腐蝕性污水流量計的優點及設計選型時考慮因素

摘要：介紹了腐蝕性污水流量計主要的優點和不足；工程設計中需要考慮的主要因素，主要是從被測介質的電導率，被測介質的溫度，當被測液體為酸、堿、鹽等高腐蝕性介質時的情況，當被測液體為臟污流 (兩相，漿液等) 介質時的情況，工藝介質的流速，大口徑時腐蝕性污水流量計的選擇，工藝管道材質，安裝儀表的工藝管道段的敷設位置等方面進行考慮；并介紹了現場應該如何接地；*后列舉了二個選型應用實例。
腐蝕性污水流量計的工作原理是根據法拉*的電磁感應定律，它由流量傳感器和轉換器兩部分組成。廣泛應用于測量能導電液體或液固兩相介質的體積流量，也大量用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結晶的溶液的流量，當然也可用于純水、污水等相對簡單的導電介質的流量，是一種應用非常廣泛的流量測量儀表。
1、腐蝕性污水流量計的優點
(1) 傳感器沒有阻礙流體流動的節流件，不會堵塞，非常適合用在含有固體顆粒、結晶物、泥漿或污水等的測量。
(2) 沒有附加壓力損失，對于管道壓力不高或不允許降低管道壓力降的情況非常適用，在大口徑測量中節約泵的能耗更加明顯。
(3) 僅測量管襯里和電極與被測介質接觸，易選用相應材料測量腐蝕性及磨蝕性介質。用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結晶的溶液的流量測量有很大的優勢。
(4) 是一種真實的體積流量測量儀表，儀表系數不受流體組分及物性參數(密度、粘度)、工作狀態(壓力、溫度)及電導率變化(只要在閾值以上)等的影響，它可在一種典型介質(一般為水)下校準，而用于其他介質(液體)時無需附加修正。
(5) 測量范圍大，量程比一般大于10∶1，*高可達100∶1。流速范圍一般為1～6m/s，也可擴展到0.5～10m/s。
(6) 儀表口徑系列齊全，可從幾毫米到幾米(目前已有3m產品)。對于大口徑還可采用探頭型(或叫插入式)。
(7) 安裝方便，可水平、垂直或傾斜任意角度安裝，對上游側直管段長度要求較低(一般從電極中心至上游側阻流件距離只要5倍管徑)，下游側只要3倍管徑。
2、腐蝕性污水流量計的不足
(1) 不能用于低導電率液體，如石油制品、有機溶劑等，亦不能測量氣體、蒸汽以及含有較多鐵磁性介質或大量氣泡的液體。
(2) 由于內襯材料和電絕緣材料的溫度限制，不能用于較高溫度工況；如未采取特殊處理，因測量管外結霜，也不能用于低溫介質測量。
3、工程設計中需要考慮的主要因素
3.1 被測介質電導率
腐蝕性污水流量計測量的流體必須是導電的，一般只要電導率超過閾值，即使變化也不影響測量值，但低于閾值將會增大測量誤差；通常要求液體電導率不小于5μS/cm，去離子水電導率不小于20μS/cm。
3.2 被測介質溫度
腐蝕性污水流量計一般只能用于工藝介質溫度不高于180℃的場合。選型時，要根據被測工藝介質的溫度范圍，選擇測量管內襯材料及傳感器線圈的漆包線的耐溫等級。常用測量管襯里材料有聚四氟乙烯(PTFE)，適用溫度范圍-40～+180℃；氯丁橡膠(Neoprene)，適用溫度＜65℃；聚氨酯橡膠(Polyurethane)，適用溫度＜65℃；
3.3 當被測液體為酸、堿、鹽等高腐蝕性介質時因為腐蝕性污水流量計僅測量管襯里和電極與被測介質接觸，所以只要選好這兩者的材質即可。耐酸、堿等強腐蝕性介質的襯里常選用聚四氟乙烯(PTFE)，耐磨損類如礦漿、結晶類介質的襯里可選用聚氨酯橡膠(Polyurethane)。對于電極材質的選擇，一般可查有關防腐蝕手冊，對于混酸等成份復雜的介質，應做掛片試驗。
3.4 當被測液體為臟污流(兩相，漿液等)介質時
(1)當介質含有固體顆粒時，水平安裝易使下半部內襯及電極磨損嚴重，這時選用垂直安裝較好；襯里要選用高耐磨性材料，如陶瓷或聚氨酯橡膠；電極則采取一些結構措施以防磨損漏液。
(2)測量會在管壁附著和沉淀的物質的流體時，應注意電極的污染。可選用刮刀式、可更換式。管壁的附著則可用提高流速以起到自清洗作用，或采取比較方便易清洗管道的連接方法。
(3)含有非磁性顆粒或纖維的固液兩相流時，如漿液擦過電極表面會產生尖峰噪聲，使信號不穩，可選用市電交流激磁或雙頻激磁儀表。
3.5 工藝介質的流速
儀表口徑是根據管道內平均流速而定的，通常選用與管道相同的口徑或略小些。一般工業輸水管道經濟流速為1.5～3m/s，易粘附沉積結垢物質則提高到3～4m/s或更高，礦漿等磨蝕性強的為2～3m/s。腐蝕性污水流量計的液體流速范圍可在1～10m/s之間選用。原理上，上限流速并沒有限制，滿度流量的流速下限一般為1m/s，有些產品為0.5m/s，低于此流速，從測量準確度出發應改用小管徑，以異徑管連接到管道。但加裝異徑管要注意壓力損失的問題。圖1為流量計口徑、流速與流量關系的曲線圖，計算儀表口徑時可參照。

