摘要:著重介紹了電磁流量計(jì)的原理、分類、特點(diǎn)及其安裝維護(hù),并將其在化工領(lǐng)域的發(fā)展做了相應(yīng)的分析,同時(shí)重點(diǎn)探討了在實(shí)際石油化工工程項(xiàng)目中電磁流量計(jì)的典型應(yīng)用案例。以MTO裝置(甲醇制烯烴裝置)堿液、氨液、漿液管道和共用工程管道為工程背景,為電磁流量計(jì)的正確配置、選型提供了可行的參考方案。
　　在石油化工生產(chǎn)過程中,至關(guān)重要的環(huán)節(jié)就是流體流量參數(shù)的檢測(cè)與控制,關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)過程的安全與質(zhì)量。所以針對(duì)流量測(cè)量,如果能做到更為高效、快速、及時(shí)、正確,就可以較為顯著地提高產(chǎn)品的品質(zhì)、降低企業(yè)的成本、提升企業(yè)安全生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保的能力。
　　電磁流量計(jì)傳感器沒有活動(dòng)部件,具有無阻力,無壓損的優(yōu)點(diǎn),用于流量測(cè)量,可以盡可能減小工藝管道內(nèi)的阻力,且測(cè)量范圍大,測(cè)量精度高,符合現(xiàn)代工藝所倡導(dǎo)的綠色、節(jié)能、降耗的特點(diǎn),因而電磁流量計(jì)在石油化工行業(yè)內(nèi)得到較為廣泛的認(rèn)可,成了業(yè)內(nèi)用量較大的流量儀表。但是電磁流量計(jì)也有著自身的使用、安裝局限,所以以MTO裝置堿液、氨液、漿液管道和共用工程管道為工程背景,對(duì)電磁流量計(jì)的選型和應(yīng)用進(jìn)行了探討。
1測(cè)量原理
　　電磁流量計(jì)的工作原理簡單來講就是基于電磁感應(yīng)定律。工藝管道中的導(dǎo)電液體流過電磁流量計(jì)的磁感線時(shí),由于導(dǎo)電液體切割磁感線,導(dǎo)電液體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),流量計(jì)中的傳感器會(huì)把電動(dòng)勢(shì)測(cè)出,由轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換計(jì)算出相應(yīng)的流量,達(dá)到測(cè)量目的。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向、磁場(chǎng)的方向、導(dǎo)電液體的流動(dòng)方向這三者是互相垂直的,如圖1所示。
 
　　感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U的計(jì)算公式如下:
U=kBDv
　　式中:U為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V);h為系數(shù);B為磁感應(yīng)強(qiáng)度(T);D為測(cè)量管內(nèi)徑(m);υ為導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的平均速度(m/s)。
2分類
(1)電磁流量計(jì)按勵(lì)磁方式進(jìn)行分類,有直流、交流、矩形.波勵(lì)磁等。20世紀(jì)80年代以后,石油化工行業(yè)比較常用的是低頻矩形波勵(lì)磁,它具有功耗小，穩(wěn)定性高，可抗工頻干擾,性價(jià)比高等特點(diǎn)。但是未來的電磁流量計(jì)的發(fā)展方向會(huì)是雙頻矩形波勵(lì)磁,這種勵(lì)磁方式橫河公司已率先應(yīng)用于流量計(jì),它在低頻的基礎(chǔ)上疊加了高頻矩形波,這種形式使得流量計(jì)的快速響應(yīng)性得到了進(jìn)一步提升,穩(wěn)定性和精度上也更優(yōu)。
