本文为针对产氯碱10万t的大型化工企业生产过程中的分析,本化工厂长期以来一直采用槽位计算法来进行淡、浓碱产量的测量，因为贮槽的横截面较大，标尺分度准确度较差，导致计算出来的产量的准确性很不稳定，但又无法做到时时计算，对淡、浓碱的产量难以控制，此问题困扰生产部门很久，一直未得到有效解决。2000年公司在扩大产能的时候，为了解决这个问题，达到计量淡、浓碱产量的目的，新上了两台电磁流量计。但是很快发现，在测量过程中，偶尔也会出现计量不准的问题。公司组织技术人员对于原因进行探究，得到出的结论，许多问题的产生不单单从仪表本身引起的，许多外部的工况环境也是引发计量不准的重要原因，只有这样，才能做到标本兼治，从根本上解决仪表测量不准的问题。
对于流量仪表来说，产品在投入生产后由于使用条件的限制很难对它进行检定与校准,因而精心地安装与正确地使用是保证计量准确可靠的先决条件。
本文即是针对于电磁流量计仪表的测量特点和在生产中应用中出现的问题进行分析，找出产生问题的原因，这一方法对于其他的用户也有一定的借鉴意义。
1 电磁流量计的测量原理
电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律的原理工作的。被测介质应是导电液体。在垂直于介质流向的一个区间里存在由变送器所产生的磁感应强度为B的稳定磁场,平均流速为v的导电流体在流经磁场区域时,作切割磁力线运动。于是在与管道横截面平行且垂直于磁力线方向的两根检测电极上,就产生了感应电压U。根据电磁感应定律得出:
U= k B v D (1)
式(1)中:U为感应电压;k为仪表常数;B为磁感应强度;v为介质的平均流速;D为仪表管内直径。
由公式(1)可知,B和D是不变的,k为一常数。因而U只与v成正比,只要测出感应电压U的大小,就能测出介质的平均流速v。流体的体积流量公式为:
其中:Q为介质的体积流量。
根据公式(2)可知Q与v是成正比的一一对应函数,那么U与Q也是成正比的一一对应函数,即测出了感应电压U也就测出了介质的体积流量Q。
2 电磁流量计的优点
(1)电磁流量计管内无节流或可动部件,无压力损失,节约能源。特别适用于测量液固两相介质(如悬浮液体)。
(2)只有衬里和电极与介质接触,只要选好两种材料,就可达到防腐防磨的目的,长时间使用,仪表准确度不会降低,与椭圆齿轮流量计相比,其准确度的稳定性要好得多。
(3)测量时只与介质的平均流速有关,而与介质的流态(层流或紊流)、温度、粘度、密度、压力及电导率(在一定范围内)的变化无关。因此,电磁流量计只需用水标定后,就可用它测量其它导电液体或固液两相介质的流量,而无需修正。
(4)量程比宽,可达1 100,而且可以任意改变量程。
(5)无机械惯性,反应灵敏,可测量瞬时脉动流;且线性好,可直接等分刻度。
(6)从检测电极向前,只需5 D的直管段,不需太大的安装空间。而其它流量计一般需要10 D或10 D以上的直管段,对安装空间要求较严,否则无法保证测量准确度。
3 电磁流量计的安装
(1)从理论上讲,传感器可以安装在运行管道的任何位置。但要求传感器内必须完全充满介质,这一条至关重要。检测电极的轴线应处于水平位置,以防粘污,并能排除由气泡接触引起的损失。
(2)传感器的周围不能有较强的干扰电磁场。
(3)传感器及其密封件、接地环的安装要与管道同心,不能向内凸出。
(4)测量准确度与传感器的接地效果有很大关系,电磁流量计对外加电势的干扰很敏感。因而它的接地电极必须是独立接地极。接地的目的是让流经传感器内的导电流体与地等电位,而不是管道壁接地。
4 电磁流量计的选型、安装及使用情况
4.1 电磁流量计的选型原则
(1)考虑口径与量程,电磁流量计的量程虽然是任意设定的,但其设定的范围受口径的限制。量程的设定要考虑正常流量超过满量程的一半,这样的测量精度才高。流速一般选择2～ 4 m/s,如介质易磨损电极,可选择稍低的流速;如介质较易粘附,可选择适当稍高的流速。综合考虑后根据流率表选择仪表的口径。
(2)考虑介质的压力、温度及腐蚀性,依此选择不同的内衬和电极材料。
