腐蝕性介質(zhì)如何選擇流量計
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,很多介質(zhì)都是有微小或極強的腐蝕性。但由于生產(chǎn)需要我們還需要對這些介質(zhì)進(jìn)行計量,如何選擇合適的流量計進(jìn)行測量?如何選用測量腐蝕性介質(zhì)的流量計?首先我們需要了解什么是腐蝕現象?腐蝕現象有哪些表現形式?
1、腐蝕現象 是金屬在其環(huán)境中由于化學(xué)作用而遭受破壞的現象。一切金屬與合金對于某些特定環(huán)境可以是耐腐蝕的,但是在另一些環(huán)境中卻對腐蝕又很敏感。一般來(lái)說(shuō),對于所有環(huán)境都耐腐蝕的工業(yè)用金屬材料是不存在的。
腐蝕可以分為均勻腐蝕(uniform corrosion)或全面腐蝕(general corrosion)與局部腐蝕(localized corrosion)。全面腐蝕的腐蝕速度可用mm/a等單位來(lái)表示。通常將腐蝕速度在O.lmm/a以下的材料轉耐腐蝕材料。對于腐蝕速度較此再大一個(gè)數量級,也即腐蝕速度為1mm/a的材料,對于一般設備有時(shí)可酌情定為可以使用的材料,對于流量?jì)x表的測量元件則是不容許的。根據腐蝕速度的大小,可以預測金屬的使用壽命。
2、腐蝕性介質(zhì)對流量計的損害
介質(zhì)的腐蝕性對流量測量?jì)x表是個(gè)嚴重威脅,只有像夾裝式超聲波流量計等個(gè)別種類(lèi)的流量計受腐蝕影響較小。
a.腐蝕性介質(zhì)將流量測量?jì)x表與介質(zhì)直接接觸的關(guān)鍵零部件腐蝕,使之損壞,喪失功能。例如,腐蝕造成差壓變送器膜片損壞,硅油外漏而完全失效。電磁流量計電極因腐蝕引起介質(zhì)外世,導致勵磁線(xiàn)圈燒毀等。
b.流量測量?jì)x表的關(guān)鍵零部件長(cháng)時(shí)間受腐蝕性介質(zhì)的腐蝕而改變幾何尺寸,導致儀表準確度降低。例如,轉子流量計中的轉子被流體腐蝕后,外形尺寸減小,導致流量示值偏低。又如渦街流量計中的旋渦發(fā)生體被流體腐蝕而寬度尺寸減小,迎流面表面變得粗糙,從而引起流量系數改變。就連受腐蝕介質(zhì)影響較小的夾裝式超聲波流量計,也常因金屬管內壁被介質(zhì)腐蝕得坑坑洼洼,使發(fā)射和接收信號變弱,嚴重時(shí)喪失靈敏度。
c.縮短儀表壽命。例如金屬管浮子流量計中的錐形管等零部件,使用幾年后,其焊接處被爛穿。
d.腐蝕性介質(zhì)滲漏,如不及時(shí)發(fā)現、及時(shí)處理,還容易釀成安全和人身事故。
實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中根據長(cháng)期總結的檢驗,一般的腐蝕性液體測量選取電磁流量計和超聲波流量計,如果是腐蝕性氣體可以選擇耐酸不銹鋼材質(zhì)的渦街流量計或者其他氣體流量計。測量液體介質(zhì)的電磁流量計,由于其獨特的測量原理,可以測量各種有腐蝕性的含微小顆粒的介質(zhì),當然前提是所測量介質(zhì)導電,只需根據介質(zhì)腐蝕性用不同的襯里材料和電極材料就可很好的解決介質(zhì)帶腐蝕問(wèn)題。而超聲波就更簡(jiǎn)單了,如果選擇外夾式超聲波流量計,基本不用考慮介質(zhì)的腐蝕性,只是在測量精度上沒(méi)有電磁流量計高而已。
3、對流量測量中流體腐蝕的措施
(1)定期更換儀表
腐蝕性介質(zhì)對金屬的腐蝕,情況是多種多樣的。有的腐蝕速度很快,即全面腐蝕,有的腐蝕是輕微的,速度很慢,即局部腐蝕。在作儀表選型時(shí)應針對具體情況具體分析,然后作出決策。
