摘(zhai)要：
電磁流量計
測(cè)量管的抗腐蝕性(xing)優點決定了其在(zài)氯堿燒堿工序🏃🏻中(zhong)被廣泛的應用，而(ér)其中流量計選型(xíng)的技術要點主要(yào)集🏃🏻中體現在口徑(jìng)的确定、測量電極(jí)的材質與襯裏材(cái)質、接地環或接地(dì)電極的選🙇🏻擇及電(dian)解工序工藝的特(tè)殊性上。
一、引言
氯(lü)堿燒堿生産過程(chéng)中的液體介質多(duo)爲腐蝕性較強電(dian)解質，如鹽水、鹽酸(suān)、燒堿、次氯酸鈉等(děng)；這種強腐⭕蝕性生(shēng)産工藝環境及電(diàn)磁流量計抗腐蝕(shi)方面的優點，決定(dìng)了電磁流量📞計在(zài)氯堿燒堿✨工序中(zhong)正被廣泛地應用(yong)。爲實現流量的準(zhǔn)⁉️确、可靠測量，節約(yue)投👣資成本，電磁流(liu)量計的正确選型(xing)顯得🚶尤爲重要。下(xia)面，就氯堿燒堿生(shēng)産過程中電磁流(liú)量計設計🧡選型及(jí)應用方面的體會(huì)和經驗作些總結(jié)。
電磁流量計的工(gong)作原理。
電磁流量(liang)計的測量原理是(shì)基于法拉第電磁(ci)感應定👉律㊙️:即🔆導體(ti)🌏介質在磁場介質(zhi)中切割磁力線運(yun)動👅時在🏒其兩端産(chan)生感✂️應電動勢。如(ru)圖1所示，導電介質(zhi)在垂直于磁場的(de)非磁性測量管内(nèi)流動，與流動方向(xiàng)垂直的方向上産(chǎn)生與流量成比例(li)的感應電勢,電動(dòng)勢的方🙇♀️向按“弗來(lai)明右手規則”，其💯感(gǎn)應電勢E爲:E==KBVD式中:E-感(gan)應電動🐇勢(與流速(sù)成正比);K一比例常(cháng)數😍;。B_磁場強度(線圈(quan)電感);V_測量管内介(jie)質的平均流速;4D--電(dian)極間距(測量管的(de)内徑)。
測量流量時(shí)，其感應電勢通過(guo)二個與介質直接(jie)接🔞觸的測量電⛱️極(jí)檢測出來,并通過(guò)電纜送至轉換器(qi)進行智能化處🈲理(lǐ),然後在+LCD.上顯示或(huò)轉換成标準信号(hào)4~20mA和0~1kHz輸出。
表(biao)一氯堿燒堿工序(xu)中常用電極材料(liao)介紹
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材料
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代号
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耐(nài)腐蝕性及具體使(shǐ)用範圍
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不鏽鋼316L
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V
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用(yòng)于工業用水、生活(huo)用水、污水等弱腐(fu)蝕性的介質及👌中(zhōng)性溶液和碳酸、醋(cu)酸等弱酸。目前，在(zai)氯堿中主要應用(yòng)于循環水、生産水(shui)、弱酸性的廢水、小(xiao)于30℃的低濃度燒堿(jiǎn)溶液🥵流量的測量(liang)。
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哈氏合金C
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Hc
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耐氧化(huà)性酸，如硝酸、鉻酸(suan)與硫酸的混合物(wù)，也耐氧化性的⭐鹽(yan)類，對海水、堿溶液(ye)、氯化物溶液有良(liang)好的耐腐👌蝕性。目(mù)前，在氯堿中♌主要(yào)應用于40～90℃的30%～50%燒堿溶(róng)液🈲流量的測量。
