摘要：
電磁流(liú)量計
測量管(guan)的抗腐蝕性(xing)優點決定了(le)其在氯堿燒(shāo)堿工序中㊙️被(bei)廣泛的應用(yòng)，而其中流量(liàng)計選型的技(jì)術要點主要(yao)集中體現在(zai)口徑的确定(ding)、測量電極的(de)材質㊙️與襯裏(lǐ)材質、接地環(huan)或🚩接地電極(jí)的選擇及電(diàn)解工序工藝(yi)的特殊性上(shang)。
一、引言
氯堿(jiǎn)燒堿生産過(guo)程中的液體(ti)介質多爲腐(fu)蝕性較強❌電(dian)解質，如鹽水(shui)、鹽酸、燒堿、次(ci)氯酸鈉等；這(zhe)種強腐蝕性(xìng)生産工藝環(huán)境及電磁流(liu)量計抗腐蝕(shi)方面的優點(diǎn)，決定了電磁(cí)流量計在氯(lü)❤️堿燒堿工序(xu)中正被⛷️廣泛(fàn)地應用。爲實(shi)現流量的準(zhǔn)确、可靠測量(liang)，節約投資成(cheng)本，電磁㊙️流量(liàng)計的正确選(xuǎn)型顯得尤爲(wei)重要。下面，就(jiù)氯堿燒🙇🏻堿生(shēng)産過程中電(diàn)💋磁流量計設(she)計選型及應(ying)用方面的體(ti)會和經驗作(zuo)些總結。
電磁(ci)流量計的工(gong)作原理。
電磁(ci)流量計的測(ce)量原理是基(jī)于法拉第電(dian)磁感應定律(lǜ):即導體介質(zhì)在磁場介質(zhì)中切割磁力(lì)線運動時在(zai)其兩端産生(sheng)感應電動勢(shì)。如圖1所示，導(dǎo)電介質🏃🏻在垂(chuí)直于磁場💛的(de)非磁性測量(liàng)管内流⭐動，與(yu)流動方向垂(chuí)直的方向上(shang)産生與流量(liang)成比例的感(gan)應電勢🏃🏻♂️,電動(dòng)勢的方向按(an)“弗來明右手(shǒu)規則”，其感應(yīng)電勢E爲:E==KBVD式中(zhong):E-感應電動勢(shì)(與流速成正(zheng)比);K一比例常(chang)數;。B_磁場強度(dù)(線圈電感);V_測(cè)🏃♀️量管内介質(zhì)的平均流速(su);4D--電極間距(測(cè)量管的内徑(jìng))。
測量流量時(shí)，其感應電勢(shì)通過二個與(yu)介質直接接(jiē)觸的測量電(diàn)極檢測出來(lái),并通過電纜(lǎn)送至轉換器(qì)進行智能化(huà)處理,然後在(zài)+LCD.上顯示或轉(zhuǎn)換成标準信(xìn)号4~20mA和0~1kHz輸出。
表(biǎo)一氯堿燒堿(jiǎn)工序中常用(yong)電極材料介(jiè)紹
三(san)、流量計口徑(jing)的确定
電磁(ci)流量計能夠(gou)測量較寬流(liú)量(流速)範圍(wei)的流體，通常(cháng)爲流速0.3～10.0m/s；流量(liàng)計的口徑一(yī)般等于工藝(yi)管道口徑，亦(yì)可小于或大(dà)于工藝管道(dao)口徑。流量計(ji)口徑的确定(dìng)主要是根據(ju)工藝上的體(ti)👉積流量💋，結合(hé)工藝管道的(de)尺寸，兼顧測(cè)量準确性、經(jīng)濟性和耐用(yòng)性方面🐇考慮(lǜ)，選擇合适的(de)流量計🐇口徑(jìng)，使通過傳感(gan)器的流體平(píng)均流速在‼️合(hé)适的範圍内(nèi)，推薦使用的(de)流速範圍一(yī)般爲1.0～5.0m/s。在這個(ge)範圍内🌍，流量(liang)計測量精度(du)高、線性好🏃、壓(ya)損小，介質對(duì)流量計襯裏(lǐ)和電極的磨(mo)損也相對較(jiao)小些。此外，對(duì)于含💋有固體(tǐ)懸浮顆粒的(de)流體介質，推(tui)薦使用的流(liu)速範圍♋爲1.0～3.0m/s，這(zhe)樣有助于避(bì)免流速過高(gao)造成固體懸(xuán)浮顆粒對流(liú)量計襯裏和(hé)電極的過快(kuài)磨損，延長使(shǐ)用壽命，如鹽(yan)泥流量；而對(dui)于易結晶、黏(nián)度稍大或有(yǒu)沉積物的流(liu)體介質♈，可适(shi)當地提高流(liu)速，推薦使🏃♂️用(yong)的🌈流速範圍(wéi)爲流速、流量(liang)與口徑🏃♀️三者(zhe)關系如下式(shi)：V=354Q/D2
式中：V—————流速，m/s；Q—————流(liu)量，m3/h；D—————口徑，mm。
