电磁流量计在氯碱工业中的选型及应用
电磁流量计在氯碱工业中的选型及应用
摘要：介绍了电磁流量计的测量原理及在工程设计中的选型原则及方法。简要介绍了其在氯碱工业中的应用。
关键词：电磁流量计；选型；应用
氯碱行业工艺介质多为酸、碱、盐等电解质，基于电磁流量计的测量原理， 决定了其在该行业的应用有很大的优势。本文介绍的选型原则具有通用性，但力求在具体的每一项目的选型时， 较侧重于结合氯碱行业的特点。
1 电磁流量计的测量原理及特点
1.1 测量原理
电磁流量计的测量原理见图1。电磁流量计的测量原理基于法拉第电磁感应定律，导电液体在磁场中作切割磁力线运动时,导体中产生感应电势,其感应电势（流量信号）E 为：E=KBDV （1）式中：K—仪表常数；B—磁感应强度；V—流体平均流速，m/s；D—测量管内径，mm。qv= πD24 ·V （2）式中：qv为流体的体积流量，m3/h。由（1）、（2）得：qv= πD4KB ·E （3）或者qv=kE （4）式中：k= πD4KB ，为仪表系数，该系数通常由湿式校准得到。测量流量时，导电性液体以速度V 流过垂直于流动方向的磁场， 在测量电极上感应出一个与平均流速成正比的电压, 其感应电压信号通过一对或一对以上与液体直接接触的电极检出, 并经由转换器的智能化处理,然后送LCD 显示或转换成4～20 mA DC 标准信号、频率信号和Hart 等协议通讯的输出。
1．2 特点
（1）流量的测量不受流体的密度、黏度、温度、压力和电导率变化的影响， 传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，测量精度高。
（2）电磁流量计可在一种典型介质（一般为水）下标定或校准，而用于其他介质（液体）时无需附加修正。
（3）测量管道内无可动部件及阻流体，因此，没有附加的压力损失， 在大口径测量中节约泵能耗是选用它的重要原因， 特别在工艺管道压力不高或依靠水头自流情况下采用更为有利。
2 电磁流量计的选型
2.1 选用条件
选用智能电磁流量计的前提条件是被测流体必须具备一定的导电性, 电导率>5 μS/cm。被测介质不应含有较多的铁磁性介质及大量气泡。液体的电导率可查阅有关手册， 缺少现成数据则可取样用电导率仪测定， 但有时也有从管线上取样去实验室测定认为可用， 而实际电磁流量计却不能工作的情况。这是由于测电导率时的液体与管线内的液体有差别， 譬如液体在运送的过程中吸收了大气中的Cl2、CO2或NOX，生成盐酸、碳酸或硝酸，从而导致电导率增大，这在氯碱厂尤为常见。电导率若接近下限值有可能出现晃动现象，诸如低度蒸馏水、去离子水等。通常认为能稳定测量的电导率比下限值要高一两个数量级。
2.2 口径的确定
口径的确定主要是根据工艺上的体积流量，结合工艺管道的尺寸，选择合适的流量计口径，使通过传感器的流体平均流速在合适的范围内（通常为0.3~10.0 m/s）。具体地说，测黏度不高的洁净介质，经济流速是1.5~3.0 m/s。测易结晶、黏度稍大或有沉积物的溶液时，应适当地提高流速，3.0~4.0 m/s 为宜，起到自洁，防止粘附、沉积等作用；测矿浆等磨损性流体时，应适当降低流速，以1.0~2.0 m/s 为宜，以降低对衬里和电极的磨损。测接近阀值的低导电率液体，应尽可能使用较低流速(略小于0．5 m/s，不超过l.0 m/s)，以减轻因流速高， 流动噪声增加而出现仪表输出晃动的现象。实际应用很少超过7 m/s，超过10 m/s 则更不推荐采用。口径计算方法：对于公式（2），取π=3.14，则公式（2）演变为qv=2.826×10-3D2V （5）假设被测流体流速范围为0.3~10.0 m/s，则qvmin=8.478×10-4D2 （6）qvmax=2.826×10-2D2 （7）对于通过某一口径流量计的流体，其最小流量和流量必须符合公式（6）、（7）的计算结果。根据（5），有：V=3.54×102× qvD2 （8）D=18.81× qvV （9）案例1 某氯碱厂期工程成品碱的流量为10 m3/h， 输送管道口径为50 mm， 第二期工程建成后，成品碱产能达到30 m3/h，试确定电磁流量计的口径。根据公式（8）， 对应于覫50 mm， 体积流量为10 m3/h的流速V1=3.54×102× qvD2 =1.416（m/s），同样，计算出对应于覫50 mm,体积流量为30 m3/h 的流速V2为4.248 m/s。V1处在允许的0.3~10.0 m/s 流速范围的低端，而V2处在较经济的流速点，因此，可选用流量计的口径为覫50 mm，与工艺管道口径相同。有时管道内的流速偏低或从仪表价格上考虑，可选用口径较小的流量计， 这不仅可使仪表运行在较好的工作状态下，还可以降低仪表的投资费用，此时就要在传感器两端加装异径管。案例2 某长距离输水管线工程，输送管道口径为覫800 mm，流量为1 000 m3/h，确定智能电磁流量计的口径。根据公式（8）计算出管道内液体的流速：V=3.54×102× qvD2 =1.553（m/s）流速相对偏低， 若希望将流过流量计的液体局部流速提高到1.5 m/s 左右，根据公式（9）D=18.8118.81× qvV =18.81× 1 0001.5 =486（mm）圆整后， 可选用覫500 mm 口径的电磁流量计，并在流量计两端加装异径管。经公式（8）验算，通过智能电磁流量计的流体流速为1.416 m/s。为了在加装异径管后不过多影响流速场的分布，不影响流量计的精度，通常要求异径管的中心锥角不大于15°，越小越好。有的选型资料详细地给出了异径管压力损失的计算，这通常是没有必要的。当异径管的中心锥角不大于15°时，总的压力损失通常为100 Pa 以下。譬如此例，若选异径管的中心锥角α=8°。经计算（详细计算方法请查阅相关资料， 或咨询工艺专业），异径管总的压力损失为69.73 Pa。此例中，通过加装异径管，使流速提高到了较经济的流速，有利于测量。同时，DN500 电磁流量计的价格要比DN800 的价格低30％左右，投资较省。而68.7 Pa 的压力损失几乎是可以忽略不计的。异径管的安装见图2。
2.3 电极形式及材料的选择
2.3.1 电极形式的选择
一般来说，不产生结晶、结疤、不沾污电极的洁净介质可用标准电极，否则，用刮刀式电极来清垢。对测污泥的场合，可选用刮刀式电极或可更换式电极。
2.3.2 电极材料的选择
应根据被测介质的腐蚀性，由用户负责选定。对一般介质，可查有关防腐蚀手册。但因腐蚀性介质多种多样，有些介质（譬如各种比例和种类的混酸）在现成的资料中往往找不到答案，可与制造商联系，由用户提供腐蚀性介质，制造商提供待试材料，在规定条件下做挂片试验。常用电极材料的耐腐蚀性能可参考表1。在氯碱行业中，测循环水可选用316L 电极；烧碱可选用哈氏合金C 或不锈钢电极（优先选用哈氏合金C）；测盐水及盐酸可选用钽电极，含游离氯的电解槽返回盐水可选用钛电极；三氯化铁、碳酸钠、次氯酸钠溶液（盐水工段较常见的介质）可选钛电极。
2.4 衬里材料的选择
应根据介质的腐蚀性，磨损性及温度来选择。常用衬里材料的主要性能及适用范围见表2。特别提出的是， 特氟隆是一种氟化塑料， 耐强酸、强碱的腐蚀，同时具有良好的耐高温性，高温下不变形，不降低绝缘阻抗。可用于测量大多数强酸、强碱、强氧化剂等强腐蚀性介质、卫生类介质。氯碱行业中测量强酸（HCl）、强碱（NaOH）及盐（NaCl）多采用此种衬里材料。
2.5 防护等级的选择
按照国标GB4208-2008 外壳防护等级(IP 代码)的要求结合仪表实际的使用条件选定适当的防护等级。若仪表在地面以下， 经常受水淹的， 宜选用IP68；若仪表安装在地面以上的，可选用IP65。氯碱工业通常选用IP65 以上的防护等级。
2.6 接地环的选择
若连接仪表的管道(相对于被测介质) 是绝缘性的，则要用接地环。接地环的材料可以与电极材料相同，一般可选与管道材料耐腐蚀性相同即可。若被测介质是磨损性的，则宜选用带颈接地环，以保护进、出口端的衬里，延长使用寿命。特别强调的是， 电解槽沿着电解液的漏电流很大，这将导致管道中杂散电流很大，会引起很严重的干扰，直接影响到电磁流量计的正常测量。可将流量传感器与其连接的工艺管道之间进行电气隔离。具体安装方法见图3。
2．7 壳体材料的选择
氯碱工业由于大功率变压器、大电流电解槽的存在，周围磁场比较强。在选择智能电磁流量计的壳体材料时，宜选用铸铁、钢等有较好磁屏蔽作用的铁磁性材料，不宜选用铝、玻璃钢等非铁磁性材料。
3 结语
仪表的选型是仪表应用中非常重要的工作,有关资料表明, 仪表在实际应用中有很大一部分故障是由仪表选型错误或安装错误造成的， 对此应引起有关企业，尤其是氯碱企业的足够重视。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：
