管道水流量計在濕法煉鋅過程中的選型安裝和維護
點擊次數：2972 發布時間：2021-09-04 01:52:27
濕法煉鋅過程中以浸出與凈化過程的工藝*復雜，它給自動與測量控制所帶來的問題也較多，如介質成分復雜、有結晶和結垢物，由于有色冶煉過程環境惡劣(多塵、酸霧、高溫)，被測介質又大多存在強腐蝕、易結晶、臟污，非均質流動等特點給流量測量帶來了不少困難。因此，對含有固體顆粒的礦漿流量、鋅粉的加入量及溶液的流量準確的在線檢測是鋅生產過程提高產品質量和產量必不可少的手段。
一、凈化工藝對過程流量檢測與控制的要求
凈化過程是鋅濕法冶煉過程中的重要過程。在浸出過程中，大部分雜質因中和水解作用而從溶液中除去，但仍存在少量cu、ca、co、㈨、As等雜質，這些雜質對鋅電積有很大危害，如降低電流效率、增加電能消耗、影響陰極鋅質量和腐蝕陰極等。正是因為這樣，經過浸出過程后，中性浸出的上清液還需要經過凈化處理后，才能進入電積過程。
1. 影響凈化質量的主要因素
在凈化過程中，影響凈化質量的因素有很多，但以下兩個方面的因素是進行監測控制設計時必須考慮的：
(1) 鋅粉的加入量。鋅粉是主要的除雜添加劑.其加入量一般采用除cu和cd理論值的3～4倍，若鋅粉用量過少會影響除Cu和Cd的質量.因此.合適的鋅粉加入量是保證凈化質量和盡量降低消耗的前提
(2) 溶液的流量。為使鋅粉與上清液充分混合，保證鋅粉的置換反應能完全進行，節約鋅粉用量，必須保持合適的化學反應時間。
若化學反應時間過短，則置換反應不完全，需要耗費大量的鋅粉，而且難以保證凈化質量，若化學反應時問過長，則影響產量，同時也容易產生復溶鎘。通過調節溶液的流量，可以適當地調節化學反應時間，所以溶液的合適流量是一個重要因素。
2. 對過程流量檢測的要求
在凈化過程中，要求控制的主要物理量是除雜添加劑鋅粉的加入量，由于鋅粉的加入量與上清液中各種雜質的含量、反應的溫度和溶液的流量等各種因素有關，具有很多不確定因素，而且難以用解析的數學關系式來完全正確地描述這些關系，這給凈化過程的優化控制帶來了困難。根據凈化工藝流程的特點，對凈化過程流量檢測與控制提出了下述兩個方面的要求。
(1) 鋅粉加入量控制。在保證凈化后溶液中的各種成分符合要求的前提下，使鋅粉的加入量*小，這也是專家控制系統要完成的主要目標。
(2) 流量調節。根據產量的要求以及化學反應所需要的時間等因素，合理地保持溶液的流量在一個*優的給定值上，從而保證凈化過程的工作充分穩定以及物料平衡關系。
解決凈化過程中各種參數的實時在線檢測，例如上清液流量、新液流量的檢測等，由于溶液呈酸性，含有易結晶物質介質，用常規的檢測方法還難以實現。通過實踐，選用50P型管道水流量計檢測溶液流量，由于其沒有運動部件，加之合理選擇內襯材料和電極材質，可以有效地抗酸和抗結晶，其量程可根據工藝情況通過調整內部組態來進行改變。
二、管道水流量計的應用須注意選型設計、安裝維護等關鍵問題
1. 選型設計
公司以前采用50Hz工頻激磁方式的管道水流量計時，零點穩定性及抗干擾能力差，特別是對含有固體顆粒流體測量更不穩定，常有莫名其妙的跳變輸出。使用十年多來，我們發現管道水流量計不但在制造工藝上確保產品經久耐用，而且在設計原理上也有其獨到的優勢：
