氯碱行业流量仪表选型探讨,流量仪表性能特点

1、引言

氯碱行业生产的特点是环境恶劣，腐蚀性强，易燃易爆。流体介质的总类繁多。液体介质主要有蒸汽、软水、工业用河水、自来水、生产污水、烧碱、盐水、次氯酸钠、二氯异氰尿酸钠等；气体介质主要有氢气、氯气、氮气、乙炔、氯化氢气体、单体等等。流体的物理性质和化学性质相差很大，流体的输送管道由DNl5DNl000不等，流体流量范围波动较大，所以在氯碱行业中，为适应不同流体介质的不同要求，必须选用满足流体特性的流量仪表。要实现流量的准确和可靠的测量，流量仪表的正确选型是至关重要的。下面作者就十多年对流量仪表设计选型的体会和经验作一些总结。

2、流量仪表选型的原则

2.1 流量仪表的分类

流量仪表按测量方法一般可分为速度式流量仪表、容积式流量仪表和质量流量仪表三大类。

(1) 速度式流量仪表

速度式流量仪表是以直接测量封闭管道中满管流流动速度为试验方法的流量计。一般包括：涡轮流量计、涡街流量计、旋进涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、分流旋翼式流量计、激光多普勒流量计、插入式流量计、差压式流量计、转子流量计等。我们现场上用得*多的就是速度式流量仪表。

(2) 容积式流量仪表

容积式流量仪表就是在单位时间里直接测量通过管道的流体体积。一般包括：椭圆齿轮流量计、刮板式流量计、旋转活塞式流量计。

(3) 质量流量仪表

质量流量仪表是用于计量流过某一横截面的流体质量流量或总量的流量计。一般有：科力奥式质量流量计、量热式流量计、冲量式流量计等。

2.2 流量仪表选型原则根据氯碱行业特点，对流量计选型，一般可按以下几点进行：

(1) 首先要考虑防爆性能。氯碱行业中的的介质如：氢气、乙炔、氯化氢等气体均是易燃易爆的介质，所以选型的*步就是要考虑流量仪表的防爆性能。不仅要考虑流量计本身的防爆性，还要充分考虑整个流量测量系统必须满足防爆等级要求。

(2) 其次是弄清工艺介质的物理和化学特性。比如：介质的温度、压力、密度、粘度、电导率；流量测量范围；充许的压力损失；介质的腐蚀程度等等。通过综合考虑流体的的特性，选用合适的流量计。

(3) *后就是流量计的性价比。根据不同流体，使用在不同的场合，选择合适的、性价比高的流量计。比如：用于成本核算或检测工艺控制过程重要参数的流量仪表，就要选用精度高、维护量少的进口流量仪表；而在工艺控制过程中只是作为一般参考价值的流量仪表，就以选用精度较低、比较经济的流量仪表。

3、选型例子

3.1 水流量的测量

我公司用水主要分为：清水、软水、工业用水。

(1) 清水和软水的测量

对于DN200口径以下清水和软水的测量，我们都是采用一般的旋翼式水表。旋翼式水表价格低、安装方便、仪表维护量又少，很实用。DN200口径以上清水就需用电磁流量计进行测量。而DN200口径以上的软水，由于软水导电率很小，不能使用电磁流量计，只能采用差压式流量计进行测量。

(2) 工业用水的测量

清水由于价格高，所以在氯碱行业中生产过程用水都是使用简单处理的工业水。我公司所用的工业水就是经过简单处理的邕江河水，水杂质较多，特别是夏天，水很浊，用一般的水表根本无法测量。而用差压式流量计测量，每个月就要清洗一次孔板，很麻烦。超声波流量计虽然安装方便、不用接触介质、维护量较少，但是精度低，所以经过比较，工业水的计量，我们是采用电磁流量计。电磁流量计精度较高；口径范围大，量程比宽，而且它的安装方式也很多，有：插入式、法兰连接式、夹持式，电极可拆出清洗。由于以上的这些优点，所以我公司工业用水全部采用ABB的电磁流量计进行测量。对于口径DN400以上或管道埋在地下的，我们选用插入式电磁流量计；这样安装起来比较方便；而管道在地面上的，我们采用法兰式电磁流量计。由于工业水没有什么腐蚀，所以电极我们选用的是不锈钢电极。目前电磁流量计用于工业用水的测量我们已经用了20多套，除了每年大检修需要清洗一次电极外，基本上不需要维护。

