乙醇管道（dào）流量（liàng）計的結構原（yuán）理及（jí）在（zài）濕法磷酸（suān）裝置中的應（yīng）用（yòng）實（shí）例

摘要：濕法磷酸生產過程（chéng）中產生大量的高腐蝕性、成分複雜的酸液，對流量（liàng）計的（de）耐腐蝕性要求（qiú）較高。乙醇管道流量計具有耐腐蝕（shí）、精度高、易於維（wéi）護、節約（yuē）成本（běn）等優點，已在磷酸生產中大規模使用。以某濕法磷酸（suān）裝置為例，介紹了乙醇管道流量計（jì）的測量原（yuán）理，電*、測量管內襯材質及接地方式的選擇（zé）。
1 概述
隨著幾十年的工業發展（zhǎn），我國（guó）磷化工行業日趨壯大，目前磷酸產量位列***一。國內磷酸生產工藝絕大部分以濕法磷酸（suān）為（wéi）主。濕法磷酸生產過程中除了含（hán）有磷酸外，還混有一定（dìng）的硫酸、氫（qīng）氟酸（suān）、氟矽酸等強腐蝕性（xìng）介質。測量（liàng）這些酸液的（de）流量儀表（biǎo）需要具（jù）有很好的耐腐蝕性。選擇合適的材質、增（zēng）加儀表的壽命、提高信號傳輸的穩定性是濕法磷酸工藝中流量測量的關（guān）鍵之處。乙醇管道流量（liàng）計適用範圍廣（guǎng）、精度（dù）高、耐腐蝕、易於維護、成本較低，適用於磷化工生產中（zhōng）的流體計（jì）量。國內某 300 kt/a 磷酸裝置中大規模使用乙醇管道（dào）流量（liàng）計，並（bìng）取得了良好的工作效果。
2 乙醇管道（dào）流量計簡介
2．1 工作原理
乙醇管道流量計的測量原理如圖（tú） 1 所示（shì）。根據法（fǎ）拉*電磁感（gǎn）應定律，導電液體在磁場中流（liú）動會產生電動勢 E，它與磁感應強度 B、導電（diàn）液體平均流速（sù） v 成一定比例關係:

E=KBDv
式（shì）中:E---導電流體在磁場中產生的電動勢，V;
K---比例係數，在（zài）管道內徑（jìng） D 和磁感應強度
B 不變的情（qíng）況下，K 為常（cháng）數，1;
B---磁感應強度，T;
D---測量管內（nèi）徑，m;
v---導電（diàn）液體平均流速，m/s。
乙醇管道流量（liàng）計利用上述函數關係推導出 v = E/(KBD)，實際測得的是（shì）液體流速 v，再通過被測介質的體積流量 Q V = πD 2 v/4，計（jì）算導電流體介質的流量。
2．2 計量係（xì）統（tǒng）組成
乙醇（chún）管道流量計主要由兩部分組成:流量（liàng）傳感器和信號變送器，如圖 2 所示。傳感器（qì）上的勵磁線圈接受變（biàn）送器傳輸來的勵磁電流產生磁（cí）場，輸出感應電動勢信號;信號變送器則將感應電動勢信號轉換為流量信號或（huò）模擬（nǐ）量信號送至（zhì）控製係統。乙醇管道流量計按組成方式分為一體式和（hé）分體式。乙（yǐ）醇管道流量計穩定工作另外一個重要條件是（shì）接地。當流體流動穿（chuān）過磁場時（shí），以導電流體本身作（zuò）為參考電位，在（zài）測量管一側電*產生正電勢，另一側產生負電勢，形成電勢差。但此（cǐ）電動（dòng）勢信號一般隻有幾毫伏，易受外界幹擾。為防止幹擾，將參考電位接入大地作為零電位，保證傳感器輸出精確穩定的信號。傳感器和轉換器的接地端必須與被測介質同電位，才能構成對稱的輸入輸出回路。

