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      電磁流量計

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      電磁流量計在廢硫酸裝置中的應用

      來源:作者:發表時間:2020-09-28 15:14:45

       摘要:硫酸是一種主要的煉油工業原料,但在煉油裝置使用的過程中,硫酸的濃度會逐漸降低,降低到一定程度后會變成廢硫酸排放出去。從裝置中排出的廢硫酸具有很強的腐蝕性,對環境也有污染,而且也浪費了資源。因此許多煉油企業都有廢硫酸回收裝置,對廢硫酸重新加工,使其濃度提高以達到循環利用。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。本文通過與其他流量計在精度、安裝等方面進行選型對比,得出結論電磁流量計是最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電磁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。電磁流量計是利用法拉第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,目前在全世界已經廣泛應用。

            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。

          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
          作為最廉價的鋼材—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,腐蝕率達到最高值。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,很好還是不使用碳鋼。
          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 電磁流量計
          電磁流量計由傳感器和轉換器兩部分組成。
          2.1 傳感器
          根據法拉第電磁感應定律,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
          電磁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。
          電磁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電磁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電磁流量計: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 用電磁流量計測量硫酸
          電磁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,因此選用電磁流量計來測量硫酸流量是非常合適的。電磁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,因此電磁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 電磁流量計安裝
          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型管道的最底部;
          (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)電磁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,首選電磁流量計,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,設計了兩種形式的電磁流量計;一體型和分體型。一體型電磁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。一體型電磁流量計的優點是;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。分體型電磁流量計將變送器和轉換器分巧安裝,中間用專用電纜連接。分體型電磁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,選擇用電磁流量計測量硫酸的流量。電磁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。電磁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(最大可達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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