3.2 蒸汽流量的测量

蒸汽流量的测量，我公司应用较多的是差压式流量计。差压式流量计是目前工业生产中检测流量*常用的一种流量仪表。因为它检测方法简单，没有可动部件，稳定性好，可靠性高，价格较低，仪表不经实流标定就能达到一定的精度，并且容易排除故障，所以在蒸汽的计量中我们基本上都是*差压式流量计。我公司目前在蒸汽计量中一共用了将近40多套差压式流量计。基本上可以满足公司对蒸汽成本核算的要求。但是选用差压式流量计计量蒸汽时，为保证测量精度，还必须要对它进行温度和压力补偿。因为在实际检测中，工艺过程的参数：压力和温度会经常波动，不可能完全符合标准节流装置的设计要求。另外，差压式流量计在安装时必须按标准进行安装，才能保证整个测量系统的测量误差在允许的范围内。

经过多年的实践，我们感到用差压式流量计是有一定的局限性。由于差压式流量计的安装要求较高，在大口径管道使用差压式流量计测量经常会产生蒸汽泄漏，造成仪表维护量增加。所以现在我们尝试用阿纽巴传感器测量大口径蒸汽流量。但由于国产的阿牛巴传感器性能不够稳定，维护量大，而进口的阿牛巴传感器价格较高，要在企业中推广，还是比较困难。所以比较经济实用的还是差压式流量计。

3.3 气体流量的测量

我公司除了在蒸汽流量测量中采用差压式流量计外，在气体的测量中也是广泛应用。对于氢气的测量，我们也是采用差压式流量计。由于氢气很干净，无杂质，用差压式流量计测量根本不需要维护，但氢气易燃易爆，所以在整个测量系统中选用的仪表必须是本安型的。我公司测量氢气的差压式流量计已经用了十多年，一直都没出现过问题。在氯气流量的测量中，由于氯气具有较强的腐蚀性，在工艺控制中，干氯气测量，我们是选用不锈钢做孔板进行测量；而带水的氯气，我们选用玻璃钢材质的节流装置。这几套孔板已经用了好几年，都不需要清洗。但目前对于氯气的计量，我们还找不出一个有效方法。原想采用孔板或转子流量计，但由于我公司经氯气分配台后出来的氯气压力较小，只有0．1Mpa，并且压力波动较大，经过孔板或转子流量计后压力损失较大，压损后后续分厂根本无法正常生产。所以目前，氯气的的计量还是无法实现，这也是我们今后需要解决的一个难点。另外，在氮气、氯化氢气体、乙炔的流量测量中，我们也是采用差压式流量计进行测量。

3.4 污水流量的测量

根据环保要求，工厂排出的污水量不能超出国家规定的范围。所以在公司排污渠必须安装流量计。我公司排出的污水经过处理后，酸碱度一般在69之间，但还是有一定的腐蚀性，所以我们选取明渠流量计进行测量。由于明渠流量计采用超声波技术对各类堰槽的液位进行非接触测量，所以维护量很小，效果还可以。