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钛(tài)
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Ti
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耐海水、各種氯化(hua)物和次氯酸鹽及(jí)多種氫氧化物的(de)腐☔蝕👨❤️👨。目前，在氯堿(jiǎn)中主要應用于鹽(yán)水、次氯酸鈉流量(liang)的測⛱️量。
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钽
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Ta
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除了氫(qīng)氟酸、燒堿以外，幾(jǐ)乎能耐一切化學(xué)介質的腐蝕。目前(qián)㊙️，在氯堿中主要應(yīng)用于鹽水、次氯酸(suān)鈉、鹽酸、硫酸流量(liang)的測量。
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三、流量計(ji)口徑的确定
電磁(cí)流量計能夠測量(liang)較寬流量(流速)範(fàn)圍的流體，通常爲(wei)♻️流速0.3～10.0m/s；流量計的口(kou)徑一般等于工藝(yi)管道口徑，亦可小(xiǎo)于或🔴大于工藝管(guan)道口徑。流量計口(kou)徑的确定主要是(shi)根🤩據工藝上的體(ti)積流量🔞，結合工藝(yi)管👉道的尺寸，兼顧(gu)測量準确性、經濟(ji)性和耐用性方面(miàn)考慮，選擇合适的(de)流量計口徑，使通(tōng)過傳感器的流體(tǐ)平均流速在合适(shì)的範圍内，推薦使(shi)用的流速範圍一(yi)般爲1.0～5.0m/s。在這個範圍(wei)内，流量計測量精(jing)度高、線性好、壓損(sǔn)小，介質對流量計(jì)襯裏和電極的磨(mo)損也相對較小些(xie)。此外，對于含有固(gu)體懸浮顆粒的流(liu)🧑🏽🤝🧑🏻體介質，推薦使用(yòng)的流速範圍爲1.0～3.0m/s，這(zhe)樣有助于避免流(liú)速♍過高造成固體(tǐ)懸浮顆粒對🏃♂️流量(liang)計襯裏和電極的(de)🌈過快磨損，延長使(shǐ)用壽命，如鹽泥流(liú)量；而對于易結晶(jīng)、黏度稍大或有沉(chen)積物的流體介質(zhì)，可适當地提高流(liú)速，推薦使用的流(liu)速範圍爲流速、流(liu)量與口徑🍉三者關(guan)系如下式：V=354Q/D2
式中：V—————流(liu)速，m/s；Q—————流量，m3/h；D—————口徑，mm。
例如(rú)，在燒堿電解工序(xù)中，進電解槽的鹽(yan)水流量計量程爲(wei)0~50m3/h,工🐉藝管道口徑爲(wei)DN100;當電磁流量計的(de)口徑分别選擇DN100和(he)DN80時，根據上述公式(shi)計算,鹽水的流速(su)分别💋爲1.77m/s和2.76m/s;計算結(jié)果均在推薦使用(yòng)的流速範圍，但從(cong)經🥵濟性方面🧑🏾🤝🧑🏼考慮(lü)，選擇DN80口徑的流量(liàng)計要比選擇DN100口徑(jìng)的流量計可節約(yuē)1/4~1/5的投資成本，此時(shí)，應該選用DN80口徑的(de)流量計。小
.四、流量(liang)計測量電極、襯裏(lǐ)材料的選型及應(ying)用。
1、測量電極材料(liào)的選型及應用s
