐溫度、熱沖擊、高壓、負壓、磨損腐蝕、粘結、附著等方面的要求。下面通過圖表二的方式介紹常見的電磁流量計測量管襯里材料的主要性能特點及適用范圍。
五、氯堿燒堿工序中接地環(huán)和接地電極的選型及應用、接地環(huán)和接地電極的作用電磁流量計在工作過程中檢測到的流量信號電勢極小,通常只有幾個毫伏的電勢信號;而導電流體在任何管道(絕緣或非絕緣)中流動時也會產(chǎn)生電勢,這個電勢不是流量信號本身,它是“干擾信號”;尤其是在導電性能優(yōu)良的流體中,如鹽水、酸堿溶液等,其流動過程中產(chǎn)生的干擾信號大小甚至會超過流量信號本身。這個“干擾信號”在流經(jīng)電磁流量計測量管時會疊加在流量信號電勢上,從而造成轉換器測量到的流量信號失真。由于電磁流量計轉換器的輸入放大器通常為差動輸入設計,那么,其中一個“等電位的公共參考地”是必需的,這個“公共參考地”是測量的基礎。對于電磁流量計的測量原理來說,接地環(huán)與接地電極是流量計接地的兩種形式,其作用是一樣的,即通過接地環(huán)接地電極與測量介質直接接觸、經(jīng)表殼與轉換器的輸入放大器的“工作地”相連,使得放大器的“工作地”與信號源的“地”連接在一起,共同形成一個等電位的“公共參考地”;以此消除“干擾信號”對流量測量的影響,確保測量結果的準確性。
2.接地環(huán)和接地電極的選型與應用
2.1材料的選型
接地環(huán)或接地電極的材料選擇,原則上應選擇與測量電極相同材料。在選擇接地環(huán)形式接地時,從節(jié)約投資成本考慮,接地環(huán)的材料亦可選擇價格相對較低、耐腐蝕性稍弱的材料;如在測量鹽水流量中,電磁流量計測量電極的材料應選擇鉭材Ta,但接地環(huán)可以選擇價格相對便宜的鈦材Ti。需要特別說明的是,在選擇不可維修更換的接地電極形式接地時,降低接地電極材料的耐腐蝕性會降低流量計測量管的整體使用壽命。
2.2接地形式的選型及應用
作為電磁流量計接地的兩種不同形式,接地環(huán)和接地電極都可以實現(xiàn)等電位的“公共參考地”、消除干擾的目的,但兩種接地形式在使用過程中又有其各自的優(yōu)缺點。選用接地環(huán)形式可以保護襯里的翻邊不受損傷,但比較耗材,尤其是在測量鹽水鹽酸、高溫燒堿等強腐蝕性介質時,對材質的要求很高,多為些如Ta、Ti、Hc-276等貴金屬,使用接地環(huán)形式“接地”會大大增加投資成本。生產(chǎn)實踐中,在介質輸送管道為導電的金屬管道
且流量計襯里不需要特別保護的情況,可在靠近電磁流量計本體兩側的金屬管道或與管道焊接的配對法蘭上焊接“接地支耳”,以此實現(xiàn)可靠接地。相反,選用接地電極形式比較省材投資成本相對較低,尤其是在氯堿燒堿工序中,多數(shù)強腐蝕性介質的輸送管道為非導電性的襯塑管或絕緣塑料管,不可能通過焊接“接地支耳”的方式實現(xiàn)可靠接地,而只能選擇接地環(huán)或接地電極的形式接地,在此情形下,一般應選用接地電極的形式接地;但由于接地電極一般都安裝固定在電磁流量計測量管的*低點,在輸送管道容易結垢的工況條件下,接地電極會因結垢被覆蓋而失去“接地”的作用,特別是流量計水平安裝時,選用接地電極應予以慎重考慮。鑒于電解鹽水工藝的特殊性,二次鹽水精制中的電磁流量計,特別是*靠近電解槽的電磁流暈計,如進電解槽的鹽水、燒堿和鹽酸流量計,不得選用接地電極形式接地。這是因為,電解槽中的電解質通常有3000~14700A的直流電流,通過導電的液體介質容易發(fā)生漏電現(xiàn)象,“漏電”到達流量計測量管時,會流經(jīng)接地電極對地放電,使得金屬制作的接地電極發(fā)生電化學反應,從而電化學腐蝕接地電極,造成接地電極損壞,致使電磁流量計無法正常工作。
六、結論
綜上所述,盡管氯堿燒堿生產(chǎn)過程中的工況條件較為復雜,給電磁流量計的選型和應用帶來了諸多困難;盡管如此,由于我們在儀表選型時很好地了解了工況條件并結合了現(xiàn)場的實際情況,以及在運行期間的精心操作與維護,目前,燒堿工序中在線使用的近50臺電磁流量計運行狀況良好,損壞率不超過1臺/年,確保了燒堿生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行;并持續(xù)改進,盡量降低投資成本。
