高壓泥漿管道流量計在廢硫酸回收裝置中流量測量的優勢
點擊次數：2515 發布時間：2020-08-12 15:18:47
硫酸是一種被廣泛應用在國民經濟的各個領域的化工原料。但是由于各種濃度的硫酸都具有不同的腐蝕性，因此其流量測量儀表及其材料的選擇都比較特殊。作為一種重要的煉油工業原料，硫酸在生產中起到很大的作用，但是煉制過程中，硫酸的濃度會不斷降低，達到一定濃度界點之后，變為廢硫酸排發出去。廢硫酸具有很強的腐蝕性，對環境有很嚴重的污染，并且也浪費了資源。如何將這些廢硫酸進行回收再利用，使其濃度提高以達到循環利用，成為煉油廠必須要解決的問題。為此許多煉油企業裝配了廢硫酸回收裝置,對廢硫酸重新加工。在廢硫酸回收裝置中,設置了很多儀表用來檢測整個工藝過程參數,比如溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、液位儀表、分析儀等。
高壓泥漿管道流量計是利用法拉*電磁感應定律來測量導電液體的儀表,具有精度高、安裝簡單、耐腐蝕性強、可靠性高、容易變更范圍等優點,目前在全**已經廣泛應用。本文通過高壓泥漿管道流量計與其他流量計在精度、安裝等方面進行選型對比,得出結論：高壓泥漿管道流量計是*適合硫酸流量測量的儀表。因此在青海2.5萬噸／年廢硫酸回收裝置設置高壓泥漿管道流量計用于測量硫酸的流量,不僅提高了測量準確度和精度,確保了企業經濟效益。文中又對硫酸裝置中儀表的選型、選材、安裝及出現問題的解決辦法進行研究。同時設計本裝置中所有的檢測儀表,將其運用到自動控制系統中,提高了整個裝置的自動化水平。
1 測量硫酸介質儀表材料的選擇
常用在儀表上的材質大約有20多種，而用在硫酸測量上的儀表材質必須具有耐硫酸特性。硫酸是強氧化性酸，對金屬的腐蝕主要是金屬的氧化反應，影響硫酸腐蝕的主要因素是溫度和濃度。硫酸腐蝕的一個特征就是高濃度與低濃度硫酸腐蝕性顯著不同，高溫和低溫狀態下也差別很大。
1.1 碳鋼
作為*廉價的鋼材—碳鋼，被廣泛應用在儀表本體中，雖然碳鋼在一定條件下耐硫酸腐蝕，但耐腐蝕性能并不佳，并且耐硫酸環境下大氣對碳鋼也有腐蝕。碳鋼大量應用于濃度為80%～100%的硫酸，溫度可達60～80℃。碳鋼在這一濃度和溫度范圍的硫酸中，表面能產生保護性的硫酸鐵膜層[1]。當溫度升高時，硫酸對碳鋼的腐蝕加快，其保護膜層被破壞，碳鋼就不耐腐蝕了。碳鋼還不適用于濃度為100%～102%的發煙硫酸，但又適應于濃度超過102%的硫酸，溫度限度為60℃。稀硫酸對碳鋼的腐蝕很大，當硫酸濃度為47%左右時，腐蝕率達到*高值。當硫酸濃度大于65%時，碳鋼的腐蝕率顯著降低。但在65%～80%這一段濃度中，*好還是不使用碳鋼。
1.2 304和316不銹鋼
普通不銹鋼對硫酸的耐腐蝕性不好，又因為價格較高，所以用途有限。比如304（0Cr19Ni9）不銹鋼，僅能適用在非常稀（5%以下）或高濃度（90%以上）的硫酸中，適用溫度不應超過50～70℃。
316（0Cr17Ni12Mo2）不銹鋼適用于濃度小于18%或者大于80%的硫酸中，溫度以40～80℃為宜。對于濃度在30%～80%之間和高于常溫態的硫酸中，316不銹鋼不可使用。
1.3 哈氏合金
哈氏合金適用于濃度小于100%的硫酸，溫度可達70℃，硫酸濃度越低，使用溫度越高，25%以下的稀硫酸可用于沸點。