電(dian)磁流量計的測量(liàng)電極是與工藝;)質(zhi)直接接觸的唯一(yi)金屬材☀️料，其作用(yòng)是與導線連接将(jiāng)測量管中産生的(de)微弱感應電動勢(shi)傳輸到轉換器中(zhong)的檢測單元。由于(yu)電磁流量計的電(diàn)極部分處于工作(zuò)磁場中，爲防止🐆磁(cí)力線在電極上集(ji)中，電極材料必須(xu)使用非導磁的👨❤️👨金(jin)屬材料;并✉️根據工(gōng)況介質對金屬材(cai)料的腐蝕速率(mm/a,即(jí)每年被腐蝕掉的(de)金屬厚度)來确定(ding)不同的工況介質(zhi)選擇不同的金✔️屬(shǔ)材料。下面通過⛱️圖(tu)表一的方式介紹(shao)在氯堿燒堿工❗序(xù)中常用的🏃♂️幾種電(diàn)極⭕材料及其使🔞用(yòng)範圍🏒。
表二：常見襯(chèn)裏材料的主要性(xìng)能及适用範圍
2、測量管(guǎn)襯裏材料的選型(xíng)及應用。
電磁流量(liang)計正常工作的基(jī)本條件之一，是測(cè)量管✌️内壁除電極(jí)處外，其它地方的(de)法向電流爲零。爲(wei)滿足這☔一條件，最(zui)簡單的方法是将(jiāng)導電的金屬測量(liang)管内壁🌂和法蘭端(duān)面襯以絕緣襯裏(li)。通俗地講,用絕緣(yuan)襯裏的目的是防(fang)止感應信号電壓(yā)被金屬管短✂️路，可(ke)見絕緣襯裏在電(dian)磁流量計應用🌐中(zhong)的作用十分重要(yào)。由于被測導電介(jie)質的流體種類繁(fan)多，它們的物理化(huà)學特性㊙️也不盡相(xiàng)同，不可✏️能用一種(zhong)絕緣材料的襯裏(li)來滿足所有應用(yong)電磁流量計的測(ce)量流體介質的物(wu)理化學特性要求(qiú);因此，在襯裏材料(liao)的選型.上，應重點(diǎn)考慮測量介質對(duì)襯裏的耐溫度☔、熱(re)沖擊、高壓🤟、負壓、磨(mo)損、腐蝕⭐、粘結、附着(zhe)等方面的要🐆求。下(xia)面通過圖表二的(de)方式介紹常見的(de)電磁流量計測量(liàng)管襯裏材料的主(zhǔ)要性能🈲特點及适(shi)用範圍。
五、氯堿燒(shao)堿工序中接地環(huán)和接地電極的選(xuǎn)型及應🏒用🚶。
1、接地環(huan)和接地電極的作(zuo)用。
電磁流量計在(zài)工作過程中檢測(cè)到的流量信号電(diàn)勢❗極小，通常隻有(yǒu)幾個毫伏的電勢(shì)信号:而導電流體(ti)在任何🧑🏽🤝🧑🏻管道(絕緣(yuán)或非絕緣)中流動(dong)時也會産生🤩電勢(shì)，這個電勢不是流(liú)量信号本身，它是(shi)“幹擾信号”;尤其是(shì)在導電性能優良(liáng)的流體中，如鹽🔱水(shuǐ)、酸堿溶液等，其流(liú)動過程.中産生💛的(de)幹擾信号大小甚(shèn)至會🔅超過流量信(xin)号本身。這個“幹擾(rǎo)信号在流經電磁(ci)流量計測量管時(shí)會蠱加在🈲流量信(xìn)号電勢上，從而造(zào)成轉換器測量到(dào)的流量信号失真(zhēn)。由🈲于電磁流量計(jì)轉換器的輸入放(fàng)大器通常爲差動(dòng)輸入設🌍計，那麽，其(qí)中一個“等電位的(de)公共參考地”是必(bi)🍓需的，這個“公共參(can)考地”是測量的基(jī)礎。對于電磁流量(liang)計的測量原💞理來(lai)說，接地環與接地(di)電極是流量計接(jiē)地的兩種形式，其(qí)作用是一樣的，即(jí)通過接📐地環或接(jiē)地電極與測量介(jiè)質直接接觸、經表(biǎo)殼與轉換器的輸(shū)入放大器的“工作(zuò)地"相連，使得放大(da)器的“工作地”與信(xìn)号源的“地”連接在(zai)一起，共同形成一(yī)個等電位的公共(gòng)參考地”;以此消除(chu)“幹擾信号”對流量(liàng)測量的影響，确保(bǎo)測量結果的準确(què)性。。
2、接地環和接地(dì)電極的選型與應(yīng)用。
2.1材料的選型+
