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        分體式電磁流量計

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        關于分體式電磁流量計測量原理及應用過程解析

        來源:www.finalbug.org作者:發表時間:2019-11-01 14:53:43

        摘要:介紹了分體式電磁流量計測量原理,軟硬件配置、現場應用及維修注意事項。該分析儀是測量硫酸吸收工序硫酸濃度理想產品,具有結構簡單,維修量小,反應直觀等優點,現場使用表明,該儀表精確度高、穩定可靠,對生產有指導作用。硫酸生產已發展多年,傳統硫酸以硫鐵礦、硫磺、有色冶煉煙氣為原料,通過焙燒、凈化、轉化、吸收等工序生產出不同濃度的硫酸產品。**近又掀起了廢酸裂解的熱潮,把廢硫酸經過裂解、凈化、轉化、干吸等工序生產出所需酸濃的產品,解決了廢硫酸污染問題。硫酸生產中,硫酸濃度準確檢測尤為重要,既可以提高企業經濟效益,又能減少SO2及SO3等氣體排放。硫酸濃度分析儀對于制酸裝置提高吸收率,保證硫酸質量有著重要作用。以往采用鉑電極測量硫酸溶液電導率以確定介質濃度,由于兩電極長期浸在酸液中,易產生污染、極化,影響測量精度,儀表維護量大。中石化南京化工研究院有限公司技術人員利用硫酸濃度與電導率關系,開發了無電極電磁式分體式電磁流量計。經過近幾年現場多個用戶使用,表明該儀表是當今測量w(H2SO4)98%硫酸濃度的理想產品。
        1儀器測量原理
        硫酸溶液的濃度與電導率是相關的[1]。儀器根據不同濃度硫酸溶液存在不同的導電能力,通過對被測硫酸溶液電導率和溫度的測量來計算出被測硫酸溶液的濃度。
        在25℃的固定溫度下,隨著硫酸濃度的增大,曲線將出現拐點,因此,將出現同一個電導率值對應兩個濃度值的情況。制造一種測量范圍同時包括所有測量點的分析儀是不可能也是不必要的。那么將溶液濃度范圍以拐點為基準進行分段,溶液的電導率和濃度是一一對應的,只要建立簡單的濃度與電導率數值對照表,在電導率測出的條件下,通過查表算法即可求得到溶液的濃度。然而溶液的電導率與溫度也具有很大相關性。溫度越高,電導率變化也越大,且不同濃度下電導率溫度系數也都不同。在溫度的作用下,溶液濃度與電導率的關系呈現出曲面的特性。在實際工藝條件下,溶液的溫度濃度都是在不停的變化中,無法再通過單一的查表法來求取溶液濃度。在此,技術人員采用多項式回歸的方法,將溶液濃度對電導率及溫度的曲面關系建立成一個數學模型公式,通過該模型公式結合實時測出的溫度及電導率數據**終計算出溶液濃度。儀器電導率測量是基于法拉第電磁感應原理,其測量原理見圖1。
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        采用環形磁芯繞制的傳感器,放置于被測介質溶液中,包圍傳感器的溶液通過中心孔形成電介質溶液回路,溶液回路等效電阻Re=K/Xe,(K為傳感器常數)。當勵磁線圈T1的繞組輸入一交流電壓U1時,副回路中(由被測介質構成)會產生感應電流Ie。由于Ie的作用,檢測線圈T2繞組就有感應電動勢U2產生。溶液回路感應電流Ie的大小,由溶液等效電阻Re,也就是溶液電導率Xe決定。這樣在檢測線圈上可得到隨電導率而變化的感應電動勢U2,通過計算能測量出溶液電導率。檢測線圈副邊輸出電壓**大值和其他各量間的關系式如下。
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        通過式(1),在L2、ω、N1、N2、K、U1m為固定值時,感應電壓U2m與溶液電導率Xe成線性關系。分析儀正是利用這一關系進行測量。
        2儀器硬件結構設計
        儀器主要結構由檢測器、信號處理器兩部分組成。
        2.1檢測器
        檢測器由電磁傳感器、變送器組成,變送器則由鑄鋁工字型防護罩及線路板組成檢測器的電路部分構成?;陔姶鸥袘?,分析儀的電磁傳感器設計了由激磁、勵磁兩個磁芯分別纏繞漆包線制成的電磁感應傳感器,傳感器通過耐腐蝕的氟材料將傳感器封裝[2]。
        2.1.1磁芯材料選擇
        通過對鐵氧體、坡莫合金、硅鋼片等不同磁芯材料進行實驗分析,發現硅鋼片鐵芯具有較好的磁電性能,高頻下損耗急劇增加,一般使用頻率不超400Hz;坡莫合金高磁電性能,磁性能穩定,但頻率大于20kHz時,損耗和有效磁導率不理想,價格較貴,加工和熱處理復雜。鐵氧體高磁電性能、磁性能穩定、衰減率低、溫度特性良好,在不易飽和,在200kHz以內頻率特性穩定,易加工。通過對幾種常見的磁芯材料對比,分析儀選擇采用鐵氧體磁芯材料磁環作為傳感元件。
        2.1.2電磁傳感器的研制
        通過感應信號大小及頻率響應特性的試驗,制作了主副線圈繞制導線匝比為200∶100的電磁感應線圈,并與溫度傳感元件Pt100密封于耐腐蝕的氟塑料殼體內。
