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電磁流量計在氯堿工業中選型及應用


氯堿行業工藝介質多為酸、堿、鹽等電解質,基于電磁流量計的測量原理,決定了其在該行業的應用有很大的優勢。本文介紹的選型原則具有通用性,但力求在具體的每一項目的選型時,較側重于結合氯堿行業的特點。
1電磁流量計的測量原理及特點
1.1測量原理
電磁流量計的測量原理見圖1
電磁流量計的測量原理圖
電磁流量計的測量原理基于法拉第電磁感應定律,導電液體在磁場中作切割磁力線運動時,導體中產生感應電勢,其感應電勢(流量信號)E為:
E=KBDV(1)
式中:K—儀表常數;
B—磁感應強度;
V—流體平均流速,m/s;
D—測量管內徑,mm。

測量流量時,導電性液體以速度V流過垂直于流動方向的磁場,在測量電極上感應出一個與平均流速成正比的電壓,其感應電壓信號通過一對或一對以上與液體直接接觸的電極檢出,并經由轉換器的智能化處理,然后送LCD顯示或轉換成4~20mADC標準信號、頻率信號和Hart等協議通訊的輸出。
1.2特點
(1)流量的測量不受流體的密度、黏度、溫度、壓力和電導率變化的影響,傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關系,測量精度高。
(2)電磁流量計可在一種典型介質(一般為水)下標定或校準,而用于其他介質(液體)時無需附加修正。
(3)測量管道內無可動部件及阻流體,因此,沒有附加的壓力損失,在大口徑測量中節約泵能耗是選用它的重要原因,特別在工藝管道壓力不高或依靠水頭自流情況下采用更為有利。
2電磁流量計的選型
2.1選用條件
選用電磁流量計的前提條件是被測流體必須具備一定的導電性,電導率>5μS/cm。被測介質不應含有較多的鐵磁性介質及大量氣泡。
液體的電導率可查閱有關手冊,缺少現成數據則可取樣用電導率儀測定,但有時也有從管線上取樣去實驗室測定認為可用,而實際電磁流量計卻不能工作的情況。這是由于測電導率時的液體與管線內的液體有差別,譬如液體在運送的過程中吸收了大氣中的Cl2、CO2或NOX,生成鹽酸、碳酸或硝酸,從而導致電導率增大,這在氯堿廠尤為常見。
電導率若接近下限值有可能出現晃動現象,諸如低度蒸餾水、去離子水等。通常認為能穩定測量的電導率比下限值要高一兩個數量級。
2.2口徑的確定
口徑的確定主要是根據工藝上的體積流量,結合工藝管道的尺寸,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(通常為0.3~10.0m/s)。
具體地說,測黏度不高的潔凈介質,經濟流速是1.5~3.0m/s。測易結晶、黏度稍大或有沉積物的溶液時,應適當地提高流速,3.0~4.0m/s為宜,起到自潔,防止粘附、沉積等作用;測礦漿等磨損性流體時,應適當降低流速,以1.0~2.0m/s為宜,以降低對襯里和電極的磨損。測接近閥值的低導電率液體,應盡可能使用較低流速(略小于0.5m/s,*大不超過l.0m/s),以減輕因流速高,流動噪聲增加而出現儀表輸出晃動的現象。實際應用很少超過7m/s,超過10m/s則更不推薦采用。
口徑計算方法:對于公式(2),取π=3.14,則公式(2)演變為
qv=2.826×10-3D2V(5)
假設被測流體流速范圍為0.3~10.0m/s,則
qvmin=8.478×10-4D2(6)
qvmax=2.826×10-2D2(7)
對于通過某一口徑流量計的流體,其*小流和*大流量必須符合公式(6)、(7)的計算結果。

V1處在允許的0.3~10.0m/s流速范圍的低端,而V2處在較經濟的流速點,因此,可選用流量計的口徑為覫50mm,與工藝管道口徑相同。
有時管道內的流速偏低或從儀表價格上考慮,可選用口徑較小的流量計,這不僅可使儀表運行在較好的工作狀態下,還可以降低儀表的投資費用,此時就要在傳感器兩端加裝異徑管。
案例2某長距離輸水管線工程,輸送管道口徑為800mm,*大流量為1000m3/h,確定電磁流量計的口徑。
根據公式(8)計算出管道內液體的流速:

圓整后,可選用500mm口徑的電磁流量計,并在流量計兩端加裝異徑管。經公式(8)驗算,通過電磁流量計的流體流速為1.416m/s。
為了在加裝異徑管后不過多影響流速場的分布,不影響流量計的精度,通常要求異徑管的中心錐角不大于15°,越小越好。
有的選型資料詳細地給出了異徑管壓力損失的計算,這通常是沒有必要的。當異徑管的中心錐角不大于15°時,總的壓力損失通常為100Pa以下。
譬如此例,若選異徑管的中心錐角α=8°。經計算(詳細計算方法請查閱相關資料,或咨詢工藝專業),異徑管總的壓力損失為69.73Pa。
此例中,通過加裝異徑管,使流速提高到了較經濟的流速,有利于測量。同時,DN500電磁流量計的價格要比DN800的價格低30%左右,投資較省。而68.7Pa的壓力損失幾乎是可以忽略不計的。
異徑管的安裝見圖2。
電磁流量計小角度錐形漸縮、漸擴異徑管的安裝示意圖
2.3電極形式及材料的選擇
2.3.1電極形式的選擇
一般來說,不產生結晶、結疤、不沾污電極的潔凈介質可用標準電極,否則,用刮刀式電極來清垢。對測污泥的場合,可選用刮刀式電極或可更換式電極。
2.3.2電極材料的選擇
應根據被測介質的腐蝕性,由用戶負責選定。對一般介質,可查有關防腐蝕手冊。但因腐蝕性介質多種多樣,有些介質(譬如各種比例和種類的混酸)在現成的資料中往往找不到答案,可與制造商聯系,由用戶提供腐蝕性介質,制造商提供待試材料,在規定條件下做掛片試驗。
常用電極材料的耐腐蝕性能可參考表1。

在氯堿行業中,測循環水可選用316L電極;燒堿可選用哈氏合金C或不銹鋼電極(優先選用哈氏合金C);測鹽水及鹽酸可選用鉭電極,含游離氯的電解槽返回鹽水可選用鈦電極;三氯化鐵、碳酸鈉、次氯酸鈉溶液(鹽水工段較常見的介質)可選鈦電極。
2.4襯里材料的選擇
應根據介質的腐蝕性,磨損性及溫度來選擇。
常用襯里材料的主要性能及適用范圍見表2。

特別提出的是,特氟隆是一種氟化塑料,耐強酸、強堿的腐蝕,同時具有良好的耐高溫性,高溫下不變形,不降低絕緣阻抗。可用于測量大多數強酸、強堿、強氧化劑等強腐蝕性介質、衛生類介質。氯堿行業中測量強酸(HCl)、強堿(NaOH)及鹽(NaCl)多采用此種襯里材料。
2.5防護等級的選擇
按照國標GB4208-2008外殼防護等級(IP代碼)的要求結合儀表實際的使用條件選定適當的防護等級。若儀表在地面以下,經常受水淹的,宜選用IP68;若儀表安裝在地面以上的,可選用IP65。
氯堿工業通常選用IP65以上的防護等級。
2.6接地環的選擇
若連接儀表的管道(相對于被測介質)是絕緣性的,則要用接地環。接地環的材料可以與電極材料相同,一般可選與管道材料耐腐蝕性相同即可。若被測介質是磨損性的,則宜選用帶頸接地環,以保護進、出口端的襯里,延長使用壽命。
特別強調的是,電解槽沿著電解液的漏電流很大,這將導致管道中雜散電流很大,會引起很嚴重的干擾,直接影響到電磁流量計的正常測量。可將流量傳感器與其連接的工藝管道之間進行電氣隔離。具體安裝方法見圖3。
電磁流量計傳感器在雜散電流很強的管道上安裝示意圖
2.7殼體材料的選擇
氯堿工業由于大功率變壓器、大電流電解槽的存在,周圍磁場比較強。在選擇電磁流量計的殼體材料時,宜選用鑄鐵、鋼等有較好磁屏蔽作用的鐵磁性材料,不宜選用鋁、玻璃鋼等非鐵磁性材料。
3結語
電磁流量計的選型是儀表應用中非常重要的工作,有關資料表明,儀表在實際應用中有很大一部分故障是由儀表選型錯誤或安裝錯誤造成的,對此應引起有關企業,尤其是氯堿企業的足夠重視。
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