4.2 我公司的具体选择与安装
由于被测介质是温度低于100的淡碱和浓碱,对不锈钢电极的腐蚀很微弱,但对各种橡胶类内衬有腐蚀作用,因而我们选用聚四氟乙烯内衬。考虑到以后再扩产,我们将口径选为150 mm。我公司具体所选用的电磁流量计规格型号为:K300-(150)11431021,口径为150 mm,标准型,钼二钛电极,聚四氟乙烯内衬,高工作压力1.6 MPa,无接地环,输出4～ 20 mA,准确度等级1.0级。安装在水平管道上,前后有足够长的直管段,接地极独立,接地良好。
用于输送淡碱的泵有2台,量程都是100 m3/h,扬程50 m,采用单泵间断方式输送淡碱。流量计的量程设定为160 m3/h。从流率表上查出口径150mm、平均流速v= 1 m/s时的流量为63.617 m3/h。
m/s,稍偏低。如将流量计量程改为250 m3/h,双泵同时开时正常流量在200 m3/h连续输送,效果可能会更好。但由于产量限制只能间断输送。
4.3 以淡碱流量计为例说明流量计的使用情况
流量计刚投入使用时,与槽位推算的数进行比较,每班表计产量与推算产量仅差1 t,误差较小。而在以后的几个月中却发现有较大的偏差。表1是半年的表计产量(折100%)与推算产量(折100%)的比较。
从表1可以看出,开始安装流量计时的1月份,表计与推算的差不大,全月仅差101.1 t。这里是把推算数当作标准了,其实推算数的误差较大,差的这101 t很难说是什么原因造成的。而2月份的差值却大得惊人,达1 133.7 t,4～ 6月又成了负偏差。
我们先从流量计的安装与参数设定等情况查找原因,没发现问题。于是我们又找来原始记录进行认真地分析,终于找出了出现偏差的原因。原来在2月份因烧碱产量有所扩大又新上了一台200 m3/h的淡碱泵,排序为1#泵。从电解工段2月份的交接班记录上查到:
2月1日8～ 16点:3#泵改为2#;
2月4日8～ 16点:2#泵改为1#;
2月7日8～ 16点:1#泵改为2#;
2月9日8～ 16点:2#泵改为3#;
而1#泵为200 m3/h,2#、3#泵为100 m3/h。
从蒸发工段的运行日志上查到:
2月3日:全天表计淡碱产量876 m3;
2月4日:全天表计淡碱产量2 298 m3;
2月5日:全天表计淡碱产量3 305 m3;
2月6日:全天表计淡碱产量3 028 m3;
2月7日:全天表计淡碱产量1 695 m3;
2月8日:全天表计淡碱产量962 m3。
两处记录对照可以看出,200 m3/h大泵的投运时间是2月4～ 7日,淡碱流量非常大,是正常量的近4倍。2月7日白班改用2#泵即100 m3/h泵后流量才在8日恢复正常。这说明仪表超量程是造成误差很大的原因,此时仪表已经无法使用。由于工艺人员对仪表不了解,在增加大泵时没有及时通知仪表人员改仪表量程。直到3月中旬仪表人员查出原因后,用倍增法将量程改到320 m3/h,这样才满足了大泵的要求,而对小泵来说单泵打液量仅为满量程的30%,又造成在开小泵时仪表计量偏低,因而造成4～ 6月的负偏差。直到7月将量程再改到250 m3/h,并规定开大泵时只开1个,开小泵时2泵同时开。
通过对下半年几个月表计产量及推算产量的跟踪分析,我们认为取得了比较好的效果。每月两数偏差在100 t以内,一般是表计产量偏高。分析原因可能是流量计安装在水平管线上,但由于管线长达数百米,安装处不一定是管线的较低点,在开停泵时很可能有不满管现象,造成计量偏高。随着产量的进一步扩大,到可以连续开泵输碱时,计量准确度会更高。
5 结论
从以上分析可知,即便是准确度再高的电磁流量计,也必须正确地使用。流量计不准并不一定是仪表本身的原因,与使用过程有很大的关系,甚至是决定因素。仪表维护人员在选择、使用、维护仪表时,不能单从仪表本身考虑,而要全面考虑工艺、设备等方面的性能是否满足仪表正常使用时的要求。只有这样才能发挥每台仪表应有的功能,为生产、经营提供准确可靠的计量数据。
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