电磁流量计在废硫酸回收装置中流量测量的优势

     硫酸是一种被**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。作为一种重要的炼油工业原料，硫酸在生产中起到很大的作用，但是炼制过程中，硫酸的浓度会不断降低，达到一定浓度界点之后，变为废硫酸排发出去。废硫酸具有很强的腐蚀性，对环境有很严重的污染，并且也浪费了资源。如何将这些废硫酸进行回收再利用，使其浓度提高以达到循环利用，成为炼油厂必须要解决的问题。为此许多炼油企业装配了废硫酸回收装置,对废硫酸重新加工。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。
 
     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**应用。本文通过电磁流量计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。
 


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    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
    作为廉价的钢材—碳钢，被**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%～****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****～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，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****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 电磁流量计产品特点：
    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，**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（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。


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