智能型防腐電磁流量計在（zài）濕法磷酸裝置中的應用實踐

摘要（yào）：濕法磷酸生產過程（chéng）中（zhōng）產生大量的（de）高腐蝕性、成分複雜的酸液，對流量計的耐腐蝕性要求較高。智能型防（fáng）腐電磁流量計具有耐腐蝕、精度高、易於維護、節約成本等優點，已在磷酸生產中大（dà）規模使用（yòng）。以某濕法磷（lín）酸裝置為例，介紹了智能型（xíng）防腐電磁流量計的測量原理，電*、測量管內襯材質及接地方式的選擇。
1 概述
隨著幾十年的工業發（fā）展，我國磷化工（gōng）行業（yè）日趨壯大，目前磷（lín）酸產量位列***一。國內磷酸生產工藝絕大部分以濕法磷酸為主。濕法磷（lín）酸生產過程（chéng）中除了含有磷酸（suān）外，還混（hún）有一定的硫酸（suān）、氫氟酸、氟矽酸等強腐蝕性介（jiè）質。測（cè）量（liàng）這些酸（suān）液的流量儀表需要具有很好的耐腐蝕性。選擇合適的材質、增加儀（yí）表的壽命、提（tí）高信號傳輸的穩（wěn）定性是濕法磷酸工藝中流量測量的關鍵之處。智能型防腐電磁流（liú）量計適用（yòng）範圍廣、精度高、耐腐蝕、易於（yú）維（wéi）護、成本較低，適用於磷（lín）化工生產中的流體計量。國內某 300 kt/a 磷酸裝置中大規模使用智能型防腐電磁流量計，並取得了良好的工作效果。
2 智能（néng）型防腐電（diàn）磁流量計簡介
2．1 工作原理
智能型防（fáng）腐電磁流量計的測量原理（lǐ）如圖 1 所示。根據法拉*電磁感應定（dìng）律，導電液體在（zài）磁場（chǎng）中流動會產生電動勢 E，它與磁感應強（qiáng）度（dù） B、導電液體平均流速 v 成一定比例關係:

E=KBDv
式中（zhōng）:E---導電流體在磁場中產（chǎn）生的電動勢，V;
K---比例係數，在管道內徑 D 和磁感應強度
B 不變的情（qíng）況下，K 為常數（shù），1;
B---磁感應（yīng）強度，T;
D---測量管內徑，m;
v---導電液體平均流速，m/s。
智能型防腐電磁流量計利用上述函（hán）數關係推導出 v = E/(KBD)，實際測得的是液體（tǐ）流速 v，再通過被（bèi）測介質的體（tǐ）積流量 Q V = πD 2 v/4，計（jì）算導電流體（tǐ）介質的（de）流量。
2．2 計（jì）量係統組成
智能（néng）型防腐電磁流量計主要由（yóu）兩部分組成（chéng）:流量（liàng）傳感器和信號變送器，如圖 2 所示。傳感器上的勵磁線圈接受變送器傳輸來的勵磁電流產生磁場，輸出感應（yīng）電動勢信號;信號變送器則（zé）將感應電動勢信號轉換為流量（liàng）信號或模擬量信號送至控製係統。智能（néng）型防腐電磁流量計按組成方式分為一（yī）體式和分體式。智能型防腐電磁流（liú）量計穩定工作另外一個重要條件是接地。當流體流動穿過磁場時，以導電流體本身作為參考電位（wèi），在測量管一側電*產生正電勢，另一側產生負電勢，形成電勢差。但此電動（dòng）勢信號一般隻有幾毫伏，易受（shòu）外界幹（gàn）擾。為（wéi）防止幹（gàn）擾，將參考電位接入大地作為零電位，保證傳感器輸出精確穩定的信號。傳感（gǎn）器和轉（zhuǎn）換器的接地端必須與被測（cè）介質同電位，才能構成對稱的輸入（rù）輸出（chū）回路。