接(jiē)地環或接地電極(jí)的材料選擇，原則(ze)上應選擇與測量(liang)電極相同材料。在(zài)選擇接地環形式(shì)接地時，從節約投(tou)資🚩成本考慮，接地(di)環的材料亦可選(xuǎn)擇價格相對較低(dī)、耐腐蝕性稍弱的(de)材料;如在測量鹽(yan)水流量中，電磁流(liu)量計測量電極的(de)材料應選擇钽材(cái)Ta,但♻️接地環可以選(xuan)擇價格相對便宜(yi)的钛🛀🏻材Ti。需要特别(bié)說明的是,在⭕選擇(zé)不可維修更換的(de)接地電極形式接(jiē)地時，降低接地電(dian)極材🌈料的耐腐蝕(shi)性會降低流📧量計(jì)測量管的整體🧑🏽🤝🧑🏻使(shǐ)用壽命。。
2.2接地形式(shi)的選型及應用。
作(zuo)爲電磁流量計接(jiē)地的兩種不同形(xíng)式，接地環和接地(dì)電極都可以實現(xian)等電位的“公共參(cān)考地”、消除幹擾的(de)目的，但🤞兩種🥵接地(di)✔️形式在使用過程(chéng)中又有🈲其各自的(de)優缺🌈點。選用接地(dì)環形式可🚶以保護(hu)襯裏的翻邊不⚽受(shòu)損傷，但比較耗材(cái)，尤其是在💘測量鹽(yán)水😍、鹽酸、高溫燒🧑🏽🤝🧑🏻堿(jian)等強腐蝕性介質(zhì)時，對材質的要求(qiu)很高，多爲-些如Ta、Ti、Hc-276等(deng)貴金屬，使用接地(di)環形式接地"會大(da)大增加投資成本(běn)。
生産實踐中，在介(jiè)質輸送管道爲導(dǎo)電的金屬管道、且(qie)流量🔴計襯㊙️裏不需(xū)要特别保護的情(qing)況，可在靠近電磁(ci)流量計本體兩側(ce)的金屬管道或與(yǔ)管道焊接的配對(duì)法蘭上焊接“接地(di)支耳”，以此實現可(kě)靠接地。相反，選用(yong)接地電極形式比(bǐ)較省材，投資成本(ben)相對較低，尤其是(shì)在氯堿燒堿工序(xù)中，多數🌈強腐蝕性(xìng)介🈲質的輸送管道(dao)🌈爲非導電性的❄️襯(chen)塑管或絕緣㊙️塑料(liào)管，不可能通過焊(hàn)接“接地🈚支耳"的方(fāng)式實現可靠接地(di)👨❤️👨，而隻能選擇接地(di)環或接地電極的(de)形式接地，在此情(qing)形下♋，一般應選用(yong)接地電極的形式(shì)接地;但由🌈于接地(dì)電極一般都安裝(zhuang)固定在電磁流量(liang)計測量管的最低(di)點，在輸送管道容(róng)易結垢的工況條(tiao)件下，接地電極會(huì)因結垢被覆㊙️蓋而(er)失去“接地”的作用(yòng)，特别是流量計水(shui)平安裝時，選用接(jie)地電極⭕應予以慎(shen)重考慮。鑒于電✂️解(jie)鹽✂️水工藝的特殊(shu)性，二次鹽水精制(zhì)中的電磁流量計(jì)，特别是最靠近電(dian)🔴解槽的電磁流量(liàng)計,如進電解槽的(de)鹽⭕水、燒堿和鹽酸(suān)流量計，不得選用(yong)接地電極形式接(jie)地。這是因爲，電解(jiě)槽中的電解質通(tong)常有3000~14700A的直流電流(liu)，通過導電的液體(tǐ)介質容易發生漏(lou)電現象，“漏電”到達(da)流量計測量管時(shi)，會流經接地電極(ji)對地放電,使得金(jin)屬制作的接地電(diàn)極發生電化學反(fan)應，從而電化學腐(fu)蝕接地電極，造成(cheng)接地電極損壞，緻(zhi)使電磁流量計無(wu)法正常工作。。
六、結(jié)論。
綜上所述，盡管(guan)氯堿燒堿生産過(guo)程中的工況條件(jiàn)較爲複雜，給電磁(cí)流量計的選型和(he)應用帶來了諸多(duō)困✉️難;盡管如此，由(yóu)于在✂️儀表選型時(shi)很好地了解了工(gōng)況條件并🧑🏾🤝🧑🏼結合了(le)💚現場的實際情況(kuàng)，以及在運行期間(jiān)的精心操作與維(wei)護，目前，燒堿工序(xù)中在線使用的近(jin)50台電磁流量計運(yùn)行狀況良好，損壞(huài)率不🐪超過1台/年，确(que)保了燒堿生産安(an)全穩定運行;并🏃持(chi)續改進，盡量降低(di)投資成本🌍。
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