(1) 管道水流量計采用的直流低頻矩形波勵磁方式(如圖)，工作頻率大約在20Hz左右。采用交變的直流勵磁方式，具有很好的零點穩定性，良好的抗干擾和處理噪聲的能力和低功耗。在此基礎上，還有其**的勵磁電壓處理模式，進一步提高了測量的性能。通常的勵磁過程是電源接通以后，產生一個穩定的交變電壓，然后在一個周期內，線圈電流逐漸升高，由于存在電渦流的影響，磁場的建立時間會在電渦流衰減以后，因此使得真正測量的時間變得很短。而采用的是過電壓的方式，在一個很短的時間(tR)內，施加了一個3倍于正常值的電壓后，再恢復到正常的供電電壓，使得線圈電流和磁場能在*短的時間內建立起來，比普通的勵磁方式縮短了5倍的時間，從而增加了測量的時間，保證了更加準確和穩定的測量。
低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式，目前已在管道水流量計上廣泛的應用。概括一下，它具有如下優點：能避免交流磁場的正交電磁干擾消除由分布電容引起的工頻干擾：抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流排除直流勵磁的極化現象。
直流低頻矩形波勵磁方式能滿足工業對管道水流量計85％以上的應用。對于泥漿和其他非均勻流體，用高功率直流磁場配以增加的測量頻率來解決。工作頻率提升至50Hz左右，感應電壓的振幅相當高，再配以DSP(數字信號處理)放大器足以克服過程噪聲。
用于脈動流和快速灌裝工藝的管道水流量計，其勵磁線圈產生低功率但高頻(85Hz)的信號，優異的信號處理能濾去雜亂的噪聲。
(2) *小流量信號的獲得
管道水流量計的技術參數表明能夠測量的*小流量(速)是0.01m/s，也就是說管道水流量計能在如此小的流量下仍能得到流量信號。根據法拉*定律，流體流過后會產生一定的感應電動勢，而這個電動勢，即流量信號的強弱和整個流量計電路放大器的處理能力和抗干擾能力有很大的關系，管道水流量計能夠產生300V/(m/S)信號強度，即濾波和放大電路能夠檢測到*低3IJV的信號，因此可以測量*低0.01m/s的流量信號。
(3) 管道水流量計由各種內襯和電極組成的十多種傳感器來滿足不同工況和測量介質的需要。如用PTFE/硬橡膠內襯配以子彈頭電極(特制的尖而直流低頻矩形液勖磁殼式圖光滑頭日pA日Bt；減少頻繁的清洗周期從而減少維修成本)用于含脂肪的廢水一防止脂肪覆蓋電極：用聚氨酯或天然膠內襯配以碳化鎢涂層電極具有很高的耐磨性，可用于濃縮礦漿(細漿體，顆粒尺寸小于0.5mm)的測量：用天然膠內襯配以刷子電極可用于碾磨過程的原漿體，隧道挖掘機，采砂船開采應用(巖石漿料，顆粒尺寸大于0.5mm)。
(4) 高級診斷功能。*一級：對流量計本身運行情況的實時監控，如電極結垢、腐蝕及損壞的判斷：磁場線圈的監測，能判斷工作環境的好壞及是否過載。*二級：由于有歷史數據的存儲和對于趨勢的判斷，能判斷在線得到的數據是否合理，從而使得維修工程師根據儀表的實際使用情況來做出是否需要或何時進行適當的維修的判斷。*三級：用FieldTool這個軟件包就能在計算機上知曉以上所有高級診斷功能得出的結論，并做必要的修正而無需下現場進行維護，FieIdTool另外一個非常重要的功能就是可以設置某些報警信息利用”中國移動或聯通”的短信息服務平臺傳送到手機上。
(5) 其他的技術優勢，如E+H公司的管道水流量計都是四電極的，比一般公司多出了兩個電極：接地電極使測量更穩定，空管檢測電極可**檢測所測流體是否滿管：電極清洗功能減少現場維護成本：全中文操作菜單使調試更容易等。
2. 安裝問題