例如(ru)，在燒堿電解(jiě)工序中，進電(diàn)解槽的鹽水(shuǐ)流量計量程(cheng)爲♍0~50m3/h,工藝管道(dao)口徑爲DN100;當電(dian)磁流量計的(de)口徑分别選(xuan)🐕擇DN100和DN80時，根據(ju)上述公式計(ji)算,鹽水的流(liú)速分别爲1.77m/s和(he)2.76m/s;計算結果均(jun1)在推薦使用(yong)的流速範圍(wéi)，但從經濟性(xing)方面考慮，選(xuan)擇DN80口徑的流(liú)量計要比選(xuan)擇DN100口徑的流(liu)量計可節約(yue)1/4~1/5的投資成本(ben)，此時，應該選(xuǎn)用DN80口徑的流(liu)量計。小
.四、流(liu)量計測量電(diàn)極、襯裏材料(liào)的選型及應(yīng)用。
1、測量電極(ji)材料的選型(xing)及應用s
電磁(ci)流量計的測(cè)量電極是與(yu)工藝;)質直接(jie)接觸的唯一(yī)金屬材料，其(qi)作用是與導(dao)線連接将測(ce)量管中産生(shēng)的微弱感應(yīng)電動勢傳輸(shu)到轉換器中(zhōng)的檢測單元(yuan)。由于電磁流(liú)量計的電極(jí)部分處于工(gong)作磁場☁️中，爲(wèi)防止磁力線(xian)在電極上集(ji)中，電極材料(liào)必須使🚩用非(fei)導磁的金屬(shǔ)材料;并🛀根據(jù)工況介質對(duì)金屬材料的(de)腐蝕速率🔞(mm/a,即(jí)每年被腐蝕(shí)掉的金屬厚(hòu)度)來确定不(bu)同的😄工況介(jiè)質選擇不同(tóng)的金屬材料(liao)。下面通⭐過圖(tu)表一的方式(shi)介💚紹在氯堿(jian)燒堿工⭐序中(zhōng)常用的幾種(zhǒng)電極材料及(ji)其使用範圍(wei)。
表二：常見襯(chen)裏材料的主(zhǔ)要性能及适(shì)用範圍
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材料(liào)
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主要性能
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适(shì)用範圍
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聚四(si)氟乙烯
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是化(huà)學性能最穩(wěn)定的一種塑(su)料，能耐沸騰(teng)的鹽酸、硫⭕酸(suan)♉、硝酸和王水(shui)，也能耐濃堿(jian)；耐磨性強、粘(zhan)結性能差。
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-40℃～+180℃；濃(nóng)酸、堿等強腐(fǔ)蝕性介質液(ye)及衛生類介(jiè)質。不能用于(yú)負壓。
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（PTFE或F4）
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同PTFE；耐(nài)磨性、抗負壓(yā)能力高于PTFE
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＜120℃；濃(nóng)酸、堿等強腐(fǔ)蝕性介質液(ye)，能用于較高(gāo)負壓。
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聚全氟(fú)乙丙烯（F46或FEP）
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其(qí)兼具PTFE和F46的性(xing)能優點
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-40℃～+180℃；濃酸(suan)、堿等強腐蝕(shi)性介質液，能(néng)耐較高負壓(ya)。
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聚全氟化烷(wán)氧基(PFA)
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耐磨耗(hao)性優越，爲天(tian)然橡膠的10倍(bei)，耐腐蝕性差(cha)
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＜60℃；适用于含有(yǒu)泥沙、石礫等(děng)固體顆粒的(de)漿液；耐腐蝕(shi)性差，
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聚氨酯(zhǐ)橡膠(PU)