2 高壓泥漿管道流量計產品特點：
高壓泥漿管道流量計由傳感器和轉換器兩部分組成。
2.1 傳感器
根據法拉*電磁感應定律，導體在磁場中切割磁力線時，在導體中就會有感應電勢產生，因此，當導電的被測介質垂直于磁力線方向流動時，在介質流動和磁力線都垂直的方向上產生一個感應電動勢Ex：
流量計公式一
式中：B—磁感應強度，T；
D—導管直徑，即導體垂直切割磁力線的長度，cm；
υ——被測介質在磁場中運動的速度，cm/s。
因體積流量Qυ（cm3/s）與流體速度υ的關系為：
流量計公式二
將式（2）代入（1）中，即得：
流量計公式3
其中D為定值，保持B不變，感應電動勢與體積流量具有線性關系，據此可以測出流量。
2.2 轉換器
高壓泥漿管道流量計的轉換器采用勵磁方式，使流量計具有優越的零點穩定性和測量精確度。轉換器向傳感器提供精確的雙向恒流驅動電流，以驅動傳感器勵磁線圈。本身工作頻率由單片機控制，不受電源頻率變化的影響。由傳感器測得的微弱感應電勢，輸入至轉化器的測量系統，經高輸入阻抗放大器放大、濾波和自動零點調整及增益控制后，經高性能、高精度信號轉換，將模擬信號轉換為數字量。
高壓泥漿管道流量計按其組裝方式分為分體型和一體型。一般情況下，當測量點位于地下或者不易觀察、被測介質液體電導率較低時選擇分體型：傳感器安裝在管道上，轉換器安裝在儀表室或人們易于接近的傳感器附近，傳感器和轉換器之間用高壓泥漿管道流量計專用電纜連接。當測量點便于觀察、被測介質電導率較高時通常采用一體式高壓泥漿管道流量計：傳感器和轉換器組裝在一起直接輸出直流電流標準信號，實際上成為電磁流量變送器。一體型縮短了傳感器和轉換器之間的信號電纜和激磁線的連接長度，并使之勿外接，隱蔽在儀表內部，從而減少信號衰減和空間電磁波噪聲侵入。一體型和分體型相比較：后者取消了信號線和激磁線的布線，簡化電氣連接，儀表價格和安裝費用均有所降低。
3 用高壓泥漿管道流量計測量硫酸
高壓泥漿管道流量計使用前提是被測介質必須是導電的，而硫酸（濃度5%～99.4%）的電導率在2.1×10-1～8.5×10-3（s/cm）[2]，導電性能較好，因此選用高壓泥漿管道流量計來測量硫酸流量是非常合適的。高壓泥漿管道流量計電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素，因材在青海硫酸裝置中，硫酸的濃度主要在80%左右，因此高壓泥漿管道流量計的材料選擇如下：測量管材質用316不銹鋼，法蘭用304不銹鋼，同時為了防止測量管被腐蝕并使其內壁光滑，在整個測量管內壁涂上絕緣襯里，其中電極采用哈氏合金。
4 高壓泥漿管道流量計安裝
4.1 傳感器的安裝
為了使儀表可靠測量，安裝時要注意以下幾點：
（1）為使傳感器測量導管內始終充滿液體，傳感器可以安裝在U型管道的*底部；
（2）直管段要求：前5D和后2D（D為管道直徑）；
（3）避開震動大、電磁干擾大、周圍環境有高濃度腐蝕性氣體的場合；
（4）保證測量管與工藝管道同軸。
4.2 電氣連接
（1）確認電纜型號后，按其規定進行接線，接線應正確、牢靠；
（2）電纜盡量少剝線，如果必須時注意保護其絕緣層；
（3）高壓泥漿管道流量計應有可靠的接地；
（4）傳感器與轉換器之間的專用電纜長度一般不超過100m。