(2)按組裝形式進(jìn)行分類,有分體型和一體型。目前石油化工行業(yè)更為常用的是一體型,但是當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣例如井下.有強(qiáng)力振動(dòng)的管道,或者轉(zhuǎn)換器需要安裝在巡檢人員更易接近的場(chǎng)合就更需要分體型電磁流量計(jì)。
(3)按與管道的連接方式分類,有法蘭型、插人型、夾持型.等。法蘭連接是傳統(tǒng)的連接方式同時(shí)也是石油化工行業(yè)最為常用的連接方式。但是在一些管道相對(duì)較粗,或者安裝條件嚴(yán)苛的情況下,插人式流量計(jì)體積更小更有利于維護(hù)則更適用。
(4)按電極與被測(cè)液體是否接觸分類,有接觸型和非接觸型。目前石油化工行業(yè)常用的還是接觸型的電磁流量計(jì)。但是這種傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)對(duì)所測(cè)的液體有電導(dǎo)率的最低要求，且對(duì)一些黏度較大，易沉積的流體測(cè)量較為困難,未來需要打破這種局限,非接觸型電磁流量計(jì)將會(huì)是發(fā)展趨勢(shì),所以電容式電磁流量計(jì)也就應(yīng)運(yùn)而生了。在國外,一些大的流量計(jì)公司可提供此類產(chǎn)品如Fisher.橫河、Krohne等。但是其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、信號(hào)的檢測(cè)仍是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵,且有待進(jìn)一步優(yōu)化。也正是因?yàn)檫@些成本、技術(shù)上的難點(diǎn),電容式流量計(jì)距離大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)還有一定的距離。
3適用范圍和主要特點(diǎn)
　　電磁流量計(jì)廣泛用于導(dǎo)電液體的測(cè)量,可以測(cè)量像其他儀表不容易測(cè)量的一些酸、堿、鹽等易結(jié)晶腐蝕的溶液,也可以測(cè)量漿液等對(duì)流量計(jì)磨損性大的液固介質(zhì)。當(dāng)然也可以測(cè)量相對(duì)簡單的純水、污水等液體。其主要特點(diǎn)如下:
(1)常用的法蘭式電磁流量計(jì)的測(cè)量管是一段無阻流檢測(cè)件的直管,因而基本不會(huì)造成壓損,節(jié)能效果相對(duì)好。特別是在工藝管道壓力不高或工藝對(duì)儀表壓損有限制時(shí)采用更有利。
(2)傳感器結(jié)構(gòu)可靠。因無阻流檢測(cè)件,也不會(huì)堵塞。石油化工行業(yè)中液體中經(jīng)常會(huì)含有催化劑、結(jié)晶物等固體顆粒，所以電磁流量計(jì)在測(cè)量液固兩相流體的情況下也是有利的。
(3)測(cè)量范圍大。電磁流量計(jì)的量程比常規(guī)大于10:1,最高可達(dá)100:1,優(yōu)勢(shì)明顯,且可任意改變量程。流速范圍一般為1~6m/s,也可擴(kuò)展到0.5~10.0m/s。
(4)電磁流量計(jì)所測(cè)體積流量與流體的自身特性無關(guān)，也就是說流體的溫度、壓力、密度、黏度等不影響其測(cè)量結(jié)果。設(shè)液體體積流量為Qv,Qv=πD²υ/4,根據(jù)U=hBDυ,可以確定U=4kBQυ/πD。由此得出,U與Q、呈線性關(guān)系,流體的體積流量與介質(zhì)的物性無關(guān)。所以電磁流量計(jì)在測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的體積流量之前只要用最簡單的液體水標(biāo)定即可,無需修正。當(dāng)然,這是在比較理想的狀態(tài)下的結(jié)論,工程上一般可以采用近似的方法進(jìn)行計(jì)算,對(duì)于實(shí)際存在的偏差,可以通過儀表的標(biāo)定來進(jìn)行彌補(bǔ)。.
