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电磁流量计

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电磁流量计在废硫酸装置中的选型与应用

来源:作者:发表时间:2017-09-09 09:57:02

摘要:硫酸是一种主要的炼油工业原料,但在炼油装置使用的过程中,硫酸的浓度会逐渐降低,降低到一定程度后会变成废硫酸排放出去。从装置中排出的废硫酸具有很强的腐蚀性,对环境也有污染,而且也浪费了资源。因此许多炼油企业都有废硫酸回收装置,对废硫酸重新加工,使其浓度提高以达到循环利用。在废硫酸回收装置中,设置了很多仪表用来检测整个工艺过程参数,比如温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、分析仪等。本文通过与其他流量计在精度、安装等方面进行选型对比,得出结论电磁流量计是最适合硫酸流量测量的仪表。因此在青海2.5万吨/年废硫酸回收装置设置电磁流量计用于测量硫酸的流量,不仅提高了测量准确度和精度,确保了企业经济效益。文中又对硫酸装置中仪表的选型、选材、安装及出现问题的解决办法进行研究。同时设计本装置中所有的检测仪表,将其运用到自动控制系统中,提高了整个装置的自动化水平。电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律来测量导电液体的仪表,具有精度高、安装简单、耐腐蚀性强、可靠性高、容易变更范围等优点,目前在全世界已经广泛应用。
 
