電磁流量計(jì)在氯堿工業(yè)中的選型及應(yīng)用
電磁流量計(jì)在氯堿工業(yè)中的選型及應(yīng)用
摘要：介紹了電磁流量計(jì)的測量原理及在工程設(shè)計(jì)中的選型原則及方法。簡要介紹了其在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：電磁流量計(jì)；選型；應(yīng)用
氯堿行業(yè)工藝介質(zhì)多為酸、堿、鹽等電解質(zhì)，基于電磁流量計(jì)的測量原理， 決定了其在該行業(yè)的應(yīng)用有很大的優(yōu)勢(shì)。本文介紹的選型原則具有通用性，但力求在具體的每一項(xiàng)目的選型時(shí)， 較側(cè)重于結(jié)合氯堿行業(yè)的特點(diǎn)。
1 電磁流量計(jì)的測量原理及特點(diǎn)
1.1 測量原理
電磁流量計(jì)的測量原理見圖1。電磁流量計(jì)的測量原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電液體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),其感應(yīng)電勢(shì)（流量信號(hào)）E 為：E=KBDV （1）式中：K—儀表常數(shù)；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度；V—流體平均流速，m/s；D—測量管內(nèi)徑，mm。qv= πD24 ·V （2）式中：qv為流體的體積流量，m3/h。由（1）、（2）得：qv= πD4KB ·E （3）或者qv=kE （4）式中：k= πD4KB ，為儀表系數(shù)，該系數(shù)通常由濕式校準(zhǔn)得到。測量流量時(shí)，導(dǎo)電性液體以速度V 流過垂直于流動(dòng)方向的磁場， 在測量電極上感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓, 其感應(yīng)電壓信號(hào)通過一對(duì)或一對(duì)以上與液體直接接觸的電極檢出, 并經(jīng)由轉(zhuǎn)換器的智能化處理,然后送LCD 顯示或轉(zhuǎn)換成4～20 mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)、頻率信號(hào)和Hart 等協(xié)議通訊的輸出。
1．2 特點(diǎn)
（1）流量的測量不受流體的密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響， 傳感器感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線性關(guān)系，測量精度高。
（2）電磁流量計(jì)可在一種典型介質(zhì)（一般為水）下標(biāo)定或校準(zhǔn)，而用于其他介質(zhì)（液體）時(shí)無需附加修正。
（3）測量管道內(nèi)無可動(dòng)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(jié)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(jì)的選型
2.1 選用條件
選用智能電磁流量計(jì)的前提條件是被測流體必須具備一定的導(dǎo)電性, 電導(dǎo)率>5 μS/cm。被測介質(zhì)不應(yīng)含有較多的鐵磁性介質(zhì)及大量氣泡。液體的電導(dǎo)率可查閱有關(guān)手冊(cè)， 缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)則可取樣用電導(dǎo)率儀測定， 但有時(shí)也有從管線上取樣去實(shí)驗(yàn)室測定認(rèn)為可用， 而實(shí)際電磁流量計(jì)卻不能工作的情況。這是由于測電導(dǎo)率時(shí)的液體與管線內(nèi)的液體有差別， 譬如液體在運(yùn)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(dǎo)致電導(dǎo)率增大，這在氯堿廠尤為常見。電導(dǎo)率若接近下限值有可能出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象，諸如低度蒸餾水、去離子水等。通常認(rèn)為能穩(wěn)定測量的電導(dǎo)率比下限值要高一兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
2.2 口徑的確定
口徑的確定主要是根據(jù)工藝上的體積流量，結(jié)合工藝管道的尺寸，選擇合適的流量計(jì)口徑，使通過傳感器的流體平均流速在合適的范圍內(nèi)（通常為0.3~10.0 m/s）。具體地說，測黏度不高的潔凈介質(zhì)，經(jīng)濟(jì)流速是1.5~3.0 m/s。測易結(jié)晶、黏度稍大或有沉積物的溶液時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣吡魉伲?.0~4.0 m/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(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低流速，以1.0~2.0 m/s 為宜，以降低對(duì)襯里和電極的磨損。測接近閥值的低導(dǎo)電率液體，應(yīng)盡可能使用較低流速(略小于0．5 m/s，不超過l.0 m/s)，以減輕因流速高， 流動(dòng)噪聲增加而出現(xiàn)儀表輸出晃動(dòng)的現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用很少超過7 m/s，超過10 m/s 則更不推薦采用?？趶接?jì)算方法：對(duì)于公式（2），取π=3.14，則公式（2）演變?yōu)閝v=2.826×10-3D2V （5）假設(shè)被測流體流速范圍為0.3~10.0 m/s，則qvmin=8.478×10-4D2 （6）qvmax=2.826×10-2D2 （7）對(duì)于通過某一口徑流量計(jì)的流體，其最小流量和流量必須符合公式（6）、（7）的計(jì)算結(jié)果。根據(jù)（5），有：V=3.54×102× qvD2 （8）D=18.81× qvV （9）案例1 某氯堿廠期工程成品堿的流量為10 m3/h， 輸送管道口徑為50 mm， 第二期工程建成后，成品堿產(chǎn)能達(dá)到30 m3/h，試確定電磁流量計(jì)的口徑。