2．3 係統特性
乙醇管道流量（liàng）計的主要特點如下:①不同於差壓式（shì）、容積式流量計，乙醇管道流量計測量管內無阻流部件，壓損很小，適用於大口徑管道;②不受測量介質的溫度、壓力、密度、黏度參數變（biàn）化影響，不需要進行（háng）修（xiū）正和補償，僅僅要求測量介質的（de）電導率 σ＞5 μS/cm;③量程比寬（kuān），輸出信號和流量成線性關係（xì）;④測量（liàng）精度高，可達到±(0．1% ～0．5%);⑤安（ān）裝要求低，前後直管段要求低，一般滿足前直管段管徑 D 前 ≥5D，後直管（guǎn）段管徑 D 後 ≥2D 即可;⑥性價比較高，使用範圍廣，合（hé）理選用襯裏材料和電*材質可以測量各種腐蝕性介質的（de）流量。
需要注意的是，乙醇（chún）管道流量（liàng）計不能測量非導電介質的流量，也不適用於測量含有氣體的介質，這樣會引起測量數據的大幅波動。
3 在濕法磷酸裝置中的應用實例
國內某 300 kt/a 磷酸裝置中，含有不同（tóng）溫度、不同壓力、不（bú）同（tóng）濃度的多種酸液，包括:稀磷酸、濃硫酸、磷（lín）酸料漿、絮凝（níng）劑、P 2 O 5 溶液、H 2 SiF 6 溶液、渣酸、洗滌水、酸性循環水、工藝水等。如此複雜的工藝介質對流量計的選型要求很高，酸液的配比、濃度、溫度、雜質、溶解氣體以及流速等都會影響接液材（cái）質的耐腐（fǔ）蝕性。
乙醇管道流量計主（zhǔ）要（yào）的接液部分是（shì）電（diàn）*和測量管襯裏，要（yào）根（gēn）據每（měi）一種腐蝕介質的特性以（yǐ）及現場實際工（gōng）況選擇合適（shì）的電*和襯裏材質，必要時可對擬選材料進行耐腐蝕試驗，從而延長流量計的（de）壽命，加強測量的可靠性。
3．1 電（diàn）*材質的選擇
乙（yǐ）醇管道流量計電*的選擇（zé）至關重要。電*應滿足被測介質腐蝕特性，同（tóng）時不能（néng）產生電化（huà）學（xué）反應幹擾。常用電（diàn）*材質主要有:不鏽鋼 316L、哈氏（shì）合金 C、鈦、鉭、鉑、鉑-銥合金等（děng）。本裝置中乙醇管道流（liú）量計電*材質（zhì）的（de）選擇見表 1。

從（cóng）表 1 可以總（zǒng）結出:對於有襯裏管道（dào），電*材質一般（bān）選擇鉑（bó）-銥合金，該材（cái）料耐用於大部分腐（fǔ）蝕性酸（suān）液（yè）;對於金屬管道，電（diàn）*一般選擇比管道高一等（děng）級的材料，以（yǐ） 316L 和哈氏合金為主。特殊（shū）情況下，若測量易結晶、結疤、易沾汙電*的介質，還可選擇刮刀式電*，防止長時間流體衝刷，在電*上產生汙垢。
3．2 測量管襯裏材質的選擇（zé）
乙醇管道流量計要根據被（bèi）測流體的溫度、壓力、速（sù）度以及含固顆粒的硬度、含（hán）量和（hé）粒徑大小來決定測量管內（nèi）襯的材質。該濕法磷酸裝置中，乙醇管道流量計測量管襯裏材質的種（zhǒng）類見表 2。