5 硫酸裝置中其他儀表的選擇和使用
在青海硫酸裝置中，中、低濃度的硫酸比較少，大量存在的是接近成品質量濃度的高濃度循環酸。從吸收塔、干燥塔，到酸冷卻器、循環槽，硫酸的工藝狀況通常是：溫度45～75℃，濃度70%～80%。在這種工況下，溫度測量應有套管，如果不使用套管，保護管外應有鍍層（PTFE），鍍層應至法蘭密封面。壓力儀表的測量原件選用哈氏合金。液位計選用非接觸式雷達液位計；如果有就地測量液位計，則選擇帶金屬襯里。流量測量，*選高壓泥漿管道流量計，電磁式的電極和襯里能滿足所有硫酸工況的需要。控制閥的防硫酸腐蝕可以選擇塑料襯里。
在青海廢硫酸回收裝置中，設計了兩種形式的高壓泥漿管道流量計；一體型和分體型。一體型高壓泥漿管道流量計的變送器和轉換器組裝在一起，用于測量便于觀察且導電率較高的液體介質流量。一體型高壓泥漿管道流量計的優點是；輸出標準流量信號、縮短專用電維長度和激磁線的連接長度、將專用電纜和激磁線隱藏在儀表內部而減少外界干擾。分體型高壓泥漿管道流量計將變送器和轉換器分巧安裝，中間用專用電纜連接。分體型高壓泥漿管道流量計常用于地下水管線的測量，變送器安裝在地下水管道上，轉換器安裝傳感器附近且易于操作人員操作的地方。一體型對比分體型還有其他優勢：縮短專用電纜和激磁線的布線，簡化電氣連接，從而使降低了儀表價格和安裝費用。
6 結束語
目前，在青海硫酸裝置中，選擇用高壓泥漿管道流量計測量硫酸的流量。高壓泥漿管道流量計是利用電磁感應原理制成的流量測量儀表，可用來測量導電率大于5μS/cm的導電液體。變送器幾乎沒有壓力損失，內部無活動部件，用涂層或者襯里容易解決腐蝕性介質對流量測量儀表腐蝕的問題。高壓泥漿管道流量計流量檢測過程不受被測介質的溫度、壓力、密度、粘度及流動狀態等變化的影響，沒有測量滯后的現象，具有測量精度高、量程比大（*大可達1000∶1）等優點，相信在青海硫酸項目中能得到很好的應用，同時相對準確的測量硫酸流量，對提高安全生產和產品收率都是十分有效的。
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高壓泥漿管道流量計是利用法拉*電磁感應定律來測量導電液體的儀表,具有精度高、安裝簡單、耐腐蝕性強、可靠性高、容易變更范圍等優點,目前在全**已經廣泛應用。本文通過高壓泥漿管道流量計與其他流量計在精度、安裝等方面進行選型對比,得出結論：高壓泥漿管道流量計是*適合硫酸流量測量的儀表。因此在青海2.5萬噸／年廢硫酸回收裝置設置高壓泥漿管道流量計用于測量硫酸的流量,不僅提高了測量準確度和精度,確保了企業經濟效益。文中又對硫酸裝置中儀表的選型、選材、安裝及出現問題的解決辦法進行研究。同時設計本裝置中所有的檢測儀表,將其運用到自動控制系統中,提高了整個裝置的自動化水平。
1 測量硫酸介質儀表材料的選擇
常用在儀表上的材質大約有20多種，而用在硫酸測量上的儀表材質必須具有耐硫酸特性。硫酸是強氧化性酸，對金屬的腐蝕主要是金屬的氧化反應，影響硫酸腐蝕的主要因素是溫度和濃度。硫酸腐蝕的一個特征就是高濃度與低濃度硫酸腐蝕性顯著不同，高溫和低溫狀態下也差別很大。
1.1 碳鋼
作為*廉價的鋼材—碳鋼，被廣泛應用在儀表本體中，雖然碳鋼在一定條件下耐硫酸腐蝕，但耐腐蝕性能并不佳，并且耐硫酸環境下大氣對碳鋼也有腐蝕。碳鋼大量應用于濃度為80%～100%的硫酸，溫度可達60～80℃。碳鋼在這一濃度和溫度范圍的硫酸中，表面能產生保護性的硫酸鐵膜層[1]。當溫度升高時，硫酸對碳鋼的腐蝕加快，其保護膜層被破壞，碳鋼就不耐腐蝕了。碳鋼還不適用于濃度為100%～102%的發煙硫酸，但又適應于濃度超過102%的硫酸，溫度限度為60℃。稀硫酸對碳鋼的腐蝕很大，當硫酸濃度為47%左右時，腐蝕率達到*高值。當硫酸濃度大于65%時，碳鋼的腐蝕率顯著降低。但在65%～80%這一段濃度中，*好還是不使用碳鋼。
1.2 304和316不銹鋼
普通不銹鋼對硫酸的耐腐蝕性不好，又因為價格較高，所以用途有限。比如304（0Cr19Ni9）不銹鋼，僅能適用在非常稀（5%以下）或高濃度（90%以上）的硫酸中，適用溫度不應超過50～70℃。
316（0Cr17Ni12Mo2）不銹鋼適用于濃度小于18%或者大于80%的硫酸中，溫度以40～80℃為宜。對于濃度在30%～80%之間和高于常溫態的硫酸中，316不銹鋼不可使用。
1.3 哈氏合金
哈氏合金適用于濃度小于100%的硫酸，溫度可達70℃，硫酸濃度越低，使用溫度越高，25%以下的稀硫酸可用于沸點。
2 高壓泥漿管道流量計產品特點：
高壓泥漿管道流量計由傳感器和轉換器兩部分組成。
2.1 傳感器
根據法拉*電磁感應定律，導體在磁場中切割磁力線時，在導體中就會有感應電勢產生，因此，當導電的被測介質垂直于磁力線方向流動時，在介質流動和磁力線都垂直的方向上產生一個感應電動勢Ex：
流量計公式一
式中：B—磁感應強度，T；
D—導管直徑，即導體垂直切割磁力線的長度，cm；
υ——被測介質在磁場中運動的速度，cm/s。
因體積流量Qυ（cm3/s）與流體速度υ的關系為：
流量計公式二
將式（2）代入（1）中，即得：
流量計公式3
其中D為定值，保持B不變，感應電動勢與體積流量具有線性關系，據此可以測出流量。
2.2 轉換器
高壓泥漿管道流量計的轉換器采用勵磁方式，使流量計具有優越的零點穩定性和測量精確度。轉換器向傳感器提供精確的雙向恒流驅動電流，以驅動傳感器勵磁線圈。本身工作頻率由單片機控制，不受電源頻率變化的影響。由傳感器測得的微弱感應電勢，輸入至轉化器的測量系統，經高輸入阻抗放大器放大、濾波和自動零點調整及增益控制后，經高性能、高精度信號轉換，將模擬信號轉換為數字量。
高壓泥漿管道流量計按其組裝方式分為分體型和一體型。一般情況下，當測量點位于地下或者不易觀察、被測介質液體電導率較低時選擇分體型：傳感器安裝在管道上，轉換器安裝在儀表室或人們易于接近的傳感器附近，傳感器和轉換器之間用高壓泥漿管道流量計專用電纜連接。當測量點便于觀察、被測介質電導率較高時通常采用一體式高壓泥漿管道流量計：傳感器和轉換器組裝在一起直接輸出直流電流標準信號，實際上成為電磁流量變送器。一體型縮短了傳感器和轉換器之間的信號電纜和激磁線的連接長度，并使之勿外接，隱蔽在儀表內部，從而減少信號衰減和空間電磁波噪聲侵入。一體型和分體型相比較：后者取消了信號線和激磁線的布線，簡化電氣連接，儀表價格和安裝費用均有所降低。
3 用高壓泥漿管道流量計測量硫酸