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有極好(hao)的彈性，高度(dù)的扯斷力，耐(nai)磨性能好；耐(nai)一般🏃♂️低濃
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隻(zhi)能用于弱酸(suan)弱堿等液體(tǐ)。
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氯丁橡膠(CR)
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度(du)酸、堿、鹽介質(zhì)的腐蝕，不耐(nai)氧化介質的(de)腐蝕。
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＜80℃；适用于(yu)水、污水、弱磨(mó)損性的泥漿(jiang)礦漿。
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2、測量管(guǎn)襯裏材料的(de)選型及應用(yòng)。
電磁流量計(ji)正常工作的(de)基本條件之(zhī)一，是測量管(guan)内壁⁉️除電極(ji)👈處外，其它地(di)方的法向電(diàn)流爲零。爲滿(mǎn)足這一條件(jiàn)，最簡單的方(fāng)法是将導電(diàn)的金屬測量(liàng)管内壁和法(fǎ)蘭端面襯❤️以(yi)絕緣襯裏。通(tong)俗地講,用絕(jue)♊緣襯裏的✉️目(mù)的是防🛀🏻止感(gan)應信🌈号電壓(yā)被金屬管短(duan)路，可見絕緣(yuan)襯裏在電磁(cí)流量計應用(yòng)中的作用十(shi)分重要。由于(yú)被測導電介(jiè)質的流體種(zhǒng)類繁多😍，它們(men)的物理化學(xue)特性也不盡(jin)相同，不可能(neng)用一種絕緣(yuán)材料的襯裏(lǐ)來滿足所有(yǒu)應用電磁流(liu)♌量🧑🏾🤝🧑🏼計的測量(liang)流體介質的(de)物理化學特(tè)性要求;因此(cǐ)，在襯裏材料(liao)的選型.上，應(yīng)重點考慮測(cè)量介質對襯(chèn)裏的耐溫度(dù)⭕、熱沖擊、高壓(ya)、負壓、磨損、腐(fǔ)蝕、粘結、附着(zhe)等方面的要(yao)💋求。下💯面通過(guò)圖表二的方(fāng)式介紹常見(jiàn)的電磁流量(liang)㊙️計測量管㊙️襯(chen)裏材料的主(zhu)要性能特點(diǎn)及适用範圍(wei)。
五、氯堿燒堿(jiǎn)工序中接地(di)環和接地電(dian)極的選型及(ji)應用。
1、接地環(huán)和接地電極(ji)的作用。
電磁(ci)流量計在工(gong)作過程中檢(jian)測到的流量(liang)信号電✨勢極(ji)小，通🏃♀️常隻有(yǒu)幾個毫伏的(de)電勢信号:而(er)導電流體在(zai)👅任何🏒管道(絕(jué)緣或非🍓絕緣(yuan))中流動時也(yě)會産生電勢(shi)，這個電勢不(bu)是流量信号(hào)本身，它是“幹(gàn)擾信号”;尤其(qi)是在導電性(xìng)能優良的流(liú)體中，如鹽水(shui)、酸堿溶液等(děng)，其流動過程(chéng).中産生的幹(gan)擾信号🐕大小(xiao)甚至會超過(guo)流量信号本(běn)身。這個“幹擾(rǎo)🎯信号在流經(jing)電磁流量計(ji)測量管時會(hui)蠱加在流量(liàng)信号電勢上(shàng)，從而造成轉(zhuǎn)換器測量到(dao)的流量信号(hào)失真。由于電(dian)磁流量計轉(zhuan)換器的輸入(ru)放大器通常(cháng)爲差動輸入(ru)設計，那麽，其(qi)中一個“等電(dian)位的公共參(cān)考地”是必需(xu)的，這個“公共(gòng)參考地”是測(ce)量的基礎。對(dui)于電磁流量(liàng)計的測✔️量原(yuan)理來說，接地(di)環與接❄️地電(dian)極是流量計(jì)接地的兩種(zhong)形式👅，其作用(yòng)是一樣的，即(jí)通過接👈地環(huan)或接地電極(ji)與測量介質(zhì)直接接觸、經(jing)表殼與轉換(huàn)器的輸💯入放(fàng)大器的“工作(zuò)地✔️"相連，使得(dé)放大器的“工(gong)作地”與信号(hao)源的“地♌”連接(jiē)在一起，共同(tóng)形成一個等(děng)電位的公共(gong)參考地”;以此(ci)消除“幹😄擾信(xin)🈲号”對流量測(cè)量的影響，确(què)保測量結果(guo)的準确性。。
2、接(jiē)地環和接地(dì)電極的選型(xing)與應用。
2.1材料(liào)的選型+
接地(dì)環或接地電(dian)極的材料選(xuan)擇，原則上應(ying)選擇與🌈測量(liàng)✂️電極🤩相同材(cái)料。在選擇接(jiē)地環形式接(jiē)地時，從節約(yue)投資🥵成本❗考(kǎo)慮，接地環的(de)材料亦可選(xuǎn)擇價格相對(duì)較低、耐腐蝕(shí)性稍弱的材(cái)料;如在測量(liàng)鹽水流量中(zhōng)，電磁流量計(jì)測量電極的(de)材料應選擇(ze)钽材Ta,但♊接地(dì)環可以選擇(ze)價格相對便(bian)宜的钛材Ti。需(xū)要特别說明(ming)的是,在選擇(zé)不可維修更(geng)換的接地電(diàn)極形式接地(di)時，降低接地(di)♉電極材料的(de)耐腐蝕性會(hui)降低流量計(jì)測量管的整(zheng)體使用壽命(ming)。。
2.2接地形式的(de)選型及應用(yòng)。
作爲電磁流(liú)量計接地的(de)兩種不同形(xing)式，接地環和(he)🌈接❓地電極🐉都(dou)可以實現等(děng)電位的“公共(gòng)參考地”、消除(chú)幹擾的目的(de)，但兩種接地(dì)形式在使用(yong)過程中又有(you)其各自的優(yōu)缺點。選用接(jie)地環形式可(kě)以保護襯裏(lǐ)的翻邊不受(shou)損傷，但比較(jiào)耗材，尤其是(shi)在測量鹽水(shuǐ)、鹽酸、高溫燒(shāo)堿等強腐蝕(shí)性介質時，對(duì)材質的要求(qiu)🌈很高，多爲-些(xie)如Ta、Ti、Hc-276等貴金屬(shǔ)，使用接地環(huan)形式接地"會(huì)大大增加投(tóu)資成本。
生産(chan)實踐中，在介(jiè)質輸送管道(dao)爲導電的金(jīn)屬管道、且流(liu)量計襯裏不(bú)需要特别保(bǎo)護的情況，可(kě)在靠近✂️電磁(ci)流量計本體(ti)兩側的💜金屬(shǔ)管道或與管(guǎn)道焊接的配(pèi)對法蘭上焊(han)接“接地支耳(ěr)💚”，以此實👅現可(ke)靠接地。相反(fǎn)，選用🎯接地電(diàn)極形式比較(jiào)省材，投資成(chéng)本相對👈較低(di)，尤其是在氯(lü)堿燒堿工序(xu)中，多數💜強腐(fu)蝕性介質的(de)輸送管道爲(wei)非導電性的(de)襯塑管或絕(jue)緣‼️塑料管，不(bu)可能💞通過焊(hàn)接“接地支耳(er)"的方式實現(xian)可靠接地，而(ér)隻能選擇接(jiē)地⭐環或接地(di)電極的形式(shì)接地，在此情(qíng)形下，一般應(yīng)選用😍接地電(dian)極的形式接(jie)地;但由于接(jiē)地電極一般(bān)都安裝固定(dìng)在電磁流量(liàng)計測量管的(de)最低點，在輸(shū)送管道容易(yi)結垢的工況(kuang)條件下☀️，接地(di)電極會因結(jié)垢被覆蓋而(ér)失去“接地”的(de)作用，特💜别是(shi)流量👈計水平(ping)安裝時，選用(yong)接地電極應(yīng)予以慎重考(kao)慮。鑒于電解(jie)鹽水工藝的(de)特殊性，二次(ci)鹽水精🌈制中(zhong)的電磁流量(liàng)計，特别是最(zui)靠近電🐇解槽(cáo)的電磁流量(liàng)計,如進電解(jiě)槽的鹽水、燒(shāo)堿和鹽酸流(liu)量計，不🌈得選(xuan)用接地電極(ji)形式接地。這(zhe)是因爲，電解(jiě)槽中的電解(jie)質通常有3000~14700A的(de)直流電流，通(tong)過導電的液(yè)體介質容易(yì)發生💚漏電現(xian)象，“漏電”到😍達(da)流量計測量(liang)管時🧑🏽🤝🧑🏻，會⁉️流經(jing)接地電極對(duì)地⛱️放電,使得(de)金屬制作的(de)接地電極發(fā)生電化學反(fǎn)應，從而電化(huà)學腐蝕接地(dì)電極，造成接(jie)地電極損壞(huài)，緻使電磁流(liu)量計無法正(zhèng)常工作。。
六、結(jie)論。
綜上所述(shu)，盡管氯堿燒(shao)堿生産過程(cheng)中的工況條(tiao)件較爲複雜(za)，給電磁流量(liang)計的選型和(he)應用帶來了(le)諸🌏多困難;盡(jin)管如此，由于(yu)在🏃♂️儀表選型(xing)時很好地了(le)解了工況條(tiáo)件并結合了(le)現場的實際(jì)情況，以及在(zai)運行期間的(de)精心操作與(yu)維護，目前，燒(shao)堿工💛序中在(zai)線使用的近(jìn)50台電磁流量(liang)計運行狀況(kuàng)良❌好，損壞率(lü)不超過1台/年(nian)，确保了燒堿(jian)生産安💯全穩(wen)定運行;并持(chí)續改進，盡量(liang)降低投🧡資成(cheng)本。
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