        把繞制好的兩個線圈同Pt100封裝在加工好的聚四氟乙烯殼體內,測出磁頭常數,安裝于測量槽內。當測量槽內浸滿被測介質時,通過電磁感應原理,傳感器輸出一個和介質濃度對應的電導信號。與此同時,傳感器內封裝的Pt100溫度傳感器輸出和被測介質溫度對應的溫度電流信號。
        2.2信號處理器
        信號處理器是將檢測器傳來的電導、溫度信號經計算機處理,算出對應的濃度信號,送至液晶屏顯示,并輸出4~20mA的電流信號,其框圖示意見圖2。
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        計算機由89C51系列單片機作為中央芯片,AD7705用作數據采樣芯片,X5045用作數據存貯器,外圍配有AT24C512作為存儲芯片,DS1302作為時鐘芯片,HG160128大屏幕液晶顯示器,五位按鍵由計算機直接識別[3]。
        3儀器現場使用
        3.1儀器的安裝
        1)取樣點的選擇。硫酸生產中,當吸收酸w(H2SO4)在98.3%左右時吸收效果**好。儀表樣酸取自何處才能有效地控制吸收酸的濃度?以酸泵—上吸收塔—下塔—陽極保護器—循環槽的工藝流程為例,在產酸或向w(H2SO4)93%酸循環槽內串酸均由上塔酸分流出去,因此,儀表樣酸取自泵出口的上塔酸管道,有利于控制上吸收塔的酸濃與產酸濃度。當串入w(H2SO4)93%酸循環槽的w(H2SO4)98%酸得到控制后,也利于干燥酸酸濃的穩定。此外,由于上塔酸經酸泵攪拌濃度比較均勻,壓力較大,則取樣閥門不易堵塞,利于儀表正常運行。檢測器安裝示意見圖3。
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        2)避免干擾。傳感器安裝點除了要求震動小、工作方便外應無強磁場干擾,傳感器與變送器之間的連接電攬應單獨穿于接地良好的鐵管之中。
        3)盡量減小儀表測量滯后時間,采用直徑25mm采樣管不可太長,避免使用太粗的采樣管。
        3.2儀表日常維護
        儀表的傳感器采用聚四氟乙烯封裝,一般不會滲酸。變送器采用集成運放電路,全套儀表可靠性高,使用壽命長,日常維護量小。儀表正常運行后,應保持清潔,防止酸霧、灰塵等侵蝕接插件。注意通過測量槽的樣酸流量是否正常,防止控制取樣閥門因震動或損壞以及取樣管道堵塞而引起的樣酸流量的變化或不穩。儀表與化學分析的對照,在運行初期一般每月對照1~2次。儀表同手工分析時應做到“三同時”:同一時間、同一地點、同一人,以確保儀表準確性。
        4現場運行
        分體式電磁流量計在某公司60kt/a硫鐵礦制酸裝置現場使用,硫酸分析儀一吸酸濃顯示數據與手工分析數據對比見表1。表1硫酸分析儀一吸酸濃顯示數據與手工分析
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        表1是該公司一吸上塔酸酸泵出口酸溫為60℃時儀表測量數據,手工分析與儀表**大偏查質量分數0.15%。經1年多運行,該儀表穩定可靠,給操作帶來極大方便,有效控制操作指標,確保了生產出合格產品,提高經濟效率,對工藝有指導意義。
        5分體式電磁流量計延伸應用前景
        5.1用作高溫w(H2SO4)98%硫酸濃度表
        隨著工藝改變,許多廠檢測酸溫大于100℃、小于200℃的w(H2SO4)98%酸濃,插入式98傳感器就不能用在這種場合,因為插入式傳感器使用酸溫小于100℃,大于100℃聚四氟乙烯磁頭易變形,繞制激磁線圈及勵磁線圈漆包線絕緣性能下降,嚴重時會短路,導致傳感器無法工作。變傳感器插入式方式為流通式傳感器方式,流通式方式中激磁線圈及勵磁線圈組成一對環形線圈制作磁頭,封裝在聚丙烯材料內,不與酸直接接觸,固定于專門配制內襯聚四氟乙烯短接管路外面,磁頭感受溫度不是介質酸溫,而是就控制在100℃以內,通過外部導線串過環形線圈中心孔與2個金屬環相連的導線把短接兩邊法蘭短路,這樣流經短接內硫酸在線圈里就形成閉環回路,對不同酸濃在勵磁線圈就感應出不同的電勢,從而達到檢測酸濃目的。
        5.2流通式檢測器的安裝
        硫酸廠流通式檢測器直接安裝在采樣管路上,安裝示意見圖4。
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        其采樣管路的材質、位置等均與插入式一致。但注意其傳感器安裝方向為垂直向上,目的是保證傳感器中充滿酸。一般允許流通式檢測器安裝在酸泵出口,溫度**高允許為200℃,同時要求取樣管采用內襯F4鋼管為好。
        6結語
        分體式電磁流量計能夠準確檢測w(H2SO4)0~30%,30%~84%,96%~99%,103.5%~109.5%各種不同段內酸濃,該儀表對硫酸生產工藝穩定、環境保護提供了重要操作參數,為生產硫酸裝置長周期穩定運行打下基礎。
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