根據(jù)公式（8）， 對(duì)應(yīng)于覫50 mm， 體積流量為10 m3/h的流速V1=3.54×102× qvD2 =1.416（m/s），同樣，計(jì)算出對(duì)應(yīng)于覫50 mm,體積流量為30 m3/h 的流速V2為4.248 m/s。V1處在允許的0.3~10.0 m/s 流速范圍的低端，而V2處在較經(jīng)濟(jì)的流速點(diǎn)，因此，可選用流量計(jì)的口徑為覫50 mm，與工藝管道口徑相同。有時(shí)管道內(nèi)的流速偏低或從儀表價(jià)格上考慮，可選用口徑較小的流量計(jì)， 這不僅可使儀表運(yùn)行在較好的工作狀態(tài)下，還可以降低儀表的投資費(fèi)用，此時(shí)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，輸送管道口徑為覫800 mm，流量為1 000 m3/h，確定智能電磁流量計(jì)的口徑。根據(jù)公式（8）計(jì)算出管道內(nèi)液體的流速：V=3.54×102× qvD2 =1.553（m/s）流速相對(duì)偏低， 若希望將流過流量計(jì)的液體局部流速提高到1.5 m/s 左右，根據(jù)公式（9）D=18.8118.81× qvV =18.81× 1 0001.5 =486（mm）圓整后， 可選用覫500 mm 口徑的電磁流量計(jì)，并在流量計(jì)兩端加裝異徑管。經(jīng)公式（8）驗(yàn)算，通過智能電磁流量計(jì)的流體流速為1.416 m/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(jì)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(xì)地給出了異徑管壓力損失的計(jì)算，這通常是沒有必要的。當(dāng)異徑管的中心錐角不大于15°時(shí)，總的壓力損失通常為100 Pa 以下。譬如此例，若選異徑管的中心錐角α=8°。經(jīng)計(jì)算（詳細(xì)計(jì)算方法請(qǐng)查閱相關(guān)資料， 或咨詢工藝專業(yè)），異徑管總的壓力損失為69.73 Pa。此例中，通過加裝異徑管，使流速提高到了較經(jīng)濟(jì)的流速，有利于測量。同時(shí)，DN500 電磁流量計(jì)的價(jià)格要比DN800 的價(jià)格低30％左右，投資較省。而68.7 Pa 的壓力損失幾乎是可以忽略不計(jì)的。異徑管的安裝見圖2。
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(chǎn)生結(jié)晶、結(jié)疤、不沾污電極的潔凈介質(zhì)可用標(biāo)準(zhǔn)電極，否則，用刮刀式電極來清垢。對(duì)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(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的腐蝕性，由用戶負(fù)責(zé)選定。對(duì)一般介質(zhì)，可查有關(guān)防腐蝕手冊(cè)。但因腐蝕性介質(zhì)多種多樣，有些介質(zhì)（譬如各種比例和種類的混酸）在現(xiàn)成的資料中往往找不到答案，可與制造商聯(lián)系，由用戶提供腐蝕性介質(zhì)，制造商提供待試材料，在規(guī)定條件下做掛片試驗(yàn)。常用電極材料的耐腐蝕性能可參考表1。在氯堿行業(yè)中，測循環(huán)水可選用316L 電極；燒堿可選用哈氏合金C 或不銹鋼電極（優(yōu)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、*、次氯酸鈉溶液（鹽水工段較常見的介質(zhì)）可選鈦電極。
2.4 襯里材料的選擇
應(yīng)根據(jù)介質(zhì)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(qiáng)酸、強(qiáng)堿的腐蝕，同時(shí)具有良好的耐高溫性，高溫下不變形，不降低絕緣阻抗?？捎糜跍y量大多數(shù)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、衛(wèi)生類介質(zhì)。氯堿行業(yè)中測量強(qiáng)酸（HCl）、強(qiáng)堿（NaOH）及鹽（NaCl）多采用此種襯里材料。
2.5 防護(hù)等級(jí)的選擇
按照國標(biāo)GB4208-2008 外殼防護(hù)等級(jí)(IP 代碼)的要求結(jié)合儀表實(shí)際的使用條件選定適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)等級(jí)。若儀表在地面以下， 經(jīng)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(yè)通常選用IP65 以上的防護(hù)等級(jí)。
2.6 接地環(huán)的選擇
若連接儀表的管道(相對(duì)于被測介質(zhì)) 是絕緣性的，則要用接地環(huán)。接地環(huán)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(zhì)是磨損性的，則宜選用帶頸接地環(huán)，以保護(hù)進(jìn)、出口端的襯里，延長使用壽命。特別強(qiáng)調(diào)的是， 電解槽沿著電解液的漏電流很大，這將導(dǎo)致管道中雜散電流很大，會(huì)引起很嚴(yán)重的干擾，直接影響到電磁流量計(jì)的正常測量。可將流量傳感器與其連接的工藝管道之間進(jìn)行電氣隔離。具體安裝方法見圖3。
2．7 殼體材料的選擇
氯堿工業(yè)由于大功率變壓器、大電流電解槽的存在，周圍磁場比較強(qiáng)。在選擇智能電磁流量計(jì)的殼體材料時(shí)，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(jié)語
儀表的選型是儀表應(yīng)用中非常重要的工作,有關(guān)資料表明, 儀表在實(shí)際應(yīng)用中有很大一部分故障是由儀表選型錯(cuò)誤或安裝錯(cuò)誤造成的， 對(duì)此應(yīng)引起有關(guān)企業(yè)，尤其是氯堿企業(yè)的足夠重視。--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：
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