硫酸是一種被廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)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(cè)量?jī)x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(guò)程中，硫酸的濃度會(huì)不斷降低，達(dá)到一定濃度界點(diǎn)之后，變?yōu)閺U硫酸排發(fā)出去。廢硫酸具有很強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)環(huán)境有很?chē)?yán)重的污染，并且也浪費(fèi)了資源。如何將這些廢硫酸進(jìn)行回收再利用，使其濃度提高以達(dá)到循環(huán)利用，成為煉油廠必須要解決的問(wèn)題。為此許多煉油企業(yè)裝配了廢硫酸回收裝置,對(duì)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(lái)檢測(cè)整個(gè)工藝過(guò)程參數(shù),比如溫度儀表、壓力儀表、流量?jī)x表、液位儀表、分析儀等。
一體式智能電磁流量計(jì)是利用法拉*電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的儀表,具有精度高、安裝簡(jiǎn)單、耐腐蝕性強(qiáng)、可靠性高、容易變更范圍等優(yōu)點(diǎn),目前在全**已經(jīng)廣泛應(yīng)用。本文通過(guò)一體式智能電磁流量計(jì)與其他流量計(jì)在精度、安裝等方面進(jìn)行選型對(duì)比,得出結(jié)論：一體式智能電磁流量計(jì)是*適合硫酸流量測(cè)量的儀表。因此在青海2.5萬(wàn)噸／年廢硫酸回收裝置設(shè)置一體式智能電磁流量計(jì)用于測(cè)量硫酸的流量,不僅提高了測(cè)量準(zhǔn)確度和精度,確保了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。文中又對(duì)硫酸裝置中儀表的選型、選材、安裝及出現(xiàn)問(wèn)題的解決辦法進(jìn)行研究。同時(shí)設(shè)計(jì)本裝置中所有的檢測(cè)儀表,將其運(yùn)用到自動(dòng)控制系統(tǒng)中,提高了整個(gè)裝置的自動(dòng)化水平。
1 測(cè)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(cè)量上的儀表材質(zhì)必須具有耐硫酸特性。硫酸是強(qiáng)氧化性酸，對(duì)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(gè)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(jià)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(duì)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(dá)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(hù)性的硫酸鐵膜層[1]。當(dāng)溫度升高時(shí)，硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕加快，其保護(hù)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(guò)102%的硫酸，溫度限度為60℃。稀硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕很大，當(dāng)硫酸濃度為47%左右時(shí)，腐蝕率達(dá)到*高值。當(dāng)硫酸濃度大于65%時(shí)，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(duì)硫酸的耐腐蝕性不好，又因?yàn)閮r(jià)格較高，所以用途有限。比如304（0Cr19Ni9）不銹鋼，僅能適用在非常稀（5%以下）或高濃度（90%以上）的硫酸中，適用溫度不應(yīng)超過(guò)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(duì)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(dá)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(diǎn)。
2 一體式智能電磁流量計(jì)產(chǎn)品特點(diǎn)：
一體式智能電磁流量計(jì)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(chǎng)中切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體中就會(huì)有感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生，因此，當(dāng)導(dǎo)電的被測(cè)介質(zhì)垂直于磁力線方向流動(dòng)時(shí)，在介質(zhì)流動(dòng)和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ex：
流量計(jì)公式一
式中：B—磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；
D—導(dǎo)管直徑，即導(dǎo)體垂直切割磁力線的長(zhǎng)度，cm；
υ——被測(cè)介質(zhì)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(jì)公式二
將式（2）代入（1）中，即得：
流量計(jì)公式3
其中D為定值，保持B不變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與體積流量具有線性關(guān)系，據(jù)此可以測(cè)出流量。
2.2  轉(zhuǎn)換器
一體式智能電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器采用勵(lì)磁方式，使流量計(jì)具有優(yōu)越的零點(diǎn)穩(wěn)定性和測(cè)量精確度。轉(zhuǎn)換器向傳感器提供精確的雙向恒流驅(qū)動(dòng)電流，以驅(qū)動(dòng)傳感器勵(lì)磁線圈。本身工作頻率由單片機(jī)控制，不受電源頻率變化的影響。由傳感器測(cè)得的微弱感應(yīng)電勢(shì)，輸入至轉(zhuǎn)化器的測(cè)量系統(tǒng)，經(jīng)高輸入阻抗放大器放大、濾波和自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整及增益控制后，經(jīng)高性能、高精度信號(hào)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。
