【摘要】：電磁流量計(jì)測(cè)量管的抗腐蝕性優(yōu)點(diǎn)決定了其在氯堿燒堿工序中被廣泛的應(yīng)用，而其中流量計(jì)選型的技術(shù)要點(diǎn)主要集中體現(xiàn)在口徑的確定、測(cè)量電極的材質(zhì)與襯里材質(zhì)、接地環(huán)或接地電極的選擇及電解工序工藝的特殊性上。

 

一、引言

 

氯堿燒堿生產(chǎn)過程中的液體介質(zhì)多為腐蝕性較強(qiáng)電解質(zhì)，如鹽水、鹽酸、燒堿、次氯酸鈉等；這種強(qiáng)腐蝕性生產(chǎn)工藝環(huán)境及電磁流量計(jì)抗腐蝕方面的優(yōu)點(diǎn)， 決定了電磁流量計(jì)在氯堿燒堿工序中正被廣泛地應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)流量的準(zhǔn)確、可靠測(cè)量，節(jié)約投資成本，電磁流量計(jì)的正確選型顯得尤為重要。下面，作者就氯堿燒堿生產(chǎn)過程中電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)選型及應(yīng)用方面的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)作些總結(jié)。

 

二、電磁流量計(jì)的工作原理

 

電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律： 即導(dǎo)體介質(zhì)在磁場(chǎng)介質(zhì)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖1 所示， 導(dǎo)電介質(zhì)在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其感應(yīng)電勢(shì)E 為：E=KBVD式中：E———感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（與流速成正比）；K———比例常數(shù)；B———磁場(chǎng)強(qiáng)度 （線圈電感）；V———測(cè)量管內(nèi)介質(zhì)的平均流速；D———電極間距（測(cè)量管的內(nèi)徑）

    測(cè)量流量時(shí)， 其感應(yīng)電勢(shì)通過二個(gè)與介質(zhì)直接接觸的測(cè)量電極檢測(cè)出來，并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器進(jìn)行智能化處理，然后在LCD 上顯示或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4～20mA 和0～1kHz 輸出。

 

圖一 電磁流量計(jì)工作原理圖

 

 

 

三、流量計(jì)口徑的確定

 

電磁流量計(jì)能夠測(cè)量較寬流量(流速)范圍的流體，通常為流速0.3～10.0m/s；流量計(jì)的口徑一般等于工藝管道口徑，亦可小于或大于工藝管道口徑。流量計(jì)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，兼顧測(cè)量準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性和耐用性方面考慮，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)， 推薦使用的流速范圍一般為1.0～5.0m/s。在這個(gè)范圍內(nèi)，流量計(jì)測(cè)量精度高、線性好、壓損小，介質(zhì)對(duì)流量計(jì)襯里和電極的磨損也相對(duì)較小些。此外，對(duì)于含有固體懸浮顆粒的流體介質(zhì)，推薦使用的流速范圍為1.0～3.0m/s，這樣有助于避免流速過高造成固體懸浮顆粒對(duì)流量計(jì)襯里和電極的過快磨損，延長(zhǎng)使用壽命，如鹽泥流量；而對(duì)于易結(jié)晶、黏度稍大或有沉積物的流體介質(zhì)，可適當(dāng)?shù)靥岣吡魉伲扑]使用的流速范圍為3.0～5.0m/s， 這樣有助于測(cè)量電極的自清潔、防止電極粘附，如50%燒堿流量。

 

流速、流量與口徑三者關(guān)系如下式：V=354Q/D2

 

式中：V—————流速，m/s；Q—————流量，m3/h；D—————口徑，mm 。

 

例如，在燒堿電解工序中，進(jìn)電解槽的鹽水流量計(jì)量程為0～50m3/h，工藝管道口徑為DN100；當(dāng)電磁流量計(jì)的口徑分別選擇DN100 和DN80 時(shí)，根據(jù)上述公式計(jì)算，鹽水的流速分別為1.77m/s 和2.76m/s；計(jì)算結(jié)果均在推薦使用的流速范圍，但從經(jīng)濟(jì)性方面考慮， 選擇DN80 口徑的流量計(jì)要比選擇DN100 口徑的流量計(jì)可節(jié)約1/4～1/5 的投資成本，此時(shí)，應(yīng)該選用DN80 口徑的流量計(jì)。

 

四、流量計(jì)測(cè)量電極、襯里材料的選型及應(yīng)用

 

1、測(cè)量電極材料的選型及應(yīng)用

 