3.5 电磁流量计的应用

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行工作的。它能测量具有一定电导率的液体或液固两相介质的体积流量。它具许多优点：压力损失小；衬里通过防腐处理可测量腐蚀性流体；含有颗粒、悬浮物的液体也可测量；测量精度较高，可达0．2级等等。由于电磁流量计的这些特点，所以在氯碱行业中广泛使用。我们公司的成品一烧碱的计量就是使用电磁流量计。烧碱；化学名NaOH，是氯碱行业的主要成品。成品烧碱的浓度为30％和50％，温度为100℃左右。因为烧碱腐蚀性强，又含有颗粒，温度高，以前我们对烧碱一直无法计量。九十年代后期，由于进口电磁流量计的广泛使用，我们也尝试在烧碱的的计量中使用电磁流量计。效果很好。我们根据烧碱的特性，电极选用钛电极，衬里采用PTFE的一体式电磁流量计。测量烧碱的这几套电磁流量计运行了几年，没有出现什么问题。另外，我们也用它来测量同样具有腐蚀性的盐水及次氯酸钠等流体，效果也很好。通过这几年的的应用，我们总结了电磁流量计选型的一般步骤：

根据介质的化学性质，选用各种不同材质的电极；
根据介质的腐蚀性和温度，选取衬里材料；
根据管道的材质，决定是否要接地环。如果管道是衬塑管或PVC管则要选用接地环；
根据工艺提的流量条件，在满足仪表对流速范围要求的前提下，尽量采用与工艺管道一致的口径；
工艺必须保证有一段管段是满管的；
根据工艺参数的重要程度及使用环境，选取进口或国产的电磁流量计。
我们根据以上原则选取的电磁流量计，都能满足生产和计量的要求，而且仪表寿命很长。

4、流量选型的体会

做了这么多年的仪表设计，我觉得流量仪表的选型与工艺员正确提出的工艺条件关系很大，我们经常选取的一套流量测量系统，但*终用到生产上无法投运或者效果达不到工艺要求。究其原因，很重要的一点就是没有正确落实工艺条件。另外，仪表设计人员自身素质的提高也很重要，如果仪表设计员没有丰富的知识，企业主人翁的精神，那也无法高质量的完成仪表设计工作。

5、流量仪表期望

氯碱行业中盐、煤的计量一直都是各企业的计量难点，通过测量锅炉的产汽来换算出热能值，*后算出煤的用量。这一思路也正在我公司初步落实。我们相信，随着科学技术的发展，氯碱行业中盐、煤、油、氯气等计量难点*终都会被克服。

6、结束语

流量计选型是一项技术性、实用性、责任性很强的工作，要做好这项工作，必须充分了解各种流量计的测量试验方法，了解、掌握各流量计生产厂家发展动态，弄清测量对象的工艺状况，只有这样我们设计的流量测量系统才能经济、实用、可靠，才能更好地为生产服务。

参考文献
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[2] 蔡武昌．流量仪表若干发展趋势和应用进展[J]．
[3] 李良贸等．常用测量仪表实用指南[M]．北京；中国计量出版社．1988．[4]毛新业．流量仪表应用中的一些问题[J]．昆明理工大学学报，2001．10． 引言

流量计是仪表行业使用比制造难度更大的一类仪表，测量仪表本身受到管道、口径大小、形状（圆形、矩形）、边界条件、介质的物性（温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等）、流体的流动状态（紊流状态、速度分布等）以及安装条件与水平等因素的影响，流体粘性摩擦作用还会产生不稳定的旋涡和二次流等复杂流动现象。面对国内外十几类、上百个品种的流量仪表（先后发展起来的容积式、差压式、涡轮式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型），如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型，是用好流量仪表的前提和基础。除了仪表自身质量要得到保证，工艺数据的提供和仪表的安装、使用、维护是否合理也相当重要。

1 焦化企业流量计的选型

中化镇江焦化有限公司（以下简称“镇江焦化”）流量计主要用于煤气流量、空气流量、蒸汽流量、循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、污水流量、稀释废水流量、苯流量、贫富油流量等的测量，在原来城区老厂系统中，空气、煤气、蒸汽、水（包括氨水、生化稀释废水）以孔板为主，空气、煤气流量出现的主要问题是取压管易结水，需定期排污，煤气孔板取压管易被萘及焦油堵塞，需定期拆开清洗；氨水、废水内常带入焦油，沾污孔板，堵塞引压管而影响流量测量，以及因天气寒冷造成引压管冻结而不能正常工作等。而镇江焦化高资新厂新建的70万t碳材项目，生产工艺和生产控制要求都有了较大水平的提高，因此要尽可能在新项目中解决流量计应用中存在的问题，提高流量计的运行能力和测量精度水平，大幅度降低仪表的维护量，减少对生产的影响。

