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淺析電磁流量計在鹽湖化工中的選型應用

來源:作者:發表時間:2017-11-14 10:46:48

         我國是一個多鹽湖的國家,境內分布有四大鹽湖,即青海茶卡鹽湖、青海察爾汗鹽湖、山西運城鹽湖和新疆巴里坤鹽湖。鹽湖除了富含鹽類以外,鉀、鎂、鋰、硼、銣、銫、溴等礦產資源也非常豐富,開發價值高。圍繞鹽湖資源的開發利用形成了一大批鹽湖化工企業,逐漸形成體系完備、標準化程度高的鹽湖工業群。

 
        隨著科技的發展,現代測量儀表在鹽湖化工生產中有這非常廣泛的應用。流量型儀表屬于自動化儀表的一部分,廣泛用于鹽湖化工企業生產的各個環節。鹽湖化工企業的生產環境通常都是強酸、強堿型的,條件惡劣,因此所有傳送管道都具有很好的防腐性能。眾所周知,沒有任何一種儀表可以適用于所有應用場景場合,所以根據測量對象和測量目錄正確選擇合適的測量儀表非常重要,能夠將儀表的性能正確發揮到最大,提高生成效率。鹽湖化工原料的電導率高,生產環境溫度通常在-30℃~90℃之間。考慮到這電磁流量計種工作狀況,鹽湖化工企業通常選用電磁流量計。相對于質量流量型、超聲波型和差壓型等其他流量計,電磁流量計具有測量精度高,使用壽命長,易于維護等優點。電磁流量計具有很好的性能,需要根據電磁流量計的性能合理地選型、正確地使用。
 
概述
        青海鋰業公司為鹽湖化工企業,主要生產碳酸鋰硼酸、鉀肥等鹽湖化工產品,原料為曬制鹵水,此鹽湖屬硫酸亞性高鎂鋰比鹽湖,在鹽湖化工生產中產品齊全,也具有代表性。根據鹽湖化工原料特性,闡述電磁流量計選型。鹽湖化工原理的特點為電導率高(平均在150ms/cm),強腐蝕,易結晶。生產過程中所需要的輔料主要強酸、強堿。生產車間的管道都為防腐塑料材質,生產環境溫度最高為90℃,最低為-30℃。鑒于以上工況,在鹽湖化工中電磁流量計比其他流量計具有精度高、壽命長、維護方便、性價比高的有點,在鹽湖化工中主要在反應釜的定比例投放、貿易計量、體積計量等方面。
 
1 電磁流量計簡介
 
        電磁流量計是過程自動化儀表與裝置中的重要的儀表之一,屬于能源型計量器具。電磁流量計的工作原理基于法拉第電磁感應定律[6]。根據物理學原理可知,當導體在磁場里做運動切割磁感應線時,磁通量發生變化,導體兩端產生感應電勢,感應電流激發的磁場要阻礙原磁通的變化,感應電動勢e的方向由右手定則確定。我們記磁場的磁感應強度為B,運動導體在磁場中的有效長度為L,導體的運動速度為u,則感應電動勢為e=Blu。
 
        在鹽湖化工生產中使用的電磁流量計的主要結構包括天然磁場磁路系統、測量電極、基于非導磁材料的測量外殼、襯里材料、測量導管和傳感器型轉換器等部分[7]。在管道外面安裝有一對磁極N和S,流動的導電生產材料就處在激發的磁場之中。當系統處于工作狀態時,即導電液體流動時,流動的導電液體切割磁感應線,產生感應電動勢。通常磁感應強度是固定的,此時感應電動勢的正比于測量管道直徑和平均流速,產生的感應電動勢經電極檢測后送到處理電路。上述部分可以分為流量傳感器和信號轉換器兩部分,其中流量傳感器用來采集數據,將流過的被測導電液體的流量轉換為感應電勢;信號轉換器將經過電極產生的毫伏級電壓信號放大到電路可以處理的數量級,經信號處理后得到實時流量[8]。控制系統通過實時數據對生產過程進行調節。輸出信號不受被測液體的溫度、壓強和黏度等物理性質的影響,因此電磁流量計可以認為是一種體積型儀表。
 

2、電磁流量計選型
2.1、口徑的選擇
        電磁流量計口徑選擇不一定與管徑相同,應視流量和流速而定。但作為鹽湖化工原料及中間料液具有粘度大,流速較低(一般在2.0~4.0m/s)的特性,三暢電磁流量計用在這樣的管道上,傳感器口徑與管徑相同即可。如流速低于1.0m/s時,可以選擇適當流速口徑的電磁流量計,保證測量精度相對減少投資。