      硫酸是一种被广泛应用在国民经济的各个领域的化工原料。但是由于各种浓度的硫酸都具有不同的腐蚀性,因此其流量测量仪表及其材料的选择都比较特殊。
 
    1 测量硫酸介质仪表材料的选择
    常用在仪表上的材质大约有20多种,而用在硫酸测量上的仪表材质必须具有耐硫酸特性。硫酸是强氧化性酸,对金属的腐蚀主要是金属的氧化反应,影响硫酸腐蚀的主要因素是温度和浓度。硫酸腐蚀的一个特征就是高浓度与低浓度硫酸腐蚀性显著不同,高温和低温状态下也差别很大。
    1.1 碳钢
    作为最廉价的钢材—碳钢,被广泛应用在仪表本体中,虽然碳钢在一定条件下耐硫酸腐蚀,但耐腐蚀性能并不佳,并且耐硫酸环境下大气对碳钢也有腐蚀。碳钢大量应用于浓度为80%~100%的硫酸,温度可达60~80℃。碳钢在这一浓度和温度范围的硫酸中,表面能产生保护性的硫酸铁膜层[1]。当温度升高时,硫酸对碳钢的腐蚀加快,其保护膜层被破坏,碳钢就不耐腐蚀了。碳钢还不适用于浓度为100%~102%的发烟硫酸,但又适应于浓度超过102%的硫酸,温度限度为60℃。稀硫酸对碳钢的腐蚀很大,当硫酸浓度为47%左右时,腐蚀率达到最高值。当硫酸浓度大于65%时,碳钢的腐蚀率显著降低。但在65%~80%这一段浓度中,最好还是不使用碳钢。
    1.2 304和316不锈钢
    普通不锈钢对硫酸的耐腐蚀性不好,又因为价格较高,所以用途有限。比如304(0Cr19Ni9)不锈钢,仅能适用在非常稀(5%以下)或高浓度(90%以上)的硫酸中,适用温度不应超过50~70℃。
    316(0Cr17Ni12Mo2)不锈钢适用于浓度小于18%或者大于80%的硫酸中,温度以40~80℃为宜。对于浓度在30%~80%之间和高于常温态的硫酸中,316不锈钢不可使用。
    1.3  哈氏合金
    哈氏合金适用于浓度小于100%的硫酸,温度可达70℃,硫酸浓度越低,使用温度越高,25%以下的稀硫酸可用于沸点。
    2 电磁流量计
    电磁流量计由传感器和转换器两部分组成。
    2.1 传感器
    根据法拉第电磁感应定律,导体在磁场中切割磁力线时,在导体中就会有感应电势产生,因此,当导电的被测介质垂直于磁力线方向流动时,在介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一个感应电动势Ex:
    流量计公式一
    式中:B—磁感应强度,T;
    D—导管直径,即导体垂直切割磁力线的长度,cm;
    υ——被测介质在磁场中运动的速度,cm/s。
    因体积流量Qυ(cm3/s)与流体速度υ的关系为:
    流量计公式二
    将式(2)代入(1)中,即得:
    流量计公式3
    其中D为定值,保持B不变,感应电动势与体积流量具有线性关系,据此可以测出流量。
    2.2  转换器
    电磁流量计的转换器采用励磁方式,使流量计具有优越的零点稳定性和测量精确度。转换器向传感器提供精确的双向恒流驱动电流,以驱动传感器励磁线圈。本身工作频率由单片机控制,不受电源频率变化的影响。由传感器测得的微弱感应电势,输入至转化器的测量系统,经高输入阻抗放大器放大、滤波和自动零点调整及增益控制后,经高性能、高精度信号转换,将模拟信号转换为数字量。
    电磁流量计按其组装方式分为分体型和一体型。一般情况下,当测量点位于地下或者不易观察、被测介质液体电导率较低时选择分体型:传感器安装在管道上,转换器安装在仪表室或人们易于接近的传感器附近,传感器和转换器之间用电磁流量计专用电缆连接。当测量点便于观察、被测介质电导率较高时通常采用一体式电磁流量计:传感器和转换器组装在一起直接输出直流电流标准信号,实际上成为电磁流量变送器。一体型缩短了传感器和转换器之间的信号电缆和激磁线的连接长度,并使之勿外接,隐蔽在仪表内部,从而减少信号衰减和空间电磁波噪声侵入。一体型和分体型相比较:后者取消了信号线和激磁线的布线,简化电气连接,仪表价格和安装费用均有所降低。
    3 用电磁流量计测量硫酸
    电磁流量计使用前提是被测介质必须是导电的,而硫酸(浓度5%~99.4%)的电导率在2.1×10-1~8.5×10-3(s/cm)[2],导电性能较好,因此选用电磁流量计来测量硫酸流量是非常合适的。电磁流量计电极的耐腐蚀性是选择材料的重要因素,因材在青海硫酸装置中,硫酸的浓度主要在80%左右,因此电磁流量计的材料选择如下:测量管材质用316不锈钢,法兰用304不锈钢,同时为了防止测量管被腐蚀并使其内壁光滑,在整个测量管内壁涂上绝缘衬里,其中电极采用哈氏合金。
    4 电磁流量计安装
    4.1  传感器的安装
    为了使仪表可靠测量,安装时要注意以下几点:
    (1)为使传感器测量导管内始终充满液体,传感器可以安装在U型管道的最底部;
    (2)直管段要求:前5D和后2D(D为管道直径);
    (3)避开震动大、电磁干扰大、周围环境有高浓度腐蚀性气体的场合;
    (4)保证测量管与工艺管道同轴。
    4.2 电气连接
    (1)确认电缆型号后,按其规定进行接线,接线应正确、牢靠;
    (2)电缆尽量少剥线,如果必须时注意保护其绝缘层;
    (3)电磁流量计应有可靠的接地;
    (4)传感器与转换器之间的专用电缆长度一般不超过100m。
    5 硫酸装置中其他仪表的选择和使用
    在青海硫酸装置中,中、低浓度的硫酸比较少,大量存在的是接近成品质量浓度的高浓度循环酸。从吸收塔、干燥塔,到酸冷却器、循环槽,硫酸的工艺状况通常是:温度45~75℃,浓度70%~80%。在这种工况下,温度测量应有套管,如果不使用套管,保护管外应有镀层(PTFE),镀层应至法兰密封面。压力仪表的测量原件选用哈氏合金。液位计选用非接触式雷达液位计;如果有就地测量液位计,则选择带金属衬里。流量测量,首选电磁流量计,电磁式的电极和衬里能满足所有硫酸工况的需要。控制阀的防硫酸腐蚀可以选择塑料衬里。
      在青海废硫酸回收装置中,设计了两种形式的电磁流量计;一体型和分体型。一体型电磁流量计的变送器和转换器组装在一起,用于测量便于观察且导电率较高的液体介质流量。一体型电磁流量计的优点是;输出标准流量信号、??缩短专用电维长度和激磁线的连接长度、将专用电缆和激磁线隐藏在仪表内部而减少外界干扰。分体型电磁流量计将变送器和转换器分巧安装,中间用专用??电缆连接。分体型电磁流量计常用于地下水管线的测量,变送器安装在地下水管道上,转换器安装传感器附近且易于操作人员操作的地方。一体型对比分体??型还有其他优势:缩短专用电缆和激磁线的布线,简化电气连接,从而使降低了仪表价格和安装费用。
 
    6 结束语
    目前,在青海硫酸装置中,选择用电磁流量计测量硫酸的流量。电磁流量计是利用电磁感应原理制成的流量测量仪表,可用来测量导电率大于5μS/cm的导电液体。变送器几乎没有压力损失,内部无活动部件,用涂层或者衬里容易解决腐蚀性介质对流量测量仪表腐蚀的问题。电磁流量计流量检测过程不受被测介质的温度、压力、密度、粘度及流动状态等变化的影响,没有测量滞后的现象,具有测量精度高、量程比大(最大可达1000∶1)等优点,相信在青海硫酸项目中能得到很好的应用,同时相对准确的测量硫酸流量,对提高安全生产和产品收率都是十分有效的。