液體流量計的（de）結構原理及在濕法磷酸裝置中的應用實例

摘要：濕法磷酸生產過程中產生大量的高腐（fǔ）蝕性、成分複雜的酸液，對流（liú）量計的耐腐蝕性要求較高（gāo）。液體流量計具有耐腐蝕、精度高、易於維護、節約成本等優點，已在磷酸生產中大規模使（shǐ）用。以某濕法（fǎ）磷酸裝置為（wéi）例，介紹了液體流量計的測量原理，電*、測量管內襯材質及接地方式的選擇。
1 概述
隨著幾十年的工業發展，我國磷化工行業日趨壯大，目前磷酸產量位列（liè）***一。國內磷酸生產工藝絕大部分以濕法（fǎ）磷酸為主。濕法磷酸生產過程中（zhōng）除了含有磷酸（suān）外，還混有一定的硫（liú）酸、氫氟酸、氟矽酸等強腐蝕性介質。測量這些酸液的流量儀表需要具有很好的耐腐蝕性（xìng）。選（xuǎn）擇合適的材質（zhì）、增加儀表的壽命、提高信號傳輸的穩定性是濕法磷酸工（gōng）藝中流量測量的關鍵之處。液體流量計適（shì）用範圍廣、精度高（gāo）、耐腐蝕、易於維護、成本（běn）較低，適用於（yú）磷化工生產中的流（liú）體計量。國內（nèi）某 300 kt/a 磷酸裝置（zhì）中大規模使用液（yè）體（tǐ）流量計，並取得了良好的工作效果（guǒ）。
2 液體（tǐ）流量計簡介
2．1 工（gōng）作原理
液體流量計的測量原理如圖 1 所示。根據法拉*電磁感應定律，導電液體在磁場中流動會產生電動勢 E，它與磁感應強度 B、導電（diàn）液體平（píng）均流速 v 成一定比例關係:

E=KBDv
式中:E---導電流體在磁場中產生的電動勢，V;
K---比例係數，在管道內徑 D 和磁感應（yīng）強度
B 不變的情況下，K 為常數，1;
B---磁感應強度，T;
D---測量管內徑，m;
v---導電液體平均流速，m/s。
液體流量（liàng）計利用上述函數（shù）關係推導出 v = E/(KBD)，實際測得的是液體流速 v，再通過被測介質的體積流量 Q V = πD 2 v/4，計算導電流體介質的流量。
2．2 計量係統組成
液（yè）體流量計主要由兩部分（fèn）組（zǔ）成:流量傳感器和信號變送器，如圖 2 所示。傳感器上的勵磁線（xiàn）圈接受（shòu）變送器傳輸來的勵磁電（diàn）流產生磁場，輸出感應電動勢信號（hào）;信號變送器則將感應電動勢信號轉換為流量（liàng）信號或模擬量信號（hào）送至控製係統。液體流量計按組成方（fāng）式（shì）分為一體式和分（fèn）體式。液體流量計穩定工作另外一個重要條件是接地。當流體流動穿過磁場時，以導電流體本身作為參考電位，在測（cè）量管一側電*產生正電勢，另一側產（chǎn）生負電勢，形成電勢差。但此電動勢信（xìn）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（gǎn）器輸出精確（què）穩定（dìng）的信號。傳感器和轉換器的接地端（duān）必須與被測（cè）介（jiè）質同電位，才能構（gòu）成對稱的輸入輸出回路。

2．3 係統特性
液體流量計的主要特點如下:①不（bú）同於差壓（yā）式、容積式流量計，液體流量計測量管內無阻流部件，壓（yā）損很（hěn）小，適用於大口徑管道;②不受測量（liàng）介質（zhì）的溫（wēn）度、壓力、密度、黏度參數變化（huà）影響，不需要進行修正和補償，僅僅要求測量介質的電（diàn）導率 σ＞5 μS/cm;③量程（chéng）比寬，輸出信號和流量成（chéng）線性關係;④測量精度高，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（qián） ≥5D，後直管段管徑 D 後（hòu） ≥2D 即可;⑥性價比（bǐ）較高，使（shǐ）用範圍廣，合理選用襯裏材料和電*材質可以測量各種腐蝕性介質的流量（liàng）。
需要注意的（de）是，液體流量計不能（néng）測量非導電介質的流量（liàng），也不（bú）適用於（yú）測量含有氣體的介（jiè）質，這樣會引起測（cè）量數據的大幅波動（dòng）。
3 在濕法磷酸裝置中的（de）應用實例
國內某（mǒu） 300 kt/a 磷酸裝置中，含有不同溫度、不同壓力、不同（tóng）濃度的多種（zhǒng）酸液（yè），包括:稀磷酸、濃硫酸、磷酸料漿、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（liú）量計的選型要求很高，酸（suān）液（yè）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質的耐腐蝕性。
液體流量（liàng）計主要（yào）的接液部分是電（diàn）*和（hé）測量管襯（chèn）裏，要根據每一種腐蝕介質的特性以及現場實際工況選擇合適的電*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（jì）的壽命，加強測（cè）量的可靠性。
3．1 電*材質的（de）選擇
液體流量計（jì）電*的選擇至關重要。電*應滿足被測介質腐蝕特性，同時不能產生電化學反（fǎn）應幹擾。常用（yòng）電*材質主要有:不鏽鋼 316L、哈氏合金（jīn） C、鈦、鉭（tǎn）、鉑、鉑-銥合金（jīn）等（děng）。本（běn）裝置中液（yè）體流量計電*材質（zhì）的選擇見表 1。