1.1 节流式流量计选型

节流式流量计是早期大量使用的一种测量流量的计量装置，有孔板、喷嘴、均速管等，测量对象可以是液体、气体或蒸汽。现在常见的为圆孔板型和锥形入口板型，其工作试验方法是在流体管道中加入一节流件，通过导压管引入压差变送器测出节流件上、下游的压差，根据所测的压差经过计算即得出流量的瞬时值。节流式流量计以孔板为主，孔板测流量加工简单、经济，但压力损失大、维护量大。由于导压管内水的不流动性，在较寒冷地区，冬天室外安装的孔板取压管容易冻裂（冻住），使差压仪器无法正常工作。测量较脏的污水时，孔板需经常清洗，否则会造成测量精度降低、取压管被污物堵死，仪表无法使用的情况发生。

根据镇江焦化工艺要求以及孔板流量计经济性特点，主要将孔板流量计运用于煤气流量、贫油流量、富油流量。并采取相应的措施保证孔板流量计的工作状态：（1）定期清洗维护孔板；（2）针对水平安装的孔板，采用园缺孔板的方式来延长维护周期；（3）针对孔板取压装置引压管易堵塞的情况，通过改变取压方式（如径距取压法）来减少孔板污物的影响；（4）在精度和稳定性要求高的场合，采用V形锥孔板。

1.2 电磁流量计选型

电磁流量计的工作试验方法是基于法拉第电磁感应定律，即被测介质垂直于磁力线方向流动，因而在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一感应电动势EX，感应电动势EX与被测介质流量（流速）成正比，电磁流量计不受温度、压力、粘度、重度等外界因素的影响，测量管内部无收缩或凸出部分的压力损失。另外，流量元件检测出的*初信号是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压，它与流体的其他性质无关，具有很大的优越性。

根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性，利用电磁流量计测量污水的流量是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小，安装、操作、维护方便。如测量系统采用智能化设计，整体密封加强，能在较恶劣的环境下正常工作。以前镇江焦化的循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、稀释废水流量等均采用孔板流量计测量，但受生产焦种和生产工艺的影响，取压管需经常清洗疏通，若遇到寒冷天气还会冻结，甚至冻裂。因此，在镇江焦化高资新厂建设中，对于循环水、低温水、循环氨水、喷洒氨水流量、污水流量、稀释废水流量邓的测量*电磁流量计，而在选型中应根据流体介质特点来选择电极材质和衬里材料。对污水可选用氯丁橡胶衬里，含钼不锈钢（OCr18Ni12Mo2Ti）电极的电磁流量计，对富氨水、脱硫液、预冷循环液来说可采用聚四氟乙烯衬里，即可满足流量测量的要求。当然，在选择电极材质和衬里材料时仍需考虑工艺状况，液体温度。否则衬里材料会过早老化，影响流量计的正常使用。

1.3 涡街流量计选型

涡街流量计作为一种新型流量计，20世纪80年代中期以来发展较快，它在流量测量方面有着诸多的优点，在现代流量测量中应用越来越广，目前中国已有性能优良并有自主知识产权的产品系列。涡街流量计是基于流体振动发展起来的，根据旋涡的不同，检测方式从热丝式、热敏式逐渐发展了应力式、磁敏式及差动开关电容式、超声波式等。涡街流量计几乎可用于一切可形成旋涡列的场合，不仅可用于封闭的管道，还可用于开放的沟槽。与涡轮流量计相比，涡街流量计没有可动的机械部件，维护工作量小，仪表常数稳定；与孔板式流量计相比，涡街流量计测量范围大，压力损失小，准确度高，安装与维护用现场被忽略而影响流量计性能的正确发挥。