安裝場所要求振動小，避免附近有電動機、變壓器等強電源引起的電磁干擾。流量計可垂直、水平或傾斜安裝，但必須保證兩電極的中心軸線處于水平狀態，運行時管內充滿流體。測量混合相流體時，不會引起相分離：流體中氣泡要少(有少量氣泡或泡狀流時，測得的是含有氣泡體積的氣液固混合流的體積流量)，但氣體含量不能增加到形成彈(塊)狀流。對磨損大的礦漿，應垂直安裝，使流體自下而上以保證磨損均勻、固體顆粒不會沉積。
為獲得正常測量準確度，流量計前也需有一定長度(至少5D)的直管段：對中小型管道，為及時清除結垢、結晶等，宜安裝旁路管：接地環的安裝應保證單獨、良好接地(10Q以下)，具有零電位。若用空管檢測必須注意變送器安裝方向。
管道水流量計PTFE內襯慎用于真空狀態，特別是大的公稱直徑的內襯在高溫真空狀態下會永久損壞，而且真空狀態下容易產生氣穴或氣泡使得測量不準。
若流量計安裝在管道的頂端就可能產生氣泡，而聚集的氣泡就會影響測量：若流量計安裝在向下的敞開管線的上游，氣泡就會大量通過流量計引起測量誤差。所以，應盡量把流量計安裝在管道的下游，使之產生足夠的背壓來避免產生氣穴。
3. 運行與維護
儀表投運前，傳感器管內必須充滿測量液體，通電后在靜止狀態下作零點調整：投運后，有條件時亦要定期停流檢查零點，尤其是易沉淀、易污染電極的測點。測量管內壁沉積或結垢層應及時清除.否則絕緣層會包裹電極，斷開電極回路，或被附著層短路(附著物電導率顯著高于流體電導率時)，或引起管內徑的變化而產生較大誤差：清垢時也不能用起子等工具猛烈鏟、刮電極和內襯。
三. 結束語
為很好地解決有色冶煉過程中一些介質的流量測量問題，除繼續跟蹤國際新型檢測儀表和技術發展動向外，還要研究相關儀表的選型設計(適用性、可靠性、經濟性、先進性和準確度等).并針對應用過程中出現的各種問題進行研究改進與總結提高，并同儀表制造廠家及時溝通.才能應用好這些新型流量計，讓它們真正起到”工業的眼睛”的作用。
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一、凈化工藝對過程流量檢測與控制的要求
凈化過程是鋅濕法冶煉過程中的重要過程。在浸出過程中，大部分雜質因中和水解作用而從溶液中除去，但仍存在少量cu、ca、co、㈨、As等雜質，這些雜質對鋅電積有很大危害，如降低電流效率、增加電能消耗、影響陰極鋅質量和腐蝕陰極等。正是因為這樣，經過浸出過程后，中性浸出的上清液還需要經過凈化處理后，才能進入電積過程。
1. 影響凈化質量的主要因素
在凈化過程中，影響凈化質量的因素有很多，但以下兩個方面的因素是進行監測控制設計時必須考慮的：
(1) 鋅粉的加入量。鋅粉是主要的除雜添加劑.其加入量一般采用除cu和cd理論值的3～4倍，若鋅粉用量過少會影響除Cu和Cd的質量.因此.合適的鋅粉加入量是保證凈化質量和盡量降低消耗的前提
(2) 溶液的流量。為使鋅粉與上清液充分混合，保證鋅粉的置換反應能完全進行，節約鋅粉用量，必須保持合適的化學反應時間。
若化學反應時間過短，則置換反應不完全，需要耗費大量的鋅粉，而且難以保證凈化質量，若化學反應時問過長，則影響產量，同時也容易產生復溶鎘。通過調節溶液的流量，可以適當地調節化學反應時間，所以溶液的合適流量是一個重要因素。
2. 對過程流量檢測的要求