2．3 係（xì）統特性
智能型防腐電磁流量（liàng）計的主（zhǔ）要特點（diǎn）如（rú）下:①不同於差壓式、容積式流量（liàng）計，智能型防腐電磁流量計測量管內無阻流部件，壓損很（hěn）小，適（shì）用於大口徑管道;②不受測量介質的溫（wēn）度、壓力、密度、黏度參數變化影響，不（bú）需要進行修正和（hé）補償，僅僅要求測量介質的電導（dǎo）率 σ＞5 μS/cm;③量程（chéng）比寬，輸出信號和流量成線性（xìng）關係;④測量精度高，可達到±(0．1% ～0．5%);⑤安裝（zhuāng）要求低，前後直管段要（yào）求低，一般滿足前直管段管徑 D 前 ≥5D，後直管段管徑 D 後 ≥2D 即可;⑥性價比（bǐ）較高，使用（yòng）範圍廣，合理選用襯（chèn）裏材料和電*材質可（kě）以（yǐ）測量各種腐蝕性介質的流量。
需要注意的（de）是，智能型防腐電（diàn）磁流量計不能測量非導電介質的流量，也不適用於測量含有（yǒu）氣（qì）體的介質，這樣會引起測量數據的大幅（fú）波動（dòng）。
3 在（zài）濕法磷酸裝置中的（de）應用實（shí）例
國內某 300 kt/a 磷酸裝置（zhì）中，含有不同溫度、不同壓力、不同濃度的多種酸（suān）液，包括:稀（xī）磷酸、濃硫酸、磷酸料漿、絮凝劑、P 2 O 5 溶液（yè）、H 2 SiF 6 溶液、渣酸、洗滌水、酸性循環水、工藝水等（děng）。如此複雜的工藝介質對流量計的選型要求很高，酸液的配比、濃度（dù）、溫度、雜質、溶解氣體以及流速等（děng）都會影響接液材（cái）質的耐腐蝕性。
智能型防腐電磁流量計主要的接液部分是電*和測量管襯裏，要根據每一種腐蝕介質的特性以及現場實際工況選擇合適的電*和襯（chèn）裏材質，必要時可對擬（nǐ）選材（cái）料進行耐腐蝕試（shì）驗，從而（ér）延長流量計的（de）壽命（mìng），加（jiā）強測量的可靠性。
3．1 電*材質的選（xuǎn）擇
智能型防腐電磁流（liú）量計電*的選擇至關重要。電*應滿足被測介質腐蝕特性，同時不能產生電化（huà）學反應幹擾（rǎo）。常用電*材質主要有:不鏽鋼 316L、哈氏合金 C、鈦、鉭、鉑、鉑-銥合（hé）金等。本裝置中智能型防腐電磁流量（liàng）計電*材質的選擇見表 1。

從表 1 可以總（zǒng）結（jié）出:對於有襯裏管道，電*材質一般選擇（zé）鉑-銥合金，該材料耐用於大（dà）部分腐蝕性（xìng）酸液;對（duì）於金屬（shǔ）管道，電*一般選（xuǎn）擇比管（guǎn）道高一等級的材料，以 316L 和哈氏合金為主。特殊情況下，若測量易結（jié）晶、結疤、易沾汙電*的介質，還可（kě）選（xuǎn）擇刮刀式電*，防（fáng）止長時間流體衝刷，在電*上產生汙垢。
3．2 測（cè）量管襯裏材質的選擇
智能型防腐（fǔ）電磁流量計要根據被測流體的溫（wēn）度、壓力、速度以及含固顆（kē）粒的硬度、含量和粒徑大小來決定測量（liàng）管內襯的材質。該濕法磷酸裝（zhuāng）置中，智能型（xíng）防腐電磁流量計測量管襯裏材質的種類見表 2。

從表 2 中可以看出，本項目中測量磷酸、硫酸、含氟酸和含酸洗滌水等流量時，智能（néng）型防腐電磁流量計采用PFA 內襯，這種氟內襯幾乎耐（nài）用於各種（zhǒng）強腐蝕性介質，同時測量管內附有不鏽鋼絲網，增強了（le）襯（chèn）裏和金屬管道的（de）結合，具有耐負壓性;PTFE 與 PFA 性能相差無幾，但摩擦係（xì）數較低，對於絮凝劑這種具（jù）有一定的吸（xī）附性的介質優先選用（yòng） PTFE 內襯;磷酸料漿含有一些懸浮顆（kē）粒物，長時間流體（tǐ）會破環樹脂或者塑料類的襯（chèn）裏，此處選用陶瓷內襯，延長（zhǎng）流（liú）量計工作（zuò）壽命。普通工藝用水等介質選用經（jīng）濟實用橡膠類（lèi）襯裏即可（kě）。
3．3 接地方式
根據上述智能型防腐電磁流量計的安裝要求知，智能型防腐電磁流量計需進行液體接地才能正常工作。流量計可通過使用無內襯導電的管道法蘭、接地環或接地電*實現接地。本磷酸裝置中（zhōng），輸送腐蝕性介質流體多以碳鋼襯裏管道為主，少數輕度酸性（xìng）液體管道采用不鏽鋼或碳鋼管道。對於不同（tóng）材質的管道，智能型防腐電磁流量計的接地方式也（yě）不一樣。
3．3．1 安裝在金屬管（guǎn）道上
智能型防腐電磁流量計安裝在（zài）金屬管道上，安裝時將金屬管（guǎn）道與智能型防腐電磁流量計相連接，接地線再接入接地網，如圖 3 所示。