涡街流量计的试验方法是在流量计管道中设置一滞流件，当流体流经滞流件时，由于滞流件表面的滞流作用等原因，在其下游会产生两列不对称的旋涡，这些旋涡在滞流件的侧后方分开，形成所谓的卡门（Karman）旋涡列，两列旋涡的旋转方向是相反的，卡门从理论上证明了当h/L=0.281（h为两旋涡列之间的宽度，L为两个相邻旋涡间的距离）时，旋涡列是稳定的雷诺数Re是表征粘性流体流动特性的一个无量纲数，其物理意义是流体流动的惯性力与粘滞力的比值。因此，流体的流动状态对涡街流量计的使用也有一定的影响。如果环境参数对流体流动状态有影响也会影响到涡街流量计的使用性能。

经过实践，涡街流量计使用的影响因素有以下几个方面：

（1）涡街流量计的测量范围较大，一般为10∶1，但测量下限受许多因素限制，Re>10000是涡街流量计工作的*基本条件。此外，它还受旋涡能量的限制，介质流速较低，则旋涡的强度、旋转速度也低，难以引起传感元件产生响应信号，旋涡频率f也小，还会使信号处理发生困难。测量上限则受传感器的频率响应（如磁敏式一般不超过400Hz）和电路的频率限制，因此设计时一定要对流速范围进行计算、核算，根据流体的流速进行选择。使用现场环境条件复杂，选型时除注意环境温度、湿度、气氛等条件外，还要考虑电磁干扰。在强干扰如高压输电电站、大型整流所等场合，磁敏式、压电应力式等仪表不能正常工作或不能准确测量。

（2）振动对涡街流量计使用性能有很大的影响。因此在使用时注意避免机械振动，尤其是管道的横向振动（垂直于管道轴线又垂直旋涡发生体轴线的振动），这种影响在流量计结构设计上是无法抑制和消除的。由于涡街信号对流场影响同样敏感，故直管段长度不能保证稳定涡街所必要的流动条件时是不宜选用的。即使是抗振性较强的电容式、超声波式，保证流体为充分发展的单向流，也是不可忽略的。

（3）介质温度对涡街流量计的使用性能也有很大的影响。如压力应力式涡街流量计不能长期使用在300°C状态下，因其绝缘阻抗会由常温下的10～100MΩ急降至1～10kΩ，输出信号也变小，导致测量特性恶化，对此宜选用磁敏式或电容式结构。在测量系统中，传感器与转换器宜采用分离安装方式，以免长期高温影响仪表可靠性和使用寿命。

镇江焦化高资新厂新项目中涡街流量计选型主量测量和脱盐水流量的测量。在选型中应充分考虑仪表安装的位置，前后直管段长度，周围的电器设备分布情况，对有可能产生管道振动的场合应增加安装支架，以加强仪表所安装的管道的固定，*大限度地减少振动。另外，对气体、蒸汽流量计的选型应充分考虑到压力变化对流量精度的影响，尤其是蒸汽流量测量值为体积流量，而工艺要求的流量值为质量流量，温度、压力变化对蒸汽密度影响较大，需对流量值进行压力补偿，来消除压力变化引起密度的变化带来流量显示值的误差。新项目中所有流量信号都送入DCS系统，公司可以利用DCS系统的灵活性，在工程组态软件中将压力和密度的对应关系与流量显示值结合起来，这样可以很方便地解决蒸汽流量的温度、压力补偿问题。

2 结束语

综上所述，电磁流量计性能较好，但要求流体必须有一定的导电性；节流流量计应用范围广、价格便宜，但对流量计的维护工作量较大；而涡街流量计比较新型，但对仪表安装使用环境要求相对较高，企业应根据流量计各自的性能，并结合焦化生产工艺选择流量计，使得企业各工艺流程的介质流量的测量和控制达到精确度和可靠性要求。