在凈化過程中，要求控制的主要物理量是除雜添加劑鋅粉的加入量，由于鋅粉的加入量與上清液中各種雜質的含量、反應的溫度和溶液的流量等各種因素有關，具有很多不確定因素，而且難以用解析的數學關系式來完全正確地描述這些關系，這給凈化過程的優化控制帶來了困難。根據凈化工藝流程的特點，對凈化過程流量檢測與控制提出了下述兩個方面的要求。
(1) 鋅粉加入量控制。在保證凈化后溶液中的各種成分符合要求的前提下，使鋅粉的加入量*小，這也是專家控制系統要完成的主要目標。
(2) 流量調節。根據產量的要求以及化學反應所需要的時間等因素，合理地保持溶液的流量在一個*優的給定值上，從而保證凈化過程的工作充分穩定以及物料平衡關系。
解決凈化過程中各種參數的實時在線檢測，例如上清液流量、新液流量的檢測等，由于溶液呈酸性，含有易結晶物質介質，用常規的檢測方法還難以實現。通過實踐，選用50P型管道水流量計檢測溶液流量，由于其沒有運動部件，加之合理選擇內襯材料和電極材質，可以有效地抗酸和抗結晶，其量程可根據工藝情況通過調整內部組態來進行改變。
二、管道水流量計的應用須注意選型設計、安裝維護等關鍵問題
1. 選型設計
公司以前采用50Hz工頻激磁方式的管道水流量計時，零點穩定性及抗干擾能力差，特別是對含有固體顆粒流體測量更不穩定，常有莫名其妙的跳變輸出。使用十年多來，我們發現管道水流量計不但在制造工藝上確保產品經久耐用，而且在設計原理上也有其獨到的優勢：
(1) 管道水流量計采用的直流低頻矩形波勵磁方式(如圖)，工作頻率大約在20Hz左右。采用交變的直流勵磁方式，具有很好的零點穩定性，良好的抗干擾和處理噪聲的能力和低功耗。在此基礎上，還有其**的勵磁電壓處理模式，進一步提高了測量的性能。通常的勵磁過程是電源接通以后，產生一個穩定的交變電壓，然后在一個周期內，線圈電流逐漸升高，由于存在電渦流的影響，磁場的建立時間會在電渦流衰減以后，因此使得真正測量的時間變得很短。而采用的是過電壓的方式，在一個很短的時間(tR)內，施加了一個3倍于正常值的電壓后，再恢復到正常的供電電壓，使得線圈電流和磁場能在*短的時間內建立起來，比普通的勵磁方式縮短了5倍的時間，從而增加了測量的時間，保證了更加準確和穩定的測量。
低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式，目前已在管道水流量計上廣泛的應用。概括一下，它具有如下優點：能避免交流磁場的正交電磁干擾消除由分布電容引起的工頻干擾：抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流排除直流勵磁的極化現象。
直流低頻矩形波勵磁方式能滿足工業對管道水流量計85％以上的應用。對于泥漿和其他非均勻流體，用高功率直流磁場配以增加的測量頻率來解決。工作頻率提升至50Hz左右，感應電壓的振幅相當高，再配以DSP(數字信號處理)放大器足以克服過程噪聲。
用于脈動流和快速灌裝工藝的管道水流量計，其勵磁線圈產生低功率但高頻(85Hz)的信號，優異的信號處理能濾去雜亂的噪聲。
(2) *小流量信號的獲得
管道水流量計的技術參數表明能夠測量的*小流量(速)是0.01m/s，也就是說管道水流量計能在如此小的流量下仍能得到流量信號。根據法拉*定律，流體流過后會產生一定的感應電動勢，而這個電動勢，即流量信號的強弱和整個流量計電路放大器的處理能力和抗干擾能力有很大的關系，管道水流量計能夠產生300V/(m/S)信號強度，即濾波和放大電路能夠檢測到*低3IJV的信號，因此可以測量*低0.01m/s的流量信號。