例如:壓縮空氣和水,一般認為是無(wú)腐蝕,其實(shí)不然。由于城區大氣中氮氧化合物濃度一般均較高,當它被壓縮空氣中的冷凝液吸收后,冷凝液即呈酸性,從而對碳鋼材料具有輕度腐蝕。這種情況在硫酸廠(chǎng)、硝酸廠(chǎng)、氯堿廠(chǎng)等廠(chǎng)區,問(wèn)題更嚴重些。當然,這時(shí)壓縮空氣中所含的除了稀硝酸外,可能還有硫酸、鹽酸等。水的情況也相似,尤其是河水,由于其中含有多種離子,也對碳鋼產(chǎn)生腐蝕。在這種條件下使用的儀表,若干年后也會(huì )出現被腐蝕的痕跡。例如,停車(chē)檢修發(fā)現流量節流裝置中的碳鋼環(huán)室與流體接觸的表面被蝕,變得坑坑洼洼,嚴重時(shí)幾何尺寸和形狀都發(fā)生很大變化。而前后直管段內壁也變得高低不平。這種狀況都不符合檢定規程要求,難以保證原有的儀表精確度。
這時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)命題,即是否設計選型要將節流裝置中的環(huán)室以及前后直管段也改為不銹鋼材質(zhì)?當然,如果改為不銹鋼材質(zhì),環(huán)室和直管段的腐蝕問(wèn)題肯定迎刃而解,但同時(shí)投資增加了。而且投資增加數同管徑有關(guān),如果公稱(chēng)通徑較大,則技資增加就是個(gè)不小的數字。所以決策時(shí)應根據具體測量點(diǎn)的測量精確度要求、腐蝕嚴重程度、預期壽命、預算承受能力等,權衡利弊得失,靈活掌握。如果測量精確度要求不高(如用于過(guò)程監視、控制),輕度腐蝕,碳鋼材料預期壽命10年以上,改為不銹鋼后投資增加較多,那么,寧可待環(huán)室等被腐蝕得無(wú)法繼續使用時(shí),再將節流裝置整體或損壞部分予以更新。
(2)避重就輕
避重就輕就是在對工藝流程和有關(guān)介質(zhì)特性深入了解的基礎上,合理選擇測量方案,同樣可達到計量或對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的目的,避開(kāi)腐蝕性強的部位,而選在腐蝕性較輕的部位,甚至更改被調參數種類(lèi)。例如(如果可行的話(huà))將流量定值調節系統用液位均勻調節或其他合適的變量調節代替,從而避開(kāi)流量測量?jì)x表耐腐蝕的難題。
例如,進(jìn)污水處理廠(chǎng)的污水流量一般都要測量,以便控制污染物排放總量。而污水一般或偏酸性或偏堿性,而且相應地要加入適量的堿或酸予以中和。那么,考慮污水對流量?jì)x表的腐蝕,當然流量檢測點(diǎn)選在中和之后更好一些。
鋼廠(chǎng)荒煤氣的流量測量也有類(lèi)似情況?;拿簹庵谐3:幸欢〝盗康亩趸?,這種氣體在干燥的時(shí)候腐蝕性并不大,但荒煤氣離開(kāi)爐窯后,隨著(zhù)輸送距離的增長(cháng),氣體溫度逐漸降低,溫度相應升高,并很快出現凝液而具有較強的腐蝕性??紤]煤氣流量測量?jì)x表安裝位置時(shí),當然應當選在氣體出現凝液之前。
(3)選擇具有耐腐蝕特性的儀表
①一般酸性介質(zhì)的儀表選型。
渦街流量傳感器和渦輪流量傳感器,與流體接觸的部分為耐酸鋼,一般酸性液體和氣體都能使用o
用耐酸鋼制成的橢圓齒輪流量計,可以滿(mǎn)足一般酸性液體精確計量的需要。
②導電液體的儀表選型。
電磁流量計的測量管內襯材料有多種,其中耐腐蝕性能好的是聚四氟乙烯。電極材料也有好幾種,能滿(mǎn)足絕大多數腐蝕性介質(zhì)的需要。在選擇電極材料時(shí),應以滿(mǎn)足需要為原則,不要迷信貴金屬,因為貴金屬也不是萬(wàn)能的。表3.17所列就是鉑銥合金和鉭不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì)。當然表中列入的也僅僅是示例,而非全部。
其他像鉑電極的觸媒作用也引起人們的關(guān)注。在化工生產(chǎn)中,鉑是一種性能很好的催化劑,某些介質(zhì)在一定條件下與鉑接觸后就發(fā)生化學(xué)反應,已被證明的有雙氧水。鉑電極電磁流量計在測量雙氧水時(shí),會(huì )在電極表面生成氣霧,流量為零時(shí),輸出也會(huì )波動(dòng)。