一體式智能電磁流量計(jì)按其組裝方式分為分體型和一體型。一般情況下，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)位于地下或者不易觀察、被測(cè)介質(zhì)液體電導(dǎo)率較低時(shí)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)換器之間用一體式智能電磁流量計(jì)專用電纜連接。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)便于觀察、被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率較高時(shí)通常采用一體式一體式智能電磁流量計(jì)：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(hào)，實(shí)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(hào)電纜和激磁線的連接長(zhǎng)度，并使之勿外接，隱蔽在儀表內(nèi)部，從而減少信號(hào)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(hào)線和激磁線的布線，簡(jiǎn)化電氣連接，儀表價(jià)格和安裝費(fèi)用均有所降低。
3 用一體式智能電磁流量計(jì)測(cè)量硫酸
一體式智能電磁流量計(jì)使用前提是被測(cè)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，因此選用一體式智能電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量硫酸流量是非常合適的。一體式智能電磁流量計(jì)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，因此一體式智能電磁流量計(jì)的材料選擇如下：測(cè)量管材質(zhì)用316不銹鋼，法蘭用304不銹鋼，同時(shí)為了防止測(cè)量管被腐蝕并使其內(nèi)壁光滑，在整個(gè)測(cè)量管內(nèi)壁涂上絕緣襯里，其中電*采用哈氏合金。
4 一體式智能電磁流量計(jì)安裝
4.1  傳感器的安裝
為了使儀表可靠測(cè)量，安裝時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
（1）為使傳感器測(cè)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(kāi)震動(dòng)大、電磁干擾大、周?chē)h(huán)境有高濃度腐蝕性氣體的場(chǎng)合；
（4）保證測(cè)量管與工藝管道同軸。
4.2 電氣連接
（1）確認(rèn)電纜型號(hào)后，按其規(guī)定進(jìn)行接線，接線應(yīng)正確、牢靠；
（2）電纜盡量少剝線，如果必須時(shí)注意保護(hù)其絕緣層；
（3）一體式智能電磁流量計(jì)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(zhǎng)度一般不超過(guò)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(cè)量應(yīng)有套管，如果不使用套管，保護(hù)管外應(yīng)有鍍層（PTFE），鍍層應(yīng)至法蘭密封面。壓力儀表的測(cè)量原件選用哈氏合金。液位計(jì)選用非接觸式雷達(dá)液位計(jì)；如果有就地測(cè)量液位計(jì)，則選擇帶金屬襯里。流量測(cè)量，*選一體式智能電磁流量計(jì)，電磁式的電*和襯里能滿足所有硫酸工況的需要。控制閥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(jì)了兩種形式的一體式智能電磁流量計(jì)；一體型和分體型。一體型一體式智能電磁流量計(jì)的變送器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起，用于測(cè)量便于觀察且導(dǎo)電率較高的液體介質(zhì)流量。一體型一體式智能電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是；輸出標(biāo)準(zhǔn)流量信號(hào)、縮短專用電維長(zhǎng)度和激磁線的連接長(zhǎng)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。分體型一體式智能電磁流量計(jì)將變送器和轉(zhuǎn)換器分巧安裝，中間用專用電纜連接。分體型一體式智能電磁流量計(jì)常用于地下水管線的測(cè)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(duì)比分體型還有其他優(yōu)勢(shì)：縮短專用電纜和激磁線的布線，簡(jiǎn)化電氣連接，從而使降低了儀表價(jià)格和安裝費(fèi)用。
6 結(jié)束語(yǔ)
目前，在青海硫酸裝置中，選擇用一體式智能電磁流量計(jì)測(cè)量硫酸的流量。一體式智能電磁流量計(jì)是利用電磁感應(yīng)原理制成的流量測(cè)量?jī)x表，可用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電率大于5μS/cm的導(dǎo)電液體。變送器幾乎沒(méi)有壓力損失，內(nèi)部無(wú)活動(dòng)部件，用涂層或者襯里容易解決腐蝕性介質(zhì)對(duì)流量測(cè)量?jī)x表腐蝕的問(wèn)題。一體式智能電磁流量計(jì)流量檢測(cè)過(guò)程不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及流動(dòng)狀態(tài)等變化的影響，沒(méi)有測(cè)量滯后的現(xiàn)象，具有測(cè)量精度高、量程比大（*大可達(dá)1000∶1）等優(yōu)點(diǎn)，相信在青海硫酸項(xiàng)目中能得到很好的應(yīng)用，同時(shí)相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量硫酸流量，對(duì)提高安全生產(chǎn)和產(chǎn)品收率都是十分有效的。