(3) 管道水流量計由各種內襯和電極組成的十多種傳感器來滿足不同工況和測量介質的需要。如用PTFE/硬橡膠內襯配以子彈頭電極(特制的尖而直流低頻矩形液勖磁殼式圖光滑頭日pA日Bt；減少頻繁的清洗周期從而減少維修成本)用于含脂肪的廢水一防止脂肪覆蓋電極：用聚氨酯或天然膠內襯配以碳化鎢涂層電極具有很高的耐磨性，可用于濃縮礦漿(細漿體，顆粒尺寸小于0.5mm)的測量：用天然膠內襯配以刷子電極可用于碾磨過程的原漿體，隧道挖掘機，采砂船開采應用(巖石漿料，顆粒尺寸大于0.5mm)。
(4) 高級診斷功能。*一級：對流量計本身運行情況的實時監控，如電極結垢、腐蝕及損壞的判斷：磁場線圈的監測，能判斷工作環境的好壞及是否過載。*二級：由于有歷史數據的存儲和對于趨勢的判斷，能判斷在線得到的數據是否合理，從而使得維修工程師根據儀表的實際使用情況來做出是否需要或何時進行適當的維修的判斷。*三級：用FieldTool這個軟件包就能在計算機上知曉以上所有高級診斷功能得出的結論，并做必要的修正而無需下現場進行維護，FieIdTool另外一個非常重要的功能就是可以設置某些報警信息利用”中國移動或聯通”的短信息服務平臺傳送到手機上。
(5) 其他的技術優勢，如E+H公司的管道水流量計都是四電極的，比一般公司多出了兩個電極：接地電極使測量更穩定，空管檢測電極可**檢測所測流體是否滿管：電極清洗功能減少現場維護成本：全中文操作菜單使調試更容易等。
2. 安裝問題
安裝場所要求振動小，避免附近有電動機、變壓器等強電源引起的電磁干擾。流量計可垂直、水平或傾斜安裝，但必須保證兩電極的中心軸線處于水平狀態，運行時管內充滿流體。測量混合相流體時，不會引起相分離：流體中氣泡要少(有少量氣泡或泡狀流時，測得的是含有氣泡體積的氣液固混合流的體積流量)，但氣體含量不能增加到形成彈(塊)狀流。對磨損大的礦漿，應垂直安裝，使流體自下而上以保證磨損均勻、固體顆粒不會沉積。
為獲得正常測量準確度，流量計前也需有一定長度(至少5D)的直管段：對中小型管道，為及時清除結垢、結晶等，宜安裝旁路管：接地環的安裝應保證單獨、良好接地(10Q以下)，具有零電位。若用空管檢測必須注意變送器安裝方向。
管道水流量計PTFE內襯慎用于真空狀態，特別是大的公稱直徑的內襯在高溫真空狀態下會永久損壞，而且真空狀態下容易產生氣穴或氣泡使得測量不準。
若流量計安裝在管道的頂端就可能產生氣泡，而聚集的氣泡就會影響測量：若流量計安裝在向下的敞開管線的上游，氣泡就會大量通過流量計引起測量誤差。所以，應盡量把流量計安裝在管道的下游，使之產生足夠的背壓來避免產生氣穴。
3. 運行與維護
儀表投運前，傳感器管內必須充滿測量液體，通電后在靜止狀態下作零點調整：投運后，有條件時亦要定期停流檢查零點，尤其是易沉淀、易污染電極的測點。測量管內壁沉積或結垢層應及時清除.否則絕緣層會包裹電極，斷開電極回路，或被附著層短路(附著物電導率顯著高于流體電導率時)，或引起管內徑的變化而產生較大誤差：清垢時也不能用起子等工具猛烈鏟、刮電極和內襯。
三. 結束語
為很好地解決有色冶煉過程中一些介質的流量測量問題，除繼續跟蹤國際新型檢測儀表和技術發展動向外，還要研究相關儀表的選型設計(適用性、可靠性、經濟性、先進性和準確度等).并針對應用過程中出現的各種問題進行研究改進與總結提高，并同儀表制造廠家及時溝通.才能應用好這些新型流量計，讓它們真正起到”工業的眼睛”的作用。