選擇合適的電極材料和內襯材料測量腐蝕性介質(zhì)流量,如果流體溫度也在允許范圍之內,那是理想的選擇,其測量精確度可以達到(0. 3~1) %R。其口徑從幾毫米到3m,各種規格齊全,能滿(mǎn)足各種測量范圍的需要,但若流體不導電,電磁流量計就無(wú)能為力了。
③不導電液體的儀表選型。
夾裝式超聲流量計工作時(shí)流體不與儀表直接接觸,所以適用于各種腐蝕性流體。
夾裝式超聲流量計按其原理分類(lèi)有兩種,其中時(shí)差法適用于潔凈單相流體,精確度與管徑和流速有關(guān),例如:
a.管徑>150mm時(shí), v>0.3m/s,不確定度為±2%R(經(jīng)標定可達±1% R); v ≤0.3m/s,不確定度為±O.Olm/s。
b.管徑≤150mm時(shí), v>0.3m/s,不確定度為±5%; v≤ 0.3m/s,不確定度為±0.05m/s。
而多普勒法流量計適用于固相含量較多或含有氣泡的液體,不確定度只能達到±1%~±10%,顯然比電磁流量計低得多,因此只在無(wú)其他更好的辦法時(shí)才采用。其價(jià)格與管道直徑無(wú)關(guān),在DN≤200時(shí),超聲波儀表比電磁流量計貴,而在DN≥250時(shí),超聲流量計比電磁流量計便宜。
④腐蝕性氣體儀表選型
a.超聲流量計。近年來(lái),國內外天然氣工業(yè)獲得了迅速發(fā)展,這大大推動(dòng)了天然氣計量?jì)x表的發(fā)展,其中專(zhuān)門(mén)為天然氣計量而開(kāi)發(fā)的多聲道超聲流量計就是一顆耀眼的明珠,這一技術(shù)如果經(jīng)移植用于腐蝕性氣體流量測量,應當是可行的,因為只要對測量管內壁作防腐蝕處理即可。但具體應用實(shí)例現在還未見(jiàn)報道。另外這種流量計價(jià)格太高。
近年開(kāi)發(fā)的配有夾裝式換能器的超聲流量計,若管道本身耐腐蝕,就不必考慮儀表的耐腐蝕問(wèn)題。例如,管道使用耐腐蝕內襯,但此內襯與金屬管之間如果存在氣隙,也會(huì )為夾裝式超聲流量計帶來(lái)麻煩。
對于無(wú)耐腐蝕內襯的金屬管道,其內壁經(jīng)長(cháng)時(shí)間腐蝕往往變得高低不平,常會(huì )造成”V”形和”W”形安裝的換能器聲波反射不一致,所以信號強度變弱,嚴重時(shí)甚至無(wú)法正常測量。這些都是使用超聲流量計時(shí)應當注意的。
b.節流式差壓流量計?,F在還未見(jiàn)報道適用于腐蝕性介質(zhì)的定型商品化節流式差壓流量計,但是用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)的此類(lèi)儀表,在幾十年前就有報道,其中有很成功的lv氣流量測量。
工藝設備專(zhuān)業(yè)對付腐蝕性氣體的技術(shù)幾十年前就已很成熟,例如,各種不同直徑管道襯橡膠、襯玻璃、襯聚四氟乙烯等。儀表專(zhuān)業(yè)借用此優(yōu)勢,由工藝專(zhuān)業(yè)將耐腐蝕性能極佳的微晶玻璃孔板,交工藝專(zhuān)業(yè)夾裝在工藝管道上,然后在孔板前后由工藝專(zhuān)業(yè)各留一個(gè)管口,儀表專(zhuān)業(yè)將法蘭式差壓變送器安裝在管口上。變送器的隔離膜片初用含鉬不銹鋼,為了解決其耐腐蝕問(wèn)題,在此膜片上再貼一層聚四氟乙烯隔離膜片。
這樣的防腐蝕方法有時(shí)仍不夠理想,差壓變送器的不銹鋼膜片使用一段時(shí)間后,仍發(fā)現有針孔狀腐蝕,即不銹鋼膜片上出現數個(gè)直徑極小的亂洞,經(jīng)研究確認是流體中的離子穿透聚四氟乙烯膜片,與不銹鋼膜片接觸,將其腐蝕。于是儀表制造廠(chǎng)在膜片材質(zhì)上進(jìn)一步作了改進(jìn)。(來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ))