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地暖循環(huán)水流量計在廢硫酸回收裝置中流量測量的優(yōu)勢
點擊次數(shù):1938 發(fā)布時間:2021-09-04 02:12:12
硫酸是一種被廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)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(yè)原料,硫酸在生產(chǎn)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?yōu)閺U硫酸排發(fā)出去。廢硫酸具有很強的腐蝕性,對環(huán)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(huán)利用,成為煉油廠必須要解決的問題。為此許多煉油企業(yè)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(shè)置了很多儀表用來檢測整個工藝過程參數(shù),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(huán)水流量計是利用法拉*電磁感應(yīng)定律來測量導(dǎo)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(yōu)點,目前在全**已經(jīng)廣泛應(yīng)用。本文通過地暖循環(huán)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(jié)論:地暖循環(huán)水流量計是*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(shè)置地暖循環(huán)水流量計用于測量硫酸的流量,不僅提高了測量準(zhǔn)確度和精度,確保了企業(yè)經(jīng)濟效益。文中又對硫酸裝置中儀表的選型、選材、安裝及出現(xiàn)問題的解決辦法進行研究。同時設(shè)計本裝置中所有的檢測儀表,將其運用到自動控制系統(tǒng)中,提高了整個裝置的自動化水平。
1 測量硫酸介質(zhì)儀表材料的選擇
常用在儀表上的材質(zhì)大約有20多種,而用在硫酸測量上的儀表材質(zhì)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(yīng),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(tài)下也差別很大。
1.1 碳鋼
作為*廉價的鋼材—碳鋼,被廣泛應(yīng)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(huán)境下大氣對碳鋼也有腐蝕。碳鋼大量應(yīng)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(chǎn)生保護性的硫酸鐵膜層[1]。當(dāng)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(fā)煙硫酸,但又適應(yīng)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(dāng)硫酸濃度為47%左右時,腐蝕率達到*高值。當(dāng)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,*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(yīng)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(tài)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(huán)水流量計產(chǎn)品特點:
地暖循環(huán)水流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。
2.1 傳感器
根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體在磁場中切割磁力線時,在導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電勢產(chǎn)生,因此,當(dāng)導(dǎo)電的被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動時,在介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢Ex:
流量計公式一
式中:B—磁感應(yīng)強度,T;
D—導(dǎo)管直徑,即導(dǎo)體垂直切割磁力線的長度,cm;
υ——被測介質(zhì)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(guān)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(yīng)電動勢與體積流量具有線性關(guān)系,據(jù)此可以測出流量。
2.2 轉(zhuǎn)換器
地暖循環(huán)水流量計的轉(zhuǎn)換器采用勵磁方式,使流量計具有優(yōu)越的零點穩(wěn)定性和測量精確度。轉(zhuǎn)換器向傳感器提供精確的雙向恒流驅(qū)動電流,以驅(qū)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(yīng)電勢,輸入至轉(zhuǎn)化器的測量系統(tǒng),經(jīng)高輸入阻抗放大器放大、濾波和自動零點調(diào)整及增益控制后,經(jīng)高性能、高精度信號轉(zhuǎn)換,將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。
地暖循環(huán)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(dāng)測量點位于地下或者不易觀察、被測介質(zhì)液體電導(dǎo)率較低時選擇分體型:傳感器安裝在管道上,轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器之間用地暖循環(huán)水流量計專用電纜連接。當(dāng)測量點便于觀察、被測介質(zhì)電導(dǎo)率較高時通常采用一體式地暖循環(huán)水流量計:傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起直接輸出直流電流標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)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(nèi)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(huán)水流量計測量硫酸
地暖循環(huán)水流量計使用前提是被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電的,而硫酸(濃度5%~99.4%)的電導(dǎo)率在2.1×10-1~8.5×10-3(s/cm)[2],導(dǎo)電性能較好,因此選用地暖循環(huán)水流量計來測量硫酸流量是非常合適的。地暖循環(huán)水流量計電*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(huán)水流量計的材料選擇如下:測量管材質(zhì)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(nèi)壁光滑,在整個測量管內(nèi)壁涂上絕緣襯里,其中電*采用哈氏合金。
4 地暖循環(huán)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(dǎo)管內(nèi)始終充滿液體,傳感器可以安裝在U型管道的*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(huán)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(guī)定進行接線,接線應(yīng)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(huán)水流量計應(yīng)有可靠的接地;
(4)傳感器與轉(zhuǎn)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(zhì)量濃度的高濃度循環(huán)酸。從吸收塔、干燥塔,到酸冷卻器、循環(huán)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(yīng)有套管,如果不使用套管,保護管外應(yīng)有鍍層(PTFE),鍍層應(yīng)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,*選地暖循環(huán)水流量計,電磁式的電*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(shè)計了兩種形式的地暖循環(huán)水流量計;一體型和分體型。一體型地暖循環(huán)水流量計的變送器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起,用于測量便于觀察且導(dǎo)電率較高的液體介質(zhì)流量。一體型地暖循環(huán)水流量計的優(yōu)點是;輸出標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)部而減少外界干擾。分體型地暖循環(huán)水流量計將變送器和轉(zhuǎn)換器分巧安裝,中間用專用電纜連接。分體型地暖循環(huán)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(zhuǎn)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(yōu)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(jié)束語
目前,在青海硫酸裝置中,選擇用地暖循環(huán)水流量計測量硫酸的流量。地暖循環(huán)水流量計是利用電磁感應(yīng)原理制成的流量測量儀表,可用來測量導(dǎo)電率大于5μS/cm的導(dǎo)電液體。變送器幾乎沒有壓力損失,內(nèi)部無活動部件,用涂層或者襯里容易解決腐蝕性介質(zhì)對流量測量儀表腐蝕的問題。地暖循環(huán)水流量計流量檢測過程不受被測介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及流動狀態(tài)等變化的影響,沒有測量滯后的現(xiàn)象,具有測量精度高、量程比大(*大可達1000∶1)等優(yōu)點,相信在青海硫酸項目中能得到很好的應(yīng)用,同時相對準(zhǔn)確的測量硫酸流量,對提高安全生產(chǎn)和產(chǎn)品收率都是十分有效的。
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地暖循環(huán)水流量計是利用法拉*電磁感應(yīng)定律來測量導(dǎo)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(yōu)點,目前在全**已經(jīng)廣泛應(yīng)用。本文通過地暖循環(huán)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(jié)論:地暖循環(huán)水流量計是*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(shè)置地暖循環(huán)水流量計用于測量硫酸的流量,不僅提高了測量準(zhǔn)確度和精度,確保了企業(yè)經(jīng)濟效益。文中又對硫酸裝置中儀表的選型、選材、安裝及出現(xiàn)問題的解決辦法進行研究。同時設(shè)計本裝置中所有的檢測儀表,將其運用到自動控制系統(tǒng)中,提高了整個裝置的自動化水平。
1 測量硫酸介質(zhì)儀表材料的選擇
常用在儀表上的材質(zhì)大約有20多種,而用在硫酸測量上的儀表材質(zhì)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(yīng),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(tài)下也差別很大。
1.1 碳鋼
作為*廉價的鋼材—碳鋼,被廣泛應(yīng)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(huán)境下大氣對碳鋼也有腐蝕。碳鋼大量應(yīng)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(chǎn)生保護性的硫酸鐵膜層[1]。當(dāng)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(fā)煙硫酸,但又適應(yīng)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(dāng)硫酸濃度為47%左右時,腐蝕率達到*高值。當(dāng)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,*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(yīng)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(tài)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(huán)水流量計產(chǎn)品特點:
地暖循環(huán)水流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。
2.1 傳感器
根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體在磁場中切割磁力線時,在導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電勢產(chǎn)生,因此,當(dāng)導(dǎo)電的被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動時,在介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢Ex:
流量計公式一
式中:B—磁感應(yīng)強度,T;
D—導(dǎo)管直徑,即導(dǎo)體垂直切割磁力線的長度,cm;
υ——被測介質(zhì)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(guān)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(yīng)電動勢與體積流量具有線性關(guān)系,據(jù)此可以測出流量。
2.2 轉(zhuǎn)換器
地暖循環(huán)水流量計的轉(zhuǎn)換器采用勵磁方式,使流量計具有優(yōu)越的零點穩(wěn)定性和測量精確度。轉(zhuǎn)換器向傳感器提供精確的雙向恒流驅(qū)動電流,以驅(qū)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(yīng)電勢,輸入至轉(zhuǎn)化器的測量系統(tǒng),經(jīng)高輸入阻抗放大器放大、濾波和自動零點調(diào)整及增益控制后,經(jīng)高性能、高精度信號轉(zhuǎn)換,將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。
地暖循環(huán)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(dāng)測量點位于地下或者不易觀察、被測介質(zhì)液體電導(dǎo)率較低時選擇分體型:傳感器安裝在管道上,轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器之間用地暖循環(huán)水流量計專用電纜連接。當(dāng)測量點便于觀察、被測介質(zhì)電導(dǎo)率較高時通常采用一體式地暖循環(huán)水流量計:傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起直接輸出直流電流標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)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(nèi)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(huán)水流量計測量硫酸
地暖循環(huán)水流量計使用前提是被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電的,而硫酸(濃度5%~99.4%)的電導(dǎo)率在2.1×10-1~8.5×10-3(s/cm)[2],導(dǎo)電性能較好,因此選用地暖循環(huán)水流量計來測量硫酸流量是非常合適的。地暖循環(huán)水流量計電*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(huán)水流量計的材料選擇如下:測量管材質(zhì)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(nèi)壁光滑,在整個測量管內(nèi)壁涂上絕緣襯里,其中電*采用哈氏合金。
4 地暖循環(huán)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(dǎo)管內(nèi)始終充滿液體,傳感器可以安裝在U型管道的*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(huán)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(guī)定進行接線,接線應(yīng)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(huán)水流量計應(yīng)有可靠的接地;
(4)傳感器與轉(zhuǎn)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(zhì)量濃度的高濃度循環(huán)酸。從吸收塔、干燥塔,到酸冷卻器、循環(huán)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(yīng)有套管,如果不使用套管,保護管外應(yīng)有鍍層(PTFE),鍍層應(yīng)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,*選地暖循環(huán)水流量計,電磁式的電*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(shè)計了兩種形式的地暖循環(huán)水流量計;一體型和分體型。一體型地暖循環(huán)水流量計的變送器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起,用于測量便于觀察且導(dǎo)電率較高的液體介質(zhì)流量。一體型地暖循環(huán)水流量計的優(yōu)點是;輸出標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)部而減少外界干擾。分體型地暖循環(huán)水流量計將變送器和轉(zhuǎn)換器分巧安裝,中間用專用電纜連接。分體型地暖循環(huán)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(zhuǎn)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(yōu)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(jié)束語
目前,在青海硫酸裝置中,選擇用地暖循環(huán)水流量計測量硫酸的流量。地暖循環(huán)水流量計是利用電磁感應(yīng)原理制成的流量測量儀表,可用來測量導(dǎo)電率大于5μS/cm的導(dǎo)電液體。變送器幾乎沒有壓力損失,內(nèi)部無活動部件,用涂層或者襯里容易解決腐蝕性介質(zhì)對流量測量儀表腐蝕的問題。地暖循環(huán)水流量計流量檢測過程不受被測介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及流動狀態(tài)等變化的影響,沒有測量滯后的現(xiàn)象,具有測量精度高、量程比大(*大可達1000∶1)等優(yōu)點,相信在青海硫酸項目中能得到很好的應(yīng)用,同時相對準(zhǔn)確的測量硫酸流量,對提高安全生產(chǎn)和產(chǎn)品收率都是十分有效的。
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