電磁流量計在氯堿燒堿中的選型與應用

【摘要】：電磁流量計測量管的抗腐蝕性優點決定了其在氯堿燒堿工序中被廣泛的應用，而其中流量計選型的技術要點主要集中體現在口徑的確定、測量電極的材質與襯里材質、接地環或接地電極的選擇及電解工序工藝的特殊性上。

 

一、引言

 

氯堿燒堿生產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、次氯酸鈉等；這種強腐蝕性生產工藝環境及電磁流量計抗腐蝕方面的優點， 決定了電磁流量計在氯堿燒堿工序中正被廣泛地應用。為實現流量的準確、可靠測量，節約投資成本，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過程中電磁流量計設計選型及應用方面的體會和經驗作些總結。

 

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———比例常數；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LCD 上顯示或轉換成標準信號4～20mA 和0～1kHz 輸出。

 

圖一 電磁流量計工作原理圖

 

 

 

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，這樣有助于避免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，可適當地提高流速，推薦使用的流速范圍為3.0～5.0m/s， 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DN100；當電磁流量計的口徑分別選擇DN100 和DN80 時，根據上述公式計算，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較少金屬材料， 其作用是與導線連接將測量管中產生的微弱感應電動勢傳輸到轉換器中的檢測單元。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； 并根據工況介質對金屬材料的腐蝕速率（mm/a，即每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。

材料	代號	耐腐蝕性及具體使用范圈
不銹鋼316L	V	用于工業用水、生活用水、污水等弱腐蝕性的介質及中 性溶液和碳酸、醋酸等弱酸。目前，在氯堿中主要應用 于循環水、生產水、弱酸性的廢水、小于30℃的低濃度 燒堿溶液流量的測量。
哈氏合金C	He	耐氧化性酸，如硝酸、鉻酸與硫酸的混合物，也耐氧化性 的鹽類，對海水、堿溶液、氯化物溶液有良好的耐腐蝕 性。目前，在氯堿中主要應用于40～90℃的30%～50%燒 堿溶液流量的測量。
欽	Ti	耐海水、各種氯化物和次氯酸鹽及多種氫氧化物的腐 蝕。目前，在氯堿中主要應用于鹽水、次氯酸鈉流量的 測量。
擔	Ta	除了氫氟酸、燒堿以外，幾乎能耐一切化學介質的腐蝕。 目前，在氯堿中主要應用于鹽水、次氯酸鈉、鹽酸、硫酸 流量的測量。

 

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，好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。

 

材料	主要性能	適用范圍
聚四氟乙烯	是化學性能好穩定的一種塑料，能耐沸騰的鹽酸、硫酸、 硝酸和王水，也能耐濃堿；耐磨性強、粘結性能差。	-40℃～+180℃；濃酸、堿等強腐蝕性介質液及衛生類介質。不能 用于負壓。
（PTFE 或F4）	同PTFE；耐磨性、抗負壓能力高于PTFE	＜120℃；濃酸、堿等強腐蝕性介質液，能用于較高負壓。
聚全氟乙丙烯（F46 或FEP）	其兼具PTFE 和F46 的性能優點	-40℃～+180℃；濃酸、堿等強腐蝕性介質液，能耐較高負壓。
聚全氟化烷氧基(PFA)	耐磨耗性優越，為天然橡膠的10 倍，耐腐蝕性差	＜60℃；適用于含有泥沙、石礫等固體顆粒的漿液；耐腐蝕性差，
聚氨酯橡膠(PU)	有極好的彈性，高度的扯斷力，耐磨性能好；	只能用于弱酸弱堿等液體。
氯丁橡膠(CR)	耐一般低濃度酸、堿、鹽介質的腐蝕，不耐氧化介質的腐蝕。	＜80℃；適用于水、污水、弱磨損性的泥漿礦漿。