4安裝及維護(hù)
4.1接地
　　由于電磁流量計(jì)測(cè)量的電勢(shì)相對(duì)比較微弱,有一點(diǎn)干擾可能會(huì)影響測(cè)量結(jié)果,所以要良好的接地以保障其穩(wěn)定工作。通常接地是通過接地環(huán)或用金屬導(dǎo)線連通來實(shí)現(xiàn)
(1)接地環(huán)安裝于流量計(jì)的法蘭面上,其內(nèi)孔和導(dǎo)電液體接觸,環(huán)的邊緣用導(dǎo)電材質(zhì)接出并與轉(zhuǎn)換器信號(hào)連通。接地環(huán)的材料也要能耐流體的磨損與腐蝕,通常與電極材質(zhì)一致。
(2)安裝在金屬管道中的電磁流量計(jì),在傳感器法蘭和用戶法蘭之間采用金屬導(dǎo)線連通,作為接地的安裝方式。
4.2直管段要求
　　在實(shí)際應(yīng)用中,電磁流量計(jì)前后直管段都有一定的要求來減少誤差。根據(jù)石油化工行業(yè)的經(jīng)驗(yàn),大部分場(chǎng)合,前直管段大于等于5D,后直管段大于等于3D即可。但是在某些安裝條件嚴(yán)苛，空間常常無法滿足的情況下,后直管段大于2D也能滿足測(cè)量要求。
4.3安裝位置
(1)電磁流量計(jì)不能用于低導(dǎo)電率液體測(cè)量(電導(dǎo)率不低于5x10-6S/cm的流體,例如石油化工行業(yè)中的石油制品、除鹽水、有機(jī)溶劑等。也不能測(cè)量氣體、蒸汽以及黏度特別大的液體。
(2)由于電磁流量計(jì)一般不用于較高、較低溫度工況。如.不可避免,可參考表1~2對(duì)電極和襯里的材料做相應(yīng)的選擇。
(3)電磁流量計(jì)安裝的管道應(yīng)是介質(zhì)完全充滿的管道,保證電極浸入。
(4)電磁流量計(jì)的測(cè)量管中如果出現(xiàn)氣體聚集或有氣泡現(xiàn)象時(shí),此時(shí)測(cè)量誤差會(huì)增大,所以要盡量將流量計(jì)安裝于低位，盡量避開安裝在管道的最高點(diǎn)。
(5)盡量避免安裝在有振動(dòng)的地方,如果不可避免,可選擇加固管道和傳感器,以減輕振動(dòng)帶來的影響。
(6)盡量避免安裝在電磁場(chǎng)或者電磁場(chǎng)變化劇烈的地方，如大型變壓器、電機(jī)等強(qiáng)電磁設(shè)備附近(5)
(7)當(dāng)選擇插入電磁流量計(jì)且管道是水平或傾斜時(shí),探頭插入的位置應(yīng)在管道中心線平面上下45°的范圍內(nèi),且探頭的中心線應(yīng)與管道中心線垂直。
5應(yīng)用案例分析
5.1在MTO裝置中的應(yīng)用
　　以甲醇制烯烴裝置(MTO裝置)為例，介紹在實(shí)際石油化工行業(yè)中電磁流量計(jì)的若干應(yīng)用。在設(shè)計(jì)中分別在自烯烴分離裝置流人的20%堿液管道、氨水管道、至廢液處理單元循環(huán)漿液管道上設(shè)置電磁流量計(jì)。這些管道中介質(zhì)的特點(diǎn)是:臟、污流體,且具有一定的腐蝕性磨損性,并且均為導(dǎo)電流體。同時(shí),工藝管道壓力普遍不高,壓力損失盡量小，且要求儀表測(cè)量精度又相對(duì)較高。鑒于上述工況特點(diǎn)及要求,選用了電磁流量計(jì)來滿足工藝測(cè)量。由于電磁流量計(jì)電極和襯里與介質(zhì)直接接觸,根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況,尤其是介質(zhì)的特性,選擇合適的電極材料和襯里材料尤為關(guān)鍵。
5.1.1根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性特性選擇電極材料
　　電磁流量計(jì)中的電極起著重要的傳輸電信號(hào)的作用。電信號(hào)的傳遞是否正確,關(guān)系到整個(gè)電磁流量計(jì)精度、精度,是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而信號(hào)傳遞的正確率主要的影響因素是電極表面質(zhì)量及材料性能,所以不同的介質(zhì)流量應(yīng)選擇與之相適應(yīng)的電極材料,這樣才能盡可能保證測(cè)量的正確率,同時(shí)延長整個(gè)流量計(jì)的使用壽命。表1是石油化工行業(yè)常見電極材料的耐腐蝕性能,針對(duì)上述裝置,20%堿液和氨液屬于強(qiáng)腐蝕介質(zhì),選用哈氏合金作為電極材料。循環(huán)漿液的腐蝕性不高，則選用304L不銹鋼作為電極材料,這樣選擇滿足測(cè)量要求正確率和經(jīng)濟(jì)性要求,儀表運(yùn)行至今效果良好。
 