鹽湖化工電磁流量計的電極和襯里腐蝕性表格以及電磁流量計在鹽湖化工的選型


2.2、流速、量程的選擇
        鹽湖化工基本都為防腐塑料管道,并且考慮流量計的襯里,一般流速控制在2m/s為宜。對于有些易結晶的物料(如碳酸鈉溶液、配料液:結晶主要是硼鎂復鹽),因采取措施將流速提高到3.0~4.0m/s。流速提高流動噪聲會增加,出現管道的振動影響精度,在滿足電磁流量計安裝條件下,前后應安裝減震器。儀表滿量程大于預計的最大流量值,一般為預計最大流量的1.2倍。正常測量流量大于儀表滿量程的50%,以保證一定的測量精度。
2.3、電極和襯里的選擇
        對于不產生結晶、結塊、結垢等不沾污電極的介質則選用標準電極,否則選用刮刀電極。鹽湖化工中除純堿溶液、配料液(硼鎂復鹽的結晶)、洗滌液等容易結晶的選用刮刀電極的三暢電磁流量計外,其余選用標準電極電磁流量計。由于車間工藝管道基本都為塑料絕緣材質,若選用二電極的電磁流量計必須配置接地環,保證測量精度。然而普通的接地環易腐蝕,采用耐腐蝕鈦或鉭接地環成本高,故選擇三電極電磁流量計,保證測量精度,降低成本,安裝維護方便。
2.4、流量計類型選擇
        電磁流量計的類型分為:一體型電磁流量計和分體型電磁流量計,冬季最冷時溫度可達-30℃,諸多計量的電磁流量計在室外,鋰系統和硼系統生成中鎂鋰分離、壓濾、洗滌工序的環境濕度較大。精致、蒸發、轉化等工序溫度最高達90℃。故濕度大、低溫、高溫流體、有振動源等工況選擇分體式電磁流量計,有效防止對測量元件影響,保證測量精度和電磁流量計的使用壽命。但要注意,在選擇電磁流量計傳感器和變送器之間的信號電纜時不應過長,并要使用廠家專用的電源,否則會影響測量精度。其余的工況則選擇一體式較為理想。
2.5、壓力和溫度的選擇
        管道中流體的實際工作壓力要小于流量計的額定工作壓力,要注意管道中是否有負壓,如蒸發工序,負壓高達-60kpa,此類工況要在訂貨時與廠家技術人員進行溝通,對襯里材質要做嚴格的要求。實際溫度要符合三暢流量計規定的溫度要求。
2.6、供電電源的選擇
        電磁流量計電源的選擇要根據流量計本身和現場的環境進行選擇,如現場容許情況下,引電源方便、安全、維護方便為原則。作為鹽湖化工企業,90%以上原料和過程環節都為液相。運行時,車間內部濕度較大,并且整個運行中無可燃氣體產生,因選用DC24V供電較為安全。室外干燥環境,選擇AC220V電源,引線方便,好維護,降低成本。有些防爆場合,如燃氣鍋爐房使用的流量計,選擇電池供電電磁流量計較為理想。
2.7、防護等級的選擇
         電磁流量計防護頂級應根據實際情況來選擇,傳感器要求裝在地面以下、經常受水淹的情況下應選擇IP68,傳感器安裝在地面以上應選擇IP65、IP67。任何情況下電磁流量計的顯示部位是不能用水或者進入水中的,如此會導致電磁流量計損壞。作為鹽湖化工企業,車間生產是濕度大,但IP65(IP65為防噴水型,電磁流量計傳感器外殼允許水龍頭從電磁流量計的傳感器的任何方向對傳感器噴水。噴水壓力在30kpa,出水量為12.5L/S,距離為3米。)防護等級的電磁流量計完全滿足現場測量的要求。
2.8、連接方式的選擇
        電磁流量計有螺紋連接、法蘭連接、卡箍式等,在鹽湖化工中一般選用法蘭連接的電磁流量計,選型時必須和工藝配對法蘭工程壓力和標準一致。
3、結論
        隨著國內儀表行業成熟,碳酸鋰、硼酸、鉀肥等鹽湖化工企業也將和國內接軌走向市場,電磁流量計作為一種重要的工業流量測量儀表,要想在DCS控制中發揮作用,合理正確的選型尤為重要,才能給企業提供精確的測量數據,降低勞動成本,提高生產效益。

作者:三暢電磁流量計

版權:青海鋰業有限公司:李顯君、解占孝、姜普、孫志強

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