從表 1 可（kě）以總結出:對於有襯裏管道，電*材質一般選擇鉑-銥合金，該材料耐用於（yú）大部分腐蝕性酸液;對於金屬管道（dào），電*一般選擇比管（guǎn）道高一等級的（de）材料，以 316L 和哈氏合金為主。特殊情況下，若測量易結晶、結疤、易沾汙電*的介質，還可選（xuǎn）擇刮刀式電*，防（fáng）止長時（shí）間流體衝刷，在電*上產生汙垢。
3．2 測量管襯裏材質的選擇
液體流量計要根據被測流體的溫度、壓力、速度以及含固顆粒的硬度、含量（liàng）和粒徑大小來決定測量管內襯的材質。該濕法磷酸裝置中，液體流量計測量管（guǎn）襯裏材質（zhì）的種類見表 2。

從表 2 中可以看出，本項目中測量磷酸（suān）、硫酸、含氟酸（suān）和含酸洗滌水等流量時，液（yè）體流量計采用PFA 內襯，這種氟內襯幾乎耐用於各種強腐蝕性介質，同時測（cè）量管（guǎn）內（nèi）附有不鏽鋼絲網，增強了襯（chèn）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定的吸附性的（de）介（jiè）質優先選用 PTFE 內襯;磷酸料漿含有一些懸浮顆粒物，長時間流體會破環樹脂或者塑料類的襯裏，此處選用陶瓷內襯，延長流量計工作壽命。普通工藝用水等介（jiè）質選用（yòng）經濟實用橡膠類襯裏即（jí）可。
3．3 接地方式
根據上述液體流量計的安裝要求知，液體流量計需進行液體接地才能正常工作。流量計可通過使（shǐ）用無內襯導電的管道法（fǎ）蘭、接地環或接地電*實（shí）現接（jiē）地。本磷酸裝置中，輸送腐蝕性介質流體多（duō）以碳鋼襯裏管道為主，少數輕度酸性液體管道采用不（bú）鏽鋼（gāng）或（huò）碳鋼管道。對（duì）於不同材質（zhì）的管道，液體流量計的接地方式也不一樣。
3．3．1 安裝在（zài）金（jīn）屬管道上
液體流量計安裝在金屬管道上，安（ān）裝時（shí）將金屬管道與液體流（liú）量計相連接，接地線再接入接（jiē）地網，如圖 3 所示。

3．3．2 安裝在（zài）非金屬管道上
襯裏管道的接地方（fāng）式主（zhǔ）要有以下三種。
1．采用接地環（huán）
在（zài）有襯裏的測（cè）量管（guǎn）兩（liǎng）端法（fǎ）蘭上，加（jiā）裝接地環（huán）(或稱“接液環”)，如圖 4 所示。裝接地（dì）環是為（wéi）了可靠地、穩（wěn）定地將導電液體作為差動電勢信號的基準點與轉換器（qì）的信號連接起來，與液體之間形成相（xiàng）近或大致相等的電位。接地環材（cái）質一般和電（diàn）*材質一致或（huò）相仿，保證耐腐蝕性。

接地環形式多樣，主要（yào）類型有三（sān）種，如圖 5 所示，普通接地環類似一（yī）個（gè）帶柄的孔板;保護型接地環固定在法蘭上，保護法蘭麵（miàn）襯裏不受損傷;若介（jiè）質磨損性較強，應（yīng）選用帶頸（jǐng）保護環保護襯裏。
2．采用接地電*(三電*)
從表 2 中可以看出，本裝置中（zhōng）液體流量計的電*材質主要使用鉑（bó） － 銥合金，若在其他場合或被測（cè）流體介質下，電*材質還可以選擇鉭（tǎn）、鈦、鉑金等貴重（chóng）金屬（shǔ）。若使用接地環（huán）方式接（jiē）地，由（yóu）於一般要求接地環材質和電*的相同，因此從成（chéng）本上來說很不經濟。為了節省費用，本項目中濕法磷酸裝置中液體流量（liàng）計接地（dì）采用三電*方式，即（jí）在傳感（gǎn）器測量管與測量電*成垂直的*低點，另外加一個電*(和測量電*材質、大小（xiǎo）均相同（tóng）)，以起到接地效果。
3．虛擬接地
隨著技術的發展，近些年一種新的接地技術（shù）---虛擬接地被應用到液體流量（liàng）計上。通過提供流量轉換器輸入放大器和電路中的光電耦合器的隔（gé）離（lí），使測量電路在液體的電勢浮動，隻有當流經（jīng）流量（liàng）傳感器時（shí），導電液體的（de）流速產（chǎn）生感應電壓。這（zhè）種轉換器信號的特殊處理允許流量計（jì）傳感器（qì）接地即可滿足（zú）其正常（cháng）工作，減少了安裝，也免去了額（é）外增加接地環或（huò）*三電*的成本。
4 結束語
隻要選擇合適的電（diàn）*材質和測量管襯裏材質，液體流（liú）量計就可以適應各種腐蝕性介質。磷化（huà）工生產中大部分是能導電的酸（suān）性介質，使用液體流（liú）量計進行流量測量是計量儀的*選。目前各液體流量計廠商都會提供（gòng）自家產品對應的耐腐蝕材質選擇表，在設計（jì）選型中，除了根據介質特性先行選擇對應的電*和（hé）襯裏材質外，也需（xū）要根據各家（jiā）液體流量計的特點（diǎn）確定其（qí）方案。同（tóng）時安裝時要根據實際情況（kuàng）采（cǎi）取不同的接地方式，以（yǐ）保證液體流量（liàng）計穩定地工作。

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