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氯碱装置常用流量计原理及选型使用探讨
2013/4/25 9:49:13
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关键字： 氯碱 电磁 涡街 流量计
氯碱行业生产的特点是环境恶劣，腐蚀性强，易燃易爆。生产中流体介质的总类繁多，液体介质主要有、纯水、自来水、盐酸、烧碱、盐水、次氯酸钠等；气体介质主要有蒸汽、氢气、氯气、氮气、氯化氢气体等等，因此氯碱行业的流量测量具有较大难度。流量的正确计量是生产和能源考核的必备手段，在提高生产效率，保障生产安全和杜绝能源浪费等方面发挥着无可替代的作用。但流量是一个动态量，它是一个只有当流体发生运动时才实际存在的物理量，因此它不仅是基本量的静态组合，又由于其动态性质，流量量值受到许多复杂因素的影响，例如流体内微观分子之间的相互作用，宏观的湍流、旋涡运动等，在具体的管道中还受到边界条件（管壁）的制约。
面对各种流量仪表，如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型，是应用好流量仪表的前提和基础。文章作者根据在氯碱生产装置中的实际使用经验，简单介绍了氯碱装置几种常用流量计的原理及选型与使用经验。
1 转子流量计
转子流量计为低中等精确度仪表，属变面积定压差式流量计的一种。转子流量计是以转子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变转子与锥管之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表。一般分为玻璃和金属转子流量计，作为直观流动指示或测量精确度要求不高的现场指示仪表，转子流量计被广泛地用在化工行业，主要适合于对中、小口径中流体和雷诺数较低的流体的流量测量。转子流量计压力损失较低，有较宽的流量范围度，一般为10∶1，最低为5∶1，最高为25∶1。
选型与使用时应注意：转子流量计主要测量对象是单相液体或气体，液体中含有微粒固体或气体中含有液滴通常不适用。玻璃管转子流量计应选带有透明防护罩，一旦玻璃锥管破裂，可挡住流体正向散溅，以作紧急处理。用于气体时应选用导杆或带棱筋导向的仪表，以避免操作不慎浮子击碎锥管。在选用转子流量计测量气体介质流量时要特别注意工作压力，以免引起浮子振动。转子流量计一般垂直安装在无振动的管道上，流体自下而上流过仪表，其中心线与铅垂线间夹角一般不超过5o，现在也有平进平出的转子流量计。仪表安装时无严格上游直管段长度要求，如被测介质含粒状杂质，应在仪表上游装过滤器。为保证在长期使用过程中的测量精度，要注意保持浮子和锥管的清洁，特别是小口径仪表，必要时可设置冲洗配管，定时冲洗。
主要应用在离子膜法烧碱制备中的纯水管线，分析仪表的进口管线如pH计、氧化还原电位差计ORP及成品碱密度计。
2 电磁流量计
电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理研制出的一种测量导电液体体积流量的仪表，根据法拉第电磁感应定律，导电体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电压，该电动势的大小与导体在磁场中做垂直于磁场运动的速度成正比，由此再根据管径，介质的不同，转换成体积流量。
电磁流量计无节流部件，因此压力损失小，该仪表测量流体流量时，不受流体温度、压力、密度、粘度及流体组份的影响，适合于对有悬浮物固体粒子的污水、煤浆的测量，特别适合于对腐蚀性介质的测量。
选型与使用时应注意：电磁流量计所测液体应具有测量所需的电导率，并要求电导率分布大体上均匀，不能用于测量电导率很低的液体。电磁流量计的测量精度是建立在液体充满管道的情形下，目前在管道中有空气的情况下测量问题尚未得到很好解决，因此电磁流量计不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。同时应注意不同温度及腐蚀性介质应选用不同衬里材质和电极材质。电磁流量计虽可以在任意管道上安装，但电磁流量计测量电极的轴线必须保持水平方向，且与管道中心线互相垂直。为避免在管内无液体时出现指针不在零位的错觉，电磁流量计的检测器应安装于任何时候均充满液体的地方，同时，该流量计的信号较为微弱，因而在使用时应注意外来干扰对其测量精度和影响，转换器应安装于远离一切磁源的地方，不允许有振动。在有磁场干扰的环境下使用电磁流量计设计时需选用抑制除噪功能。
主要应用在盐酸、盐水、烧碱管线，特别是用来代替测量进电解槽阴、阳极液的平进平出面积式流量计，该面积式流量计属全钛材和SUS316L特种材质流量计，造价极其昂贵，用电磁流量计代替能节约可观的固定投资。
3 靶式流量计
靶式流量计是一种阻力式仪表，它是应用流体动压原理测量流量的。在流体经过的管道中，垂直于流动方向安装一圆盘形的钢片，称“靶”。当流体流过时，流动质点冲击于靶上，使靶受到作用力且该力与流速的平方成正比例关系。因此，只要通过力矩转换的方式测出靶上的受力，就可以求出流量。
选型与使用时首先要了解被测对象的参数，包括介质组分，流量范围（最大流量、最小流量、正常流量），工作压力，温度，黏度，管道内径，允许压力损失量；然后通过辅助计算把被测流体流量换算为标况下标准介质流量，再计算最大流量靶板受力Fmax及最小流量靶板受力Fmin，Fmax超过最大允许值会损坏仪表，Fmin小于最小允许值会造成分辨率不足；最后根据辅助计算得到的流量范围，管道雷诺数、初选口径及J3值，从产品说明书中技术参数表查得流量系数0值，要求最小雷诺数大于临界雷诺数。安装投运前要按使用说明书进行调校和置零操作。
主要应用在氯气流量系统，氯气属有毒有害气体，从电解槽出来的湿氯气腐蚀性强，难于测量，一直是氯碱行业的老大难问题，而氯气输送用的透平压缩机又必须测量控制进口氯气流量。用新型智能电容靶式流量计代替差压式孔板流量计取得明显的使用效果。
4 涡街流量计
涡街流量计是利用流体力学中的卡门涡街现象制造的一种新型流量计。所谓卡门涡街现象就是旋涡发生体垂直插入到流体中时，流体绕过发生体时会形成涡列，在满足一定的条件下，非对称涡列就能保持稳定，此时，旋涡的频率与流体的流速及旋涡发生体的宽度存在一定的比例关系。
其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小，仪表参数能长期稳定。涡街流量计的安装简单，有法兰式和夹持式，注意前后直管段的要求，加强固定以避免振动对测量精度的影响。
主要应用在蒸汽测量系统，代替差压式孔板流量计测量蒸气流量计量进行能源管理，提高能耗，减少了压式孔板流量计的大量维护维修工作。
5 结束语
流量仪表大都需要适合的测量介质和工况条件为依托方可发挥正确作用，只有优势而没有缺点的流量仪表现今是不存在的，合理的选择仪表对于现场工程师和管理者是至关重要的。流量计选型是一项技术性、实用性、责任性很强的工作，要做好这项工作，必须充分了解各种流量计的测量原理，了解、掌握各流量计生产厂家发展动态，弄清测量对象的工艺状况，只有这样我们设计的流量测量系统才能经济、实用、可靠，才能更好地为生产服务。综上所述，在化工装置中要正确和有效地选择、使用流量测量方法和仪表，必须熟悉流量仪表和生产过程流体特性这两方面的技术，同时还应考虑经济因素，归纳起来五个方面因素，即性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用。(end)