3.6 大口徑時腐蝕性污水流量計的選擇
腐蝕性污水流量計按安裝形式可分為管道式和探頭式。一般優先選用管道式腐蝕性污水流量計；當工藝管徑較大且考慮設備費用時，或安裝時不允許管道停流的情況下，可選用探頭式腐蝕性污水流量計(精度可達0.5級)。
(1) 探頭式可裝配球閥，可在管道不停流情況下拆、裝，利于儀表的在線安裝和維護。
(2) 探頭插入深度只需很短，對管道阻力小。一般在直管段足夠長時，采用平均流速點測量法，這種方法的測量精度基本不受雷諾系數變化的影響，探頭的插入深度僅為R=0.121D；當直管段較短時，一般采用中心流速點測量法，插入深度R=0.5D(其中D為管道直徑)。
3.7 工藝管道材質
若連接儀表的管道是(相對于被測介質)金屬導電性的，不需要接電環，若是絕緣性的，則要用接地環，可用普通型，它的材質應與被測介質的腐蝕性相適應。若被測介質是磨損性的，則宜選用帶頸接地環，以保護進、出口端的襯里，延長使用壽命。
3.8 安裝儀表的工藝管道段的敷設位置
腐蝕性污水流量計的安裝形式可分為三種：一體型、分離型和潛水分離型(IP68)。一般情況選用一體型，它將流量計的傳感部分和轉換部分(表頭)裝于一體，便于安裝使用；當管道敷設的位置較高不便觀察或安裝在環境差的場合，可采用分離型，分離長度一般不超過30m；當傳感器需要安裝在井下、水下的被測現場管道上時，需要選用潛水分離型。
4、接 地
為了使腐蝕性污水流量計不受外界寄生電勢的干擾，傳感器應有良好的單獨接地線，接地電阻＜10Ω。接地方法要根據廠家的資料或技術人員指導認真執行，常規的接法是：
(1) 當腐蝕性污水流量計安裝在已接地的金屬管道上，通過腐蝕性污水流量計變送器上的接地端子實現系統電勢平衡，即通過截面積不小于6mm2的銅芯電線連接至接地端子上。
(2) 當腐蝕性污水流量計安裝在未接地的金屬管道上，2個法蘭均通過截面積不小于6mm2的銅芯電線與管道法蘭相連接，并接地；將變送器或傳感器接線盒連接至接地端子上，實現系統電勢平衡。
(3) 當腐蝕性污水流量計安裝在塑料管道或帶絕緣內襯的管道上，通過附加接地環實現系統電勢平衡，接地環通過截面積不小于6mm2的銅芯電線連接至接地端子上。
5、應用實例
5.1 管道式腐蝕性污水流量計在93%濃硫酸中的應用
工況條件如表1所示。

選型情況：*先，根據管線尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的流速為：0.53m/s。這個值比較小，至少要縮徑至流速值為1m/s以上，試選用DN65的流量計，可算出流速為：1.26m/s，這個值合適，故通徑縮二檔選用DN65檔。由于管徑不大，管道敷設位置也不特殊，故選用一體型管道式腐蝕性污水流量計。根據介質的腐蝕性和操作溫度，可選擇電極材質為哈氏合金B，襯里材質為PTFE。
5.2 探頭式腐蝕性污水流量計在高含鹽廢水中的應用
工況條件如表2所示

選型情況：根據管線尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的*小流速為：0.56m/s，*大流速為：1.32m/s。由于*小流速運行的情況很少，這個流速范圍基本能滿足腐蝕性污水流量計的測量范圍要求。由于管徑較大，考慮到費用問題，選用探頭式腐蝕性污水流量計。由于流量計要安裝在室外儀表井內管道上，故選用潛水分離型(IP68)腐蝕性污水流量計，專用連接電纜10m，變送器安裝在地面1.4m高的2'管上。根據介質的腐蝕性和操作溫度，可選擇儀表本體材質為304SS，電極材質為316LSS，襯里材質為PTFE。
6、結 論
腐蝕性污水流量計因其獨特的優點，在石化行業得到了廣泛的應用。設計選型時需要考慮的因素，除了上面介紹的主要因素，還有儀表的防爆等級、防護等級，工藝連接法蘭標準、壓力等級、供電電壓、儀表精度等。另外，做好現場安裝和現場接地也是提高腐蝕性污水流量計準確性和穩定性的重要因素。

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