3．3．2 安裝在非金屬管道上
襯（chèn）裏管道的接地方式主要有以下三種。
1．采用接地環
在有襯裏的（de）測量管兩端法蘭上，加（jiā）裝接地環(或稱“接液環”)，如圖（tú） 4 所示。裝接地環是為了可（kě）靠地、穩定地（dì）將導電液（yè）體作為差動電勢信號的基準點與轉（zhuǎn）換器的信號（hào）連接起來，與液體（tǐ）之間形成相近或大（dà）致（zhì）相等的電（diàn）位（wèi）。接地環材質一（yī）般和電*材質一致或相仿，保證耐腐（fǔ）蝕性。

接地（dì）環（huán）形式多樣，主（zhǔ）要類型有三（sān）種，如（rú）圖 5 所示，普（pǔ）通接地（dì）環類（lèi）似一（yī）個帶柄的孔板;保護型接地環固定在法（fǎ）蘭上（shàng），保護法蘭麵襯裏不受（shòu）損傷;若介質磨損（sǔn）性較強（qiáng），應選用帶頸保護環保護襯裏。
2．采用接地電*(三（sān）電*)
從表（biǎo） 2 中可（kě）以看出（chū），本裝置中智能型防腐電磁流量計的電*材質主要（yào）使用鉑 － 銥合金（jīn），若在其他場合或被（bèi）測流體（tǐ）介質（zhì）下，電（diàn）*材（cái）質（zhì）還可以選擇鉭、鈦、鉑金等貴重金屬。若使用接地環方式（shì）接地，由於一般要求接地環材質和（hé）電（diàn）*的相同，因此從成本（běn）上來說很（hěn）不經濟。為了節省費用，本項目中濕法磷酸裝置中智能型防腐電磁流量計接地采用三電*方式，即在傳感器測量管（guǎn）與測量電*成垂直的*低（dī）點，另外加一個電*(和測量電*材質、大小均相（xiàng）同)，以起到接地（dì）效果。
3．虛擬接地
隨著技術的發展，近（jìn）些年一種新的（de）接地技術---虛擬接（jiē）地被應用到智能（néng）型防腐電磁流（liú）量計上。通過提供流量轉換器輸（shū）入放大器和電路中的光電耦合器（qì）的（de）隔離（lí），使測量電路在液體的電（diàn）勢浮（fú）動，隻有當流經流量傳（chuán）感器時，導電液體的流速產生感應電壓。這種轉換器信號的特殊處理允許流量計傳感器接地即可滿足其正常工作，減少了（le）安裝，也免去了（le）額外增加接地環或（huò）*三電*的成本。
4 結束語
隻要選擇合適的電*材質和測量管襯裏（lǐ）材質，智能型（xíng）防腐電磁流量計就可以適應各種腐蝕性介質。磷化工（gōng）生產中大（dà）部分是能導電的酸性介質，使用（yòng）智能型防腐電磁流量（liàng）計進行流量測量是計量儀的*選。目前各智（zhì）能型防腐電磁流量計廠商都會提供自家產品（pǐn）對應的（de）耐腐蝕材質選擇表，在設計選型中，除了根（gēn）據介質特性先行選擇對應（yīng）的電*和襯裏材質外，也需要根據各（gè）家智能型防腐電磁流量計的特點確定其方案。同時安裝時要根據實際情（qíng）況（kuàng）采取不同的接地方式，以保證智能型防腐電磁流量計穩（wěn）定地工作。

上一篇：智能分體式電磁流量計的實際優勢與改進空間

下一篇：細化智能型電磁流量計計量管（guǎn）理單位可達計量目（mù）標