地暖循環水流量計在廢硫酸回收裝置中流量測量的優勢

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。作為一種重要的煉油工業原料，硫酸在生產中起到很大的作用，但是煉制過程中，硫酸的濃度會不斷降低，達到一定濃度界點之后，變為廢硫酸排發出去。廢硫酸具有很強的腐蝕性，對環境有很嚴重的污染，并且也浪費了資源。如何將這些廢硫酸進行回收再利用，使其濃度提高以達到循環利用，成為煉油廠必須要解決的問題。為此許多煉油企業裝配了廢硫酸回收裝置,對廢硫酸重新加工。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。
地暖循環水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。本文通過地暖循環水流量計與其他流量計在精度、安裝等方面進行選型對比,得出結論：地暖循環水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地暖循環水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。
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，最好還是不使用碳鋼。
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?。?%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 地暖循環水流量計產品特點：
地暖循環水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
地暖循環水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。
地暖循環水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地暖循環水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地暖循環水流量計：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 用地暖循環水流量計測量硫酸
地暖循環水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，因此選用地暖循環水流量計來測量硫酸流量是非常合適的。地暖循環水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，因此地暖循環水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 地暖循環水流量計安裝
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）地暖循環水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，首選地暖循環水流量計，電磁式的電極和襯里能滿足所有硫酸工況的需要?？刂崎y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，設計了兩種形式的地暖循環水流量計；一體型和分體型。一體型地暖循環水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。一體型地暖循環水流量計的優點是；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。分體型地暖循環水流量計將變送器和轉換器分巧安裝，中間用專用電纜連接。分體型地暖循環水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，選擇用地暖循環水流量計測量硫酸的流量。地暖循環水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。地暖循環水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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