高壓泥漿管道流量計使用前提是被測介質必須是導電的，而硫酸（濃度5%～99.4%）的電導率在2.1×10-1～8.5×10-3（s/cm）[2]，導電性能較好，因此選用高壓泥漿管道流量計來測量硫酸流量是非常合適的。高壓泥漿管道流量計電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素，因材在青海硫酸裝置中，硫酸的濃度主要在80%左右，因此高壓泥漿管道流量計的材料選擇如下：測量管材質用316不銹鋼，法蘭用304不銹鋼，同時為了防止測量管被腐蝕并使其內壁光滑，在整個測量管內壁涂上絕緣襯里，其中電極采用哈氏合金。
4 高壓泥漿管道流量計安裝
4.1 傳感器的安裝
為了使儀表可靠測量，安裝時要注意以下幾點：
（1）為使傳感器測量導管內始終充滿液體，傳感器可以安裝在U型管道的*底部；
（2）直管段要求：前5D和后2D（D為管道直徑）；
（3）避開震動大、電磁干擾大、周圍環境有高濃度腐蝕性氣體的場合；
（4）保證測量管與工藝管道同軸。
4.2 電氣連接
（1）確認電纜型號后，按其規定進行接線，接線應正確、牢靠；
（2）電纜盡量少剝線，如果必須時注意保護其絕緣層；
（3）高壓泥漿管道流量計應有可靠的接地；
（4）傳感器與轉換器之間的專用電纜長度一般不超過100m。
5 硫酸裝置中其他儀表的選擇和使用
在青海硫酸裝置中，中、低濃度的硫酸比較少，大量存在的是接近成品質量濃度的高濃度循環酸。從吸收塔、干燥塔，到酸冷卻器、循環槽，硫酸的工藝狀況通常是：溫度45～75℃，濃度70%～80%。在這種工況下，溫度測量應有套管，如果不使用套管，保護管外應有鍍層（PTFE），鍍層應至法蘭密封面。壓力儀表的測量原件選用哈氏合金。液位計選用非接觸式雷達液位計；如果有就地測量液位計，則選擇帶金屬襯里。流量測量，*選高壓泥漿管道流量計，電磁式的電極和襯里能滿足所有硫酸工況的需要。控制閥的防硫酸腐蝕可以選擇塑料襯里。
在青海廢硫酸回收裝置中，設計了兩種形式的高壓泥漿管道流量計；一體型和分體型。一體型高壓泥漿管道流量計的變送器和轉換器組裝在一起，用于測量便于觀察且導電率較高的液體介質流量。一體型高壓泥漿管道流量計的優點是；輸出標準流量信號、縮短專用電維長度和激磁線的連接長度、將專用電纜和激磁線隱藏在儀表內部而減少外界干擾。分體型高壓泥漿管道流量計將變送器和轉換器分巧安裝，中間用專用電纜連接。分體型高壓泥漿管道流量計常用于地下水管線的測量，變送器安裝在地下水管道上，轉換器安裝傳感器附近且易于操作人員操作的地方。一體型對比分體型還有其他優勢：縮短專用電纜和激磁線的布線，簡化電氣連接，從而使降低了儀表價格和安裝費用。
6 結束語
目前，在青海硫酸裝置中，選擇用高壓泥漿管道流量計測量硫酸的流量。高壓泥漿管道流量計是利用電磁感應原理制成的流量測量儀表，可用來測量導電率大于5μS/cm的導電液體。變送器幾乎沒有壓力損失，內部無活動部件，用涂層或者襯里容易解決腐蝕性介質對流量測量儀表腐蝕的問題。高壓泥漿管道流量計流量檢測過程不受被測介質的溫度、壓力、密度、粘度及流動狀態等變化的影響，沒有測量滯后的現象，具有測量精度高、量程比大（*大可達1000∶1）等優點，相信在青海硫酸項目中能得到很好的應用，同時相對準確的測量硫酸流量，對提高安全生產和產品收率都是十分有效的。
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