5.1.2根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的磨損性及溫度來選擇村里材料
　　襯里敷設(shè)于流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)側(cè),襯里必須是電絕緣材料。根據(jù)表2石油化工行業(yè)常見襯里材料的性能,在20%堿液管道、氨水管道上,電磁流量計(jì)選用PTFE作為襯里材料,介質(zhì)的溫度也在PTFE的適用范圍之內(nèi)。PTFE是石油化工行業(yè)比較常用的襯里材料。但是循環(huán)漿液因?yàn)榻橘|(zhì)可能含有催化劑等雜質(zhì),選擇聚氨酯橡膠性能尚可,且耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍，但是它的缺點(diǎn)是耐溫太低;氯丁橡膠更適合大口徑的傳感器，所以針對(duì)循環(huán)漿液就最好選用PFA作為襯里材料,提高其耐磨性。這種選擇使得裝置運(yùn)行效果安全且高效。
 
5.2在公用工程部分的應(yīng)用
　　目前正在建設(shè)中或已建成的石油化工裝置中,公用工程部分循環(huán)冷水管道、新鮮水管道通常選用電磁流量計(jì)來測(cè)量流量。管道的主要特點(diǎn)是:循環(huán)冷水管道工藝管徑大、壓力低、水中含有氯化物等腐蝕性介質(zhì);且循環(huán)冷水管道和新鮮水管道經(jīng)常敷設(shè)在地面以下。這就要求流量計(jì)首先安裝方便,電磁流量計(jì)可水平.垂直或傾斜任意角度安裝。但是在這種場(chǎng)合選用電磁流量計(jì)需注意:
(1)需維護(hù)方便,電磁流量計(jì)應(yīng)選用分體式,傳感器裝于工藝管道,轉(zhuǎn)換器可裝在傳感器附近或儀表室,相距數(shù)十到數(shù)百米。這樣,轉(zhuǎn)換器既可放在地面以上,也可遠(yuǎn)離相對(duì)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,電子部件的檢查、調(diào)整和設(shè)定比較方便。但是在安裝過程中,對(duì)敷線的要求就比較嚴(yán)格,否則易引人干擾信號(hào)。
(2)根據(jù)國標(biāo)CB/T4208-20176],關(guān)于外殼防護(hù)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)為:IP65為防噴水型,IP66為防止猛烈噴水型,IP67為短時(shí)間防浸水型,IP68為連續(xù)浸水型，能長期在水中工作。循環(huán)冷水管道和新鮮水管道常敷設(shè)在地面以下,一般會(huì)設(shè)置儀表井來安裝電磁流量計(jì)的傳感單元,因此此種工況下,電磁流量計(jì)的傳感器的外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)選IP68。
6結(jié)束語
　　電磁流量計(jì)具有精度高、可測(cè)范圍大、壓損小、可靠性好、使用方便、維護(hù)量小等特點(diǎn),在石油化工行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但同時(shí)也因?yàn)槠浔旧淼?-些局限性,要求用戶在正確地選擇和應(yīng)用電磁流量計(jì)之前應(yīng)充分掌握測(cè)量工況的各項(xiàng)條件及其流量計(jì)本身的各項(xiàng)要求。只有這樣才能正確地選擇、應(yīng)用電磁流.量計(jì),保證測(cè)量精度,為安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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