電磁流量計(jì)的測(cè)量電極是與工藝介質(zhì)直接接觸的唯一金屬材料， 其作用是與導(dǎo)線連接將測(cè)量管中產(chǎn)生的微弱感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器中的檢測(cè)單元。由于電磁流量計(jì)的電極部分處于工作磁場(chǎng)中，為防止磁力線在電極上集中，電極材料必須使用非導(dǎo)磁的金屬材料； 并根據(jù)工況介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率（mm/a，即每年被腐蝕掉的金屬厚度）來確定不同的工況介質(zhì)選擇不同的金屬材料。下面通過圖表一的方式介紹在氯堿燒堿工序中常用的幾種電極材料及其使用范圍。

材料	代號(hào)	耐腐蝕性及具體使用范圈
不銹鋼316L	V	用于工業(yè)用水、生活用水、污水等弱腐蝕性的介質(zhì)及中 性溶液和碳酸、醋酸等弱酸。目前，在氯堿中主要應(yīng)用 于循環(huán)水、生產(chǎn)水、弱酸性的廢水、小于30℃的低濃度 燒堿溶液流量的測(cè)量。
哈氏合金C	He	耐氧化性酸，如硝酸、鉻酸與硫酸的混合物，也耐氧化性 的鹽類，對(duì)海水、堿溶液、氯化物溶液有良好的耐腐蝕 性。目前，在氯堿中主要應(yīng)用于40～90℃的30%～50%燒 堿溶液流量的測(cè)量。
欽	Ti	耐海水、各種氯化物和次氯酸鹽及多種氫氧化物的腐 蝕。目前，在氯堿中主要應(yīng)用于鹽水、次氯酸鈉流量的 測(cè)量。
擔(dān)	Ta	除了氫氟酸、燒堿以外，幾乎能耐一切化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。 目前，在氯堿中主要應(yīng)用于鹽水、次氯酸鈉、鹽酸、硫酸 流量的測(cè)量。

 

2、測(cè)量管襯里材料的選型及應(yīng)用

 

電磁流量計(jì)正常工作的基本條件之一， 是測(cè)量管內(nèi)壁除電極處外，其它地方的法向電流為零。為滿足這一條件，最簡(jiǎn)單的方法是將導(dǎo)電的金屬測(cè)量管內(nèi)壁和法蘭端面襯以絕緣襯里。通俗地講，用絕緣襯里的目的是防止感應(yīng)信號(hào)電壓被金屬管短路，可見絕緣襯里在電磁流量計(jì)應(yīng)用中的作用十分重要。由于被測(cè)導(dǎo)電介質(zhì)的流體種類繁多，它們的物理化學(xué)特性也不盡相同，不可能用一種絕緣材料的襯里來滿足所有應(yīng)用電磁流量計(jì)的測(cè)量流體介質(zhì)的物理化學(xué)特性要求；因此，在襯里材料的選型上，應(yīng)重點(diǎn)考慮測(cè)量介質(zhì)對(duì)襯里的耐溫度、熱沖擊、高壓、負(fù)壓、磨損、腐蝕、粘結(jié)、附著等方面的要求。下面通過圖表二的方式介紹常見的電磁流量計(jì)測(cè)量管襯里材料的主要性能特點(diǎn)及適用范圍。

 

材料	主要性能	適用范圍
聚四氟乙烯	是化學(xué)性能最穩(wěn)定的一種塑料，能耐沸騰的鹽酸、硫酸、 硝酸和王水，也能耐濃堿；耐磨性強(qiáng)、粘結(jié)性能差。	-40℃～+180℃；濃酸、堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)液及衛(wèi)生類介質(zhì)。不能 用于負(fù)壓。
（PTFE 或F4）	同PTFE；耐磨性、抗負(fù)壓能力高于PTFE	＜120℃；濃酸、堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)液，能用于較高負(fù)壓。
聚全氟乙丙烯（F46 或FEP）	其兼具PTFE 和F46 的性能優(yōu)點(diǎn)	-40℃～+180℃；濃酸、堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)液，能耐較高負(fù)壓。
聚全氟化烷氧基(PFA)	耐磨耗性優(yōu)越，為天然橡膠的10 倍，耐腐蝕性差	＜60℃；適用于含有泥沙、石礫等固體顆粒的漿液；耐腐蝕性差，
聚氨酯橡膠(PU)	有極好的彈性，高度的扯斷力，耐磨性能好；	只能用于弱酸弱堿等液體。
氯丁橡膠(CR)	耐一般低濃度酸、堿、鹽介質(zhì)的腐蝕，不耐氧化介質(zhì)的腐蝕。	＜80℃；適用于水、污水、弱磨損性的泥漿礦漿。