從表 2 中可以看出，本項目中測量磷酸、硫酸、含氟酸和含酸洗（xǐ）滌水等流量時，乙醇管道流量計（jì）采用PFA 內襯，這種氟內襯幾乎耐用於各種強（qiáng）腐（fǔ）蝕性介質（zhì），同時測量（liàng）管內附有不鏽鋼絲網，增強了襯裏和金屬管道的結合，具有耐負壓性;PTFE 與 PFA 性能相差無幾，但摩擦係數較低，對於絮凝劑這種具有一（yī）定的吸附性的介質優先選用 PTFE 內襯（chèn）;磷（lín）酸料漿含有一些懸浮顆粒（lì）物，長時間流體會破環樹脂或者塑料類的襯裏，此（cǐ）處選用陶瓷內襯，延長流量計工作壽命。普通工藝用（yòng）水等介質選用經濟實用橡膠類襯裏即可。
3．3 接地方式
根據上述乙醇管道流量計的安裝（zhuāng）要求知，乙醇管道流（liú）量計需進行液體接地才能正常（cháng）工作。流量計可通過（guò）使用無內襯導電的管道（dào）法蘭、接（jiē）地環或接地（dì）電*實現接地。本磷酸裝（zhuāng）置中，輸（shū）送腐蝕性（xìng）介質流體多以碳鋼襯裏管道為主，少數輕度酸性液體管道采用不鏽鋼或碳鋼管道。對於不同材質（zhì）的管道，乙醇管道流量計的接地方（fāng）式也不一樣。
3．3．1 安裝在金屬管（guǎn）道上
乙醇管道（dào）流量計安裝（zhuāng）在金屬管道上，安裝時將金屬管道與乙醇管道流量計相連接，接地線再接入接地網，如圖 3 所示。

3．3．2 安裝在非金屬（shǔ）管道上
襯裏管道的接地方式主（zhǔ）要有以下三種。
1．采用接地環
在有襯裏的測量管（guǎn）兩端（duān）法蘭上，加裝接地環(或稱“接液環”)，如圖 4 所示（shì）。裝接地環是為了（le）可靠地、穩定地將導電液體作為差動電（diàn）勢信號的基準點與轉換器（qì）的信號連接（jiē）起來，與液體之間形（xíng）成相近或大致相等的電（diàn）位（wèi）。接地環材質一般和電*材質一致或相仿，保證耐腐蝕性。

接地（dì）環形式多樣，主要類型有三種，如（rú）圖 5 所示，普通接地環（huán）類似一個（gè）帶（dài）柄的孔板;保護型接地環固定在法蘭上，保護法蘭麵襯裏（lǐ）不受損傷;若介質（zhì）磨損性較強，應選（xuǎn）用帶（dài）頸保護環保護襯裏。
2．采用（yòng）接地電*(三電*)
從表 2 中可以看出，本（běn）裝置（zhì）中乙醇管道流量計的電*材（cái）質主要使用鉑 － 銥合金，若在其他場合或被（bèi）測流體介質下，電*材質還可以選擇鉭、鈦、鉑金等貴重金屬。若使用接地環方（fāng）式接地，由於一般要求接（jiē）地環材質和電*的相同，因此從成本上來說很不經濟。為了節省（shěng）費用，本項目中（zhōng）濕法磷酸裝置（zhì）中乙醇管道流量計接地（dì）采用三電*方式，即在傳感器測量管與（yǔ）測量（liàng）電*成垂直的（de）*低點，另外加一個電*(和（hé）測量電*材質、大（dà）小均相同)，以（yǐ）起到接地效果。
3．虛擬接地
隨著技術的（de）發展，近些年一種新的接地技術---虛擬接地被（bèi）應用到乙醇管道流量計上。通過提供流量轉換器輸入放（fàng）大器和電（diàn）路中的光電耦合器的隔離，使測量電路在液體的電勢浮動，隻有當流經流量傳感器時，導電液體的流速產生感應電壓（yā）。這種轉換器信號的特殊處理允（yǔn）許流（liú）量計傳感器（qì）接地即可滿足其正（zhèng）常工作，減少（shǎo）了安裝，也免去了額外增加接地環或*三電*的成本。
4 結束語
隻要選擇合適的電*材質和測量管襯裏材質，乙醇管道（dào）流（liú）量計就可以適應各種腐蝕性（xìng）介（jiè）質。磷化（huà）工生產中大部分是能導電的酸性介質，使用乙醇管道流量計進行流量測量是計量儀的*選（xuǎn）。目前各乙醇（chún）管道流量計廠商都會提供自家產品對應的耐腐蝕材質選擇表，在設計選型中，除了（le）根據介質特（tè）性（xìng）先行選擇對應的電*和襯裏（lǐ）材質外，也需要（yào）根據各家乙醇管道流（liú）量計的特點確定其方案。同時安裝時要根據實際情況采取不（bú）同的接地方式，以保證乙（yǐ）醇管道流量計穩定地工作（zuò）。

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