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电磁流量计

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氧化铝厂冷凝水流量计量探讨

来源:编辑:颁发时间:2016-11-28 09:46:19

 摘 要: 在氧化铝生产过程中,其衍生品冷凝水流量计量一直是一个值得探讨的话题,多年以来,不同的设计人员都采用不同的测量方式,各种测量方式测出的数据也不尽相同,到底那个数据比较准确呢?本文选择几种常见的测量方式,并从原理上、使用效果上以及维护情况等几方面实行比较,然后得出结论,指出冷凝水流量计量的相对比较好的方式。

 
1 引言
          在氧化铝生产工艺中,由饱和蒸汽间接加热氢氧化铝矿浆或碱液,以增进矿浆和碱液充分反应,蒸汽降温形成冷凝水,好水送至锅炉房继续生产蒸汽,坏水加入分解系统或沉降系统参与工艺生产流程。也有把冷凝水(不管好坏)送到热水槽,储存起来冲洗设备用,用的时候再通入蒸汽继续加热。不管冷凝水作什么用途,都要实行计量,以作为各车间成本核算的一个依据。计量冷凝水时,存在很大的争论,各种计量方法都有,并且都能测出数据,由于冷凝水量在生产过程中属于“鸡肋”,故量准不准没有引起重视,作为一个检测技艺工程师,有仔肩把该数据弄准确。
 
2 蒸汽冷凝水的来源
2.1 溶出二次冷凝水
          为实现氢氧化铝矿浆在压煮器内与碱液充分反应,一般在压煮器蒸汽套内通入饱和蒸汽,经过蒸汽套管间接加热矿浆,几个压煮器串联起来组合成压煮器组,饱和蒸汽也串联加热各级压煮器,最后末级压煮器出来的二次蒸汽经过冷凝水罐冷凝后形成冷凝水。此过程中,均有或许矿浆加入蒸汽管道(例如压煮器破损、碱液混入蒸汽等),这就需要在冷凝水出口管设置一个电导率计检测冷凝水的电导率,好水送入锅炉房,坏水送入热水槽。
 
2.2 蒸发二次冷凝水
          为平衡氧化铝生产过程中的水量和排出杂志盐类,使碱液浓度达到化学反应的极限浓度,在管式降膜蒸发器管层通入碱液原液,在壳层蒸汽套内通入饱和蒸汽,经过蒸汽套间接加热碱液,几个管式降膜蒸发器串联起来组合成蒸发器组,每一个蒸发器都配带一个冷凝器,饱和蒸汽也串联加热各级蒸发器,Ⅰ效管式降膜蒸发器出来的冷凝水较为干净,称之为新蒸汽冷凝水,其余各级蒸发器出来的冷凝水均有或许含有碱分子而形成坏水,称之为二次冷凝水,好水坏水的识别也是经过设置电导率计来检测的,同样好水送入锅炉房,坏水送入热水槽。
 
          不管是溶出来的冷凝水还是蒸发来的冷凝水,计量时都得考虑冷凝水的纯度(电导率)、温度等参数。冷凝水罐出水管温度大概有70~110℃左右,也就是说里面还含有大量蒸汽,此时冷凝水的属性为汽相、液相和固相(固体为微量矿浆微粒),固相经过电导率仪可以测出。
 
          这里,只关切该工艺过程中形成的冷凝水该如何计量。
 
3 冷凝水的各种计量探讨
3.1 电磁流量计计量法
          有的检测工程师在做设计时,计量冷凝水采用电磁流量计,理由是冷凝水含有碱液或矿浆微粒,电磁流量计的可测量介质电导率可以低至5μs/cm,温度可达到80℃甚至更高,精度可达到±0.2~0.5%,测出的流量为体积流量,并且电磁流量计安装、检修都方便(检修只需一段时间后清洗电极),测出的数据稳固,累积量可靠。但是不是如实地反映冷凝水真实的流量无从考察。
 
电磁流量计测量原理是法拉第电磁感应原理,在电磁流量计中,测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场,当有导电介质流过时,则会产生感应电压(工作原理如图1所示),管道内部的两个电极测量产生的感应电压,测量管道经过不导电的内衬(橡胶、特氟隆等)实现与流体和测量电极的电磁隔离。
电磁流量计测量原理图
 
设:E为感应电动势;B为感应强度(T);D为测量管内径(m);V为平均流速(m/s);S为管道截面积;K为流量常数
QQ截图20161128101919.jpg
 
          由于冷凝水固有特性,在溶出压煮器和蒸发器无损坏的情况下,料浆和碱液不会混入冷凝水管道,冷凝水中无导电介质,冷凝水属性为液相和汽相,此时,电导率仪测出的值小于5μs/cm,感应电动势为零,电磁流量计测出的数据是闪烁乱跳的数值,该数值不能表达真实的测量值。
 
3.2 差压式流量计计量法
          设计过程中也有采用差压式流量计计量冷凝水流量的,差压式流量计通常有靶式流量计(如德尔塔巴流量计、赛德巴流量计、阿牛巴流量计等)、孔板流量计、V锥流量计、喷嘴流量计等,该类流量计可测量汽相、液相或汽液二项性的任何介质,测量原理为伯努利方程,测出的流量为质量流量,其通用流量计算公式如下:
 
          设Qm为质量流量;Qv为体积流量;ξ为流量计探头的阻断系数(也可为常数K);ε为流体膨胀系数;D为测量管内径;dp为流体差压;ρ为工况下的流体密度,则
QQ截图20161128102031.jpg
 
          在冷凝水测量过程中,冷凝水为不可压缩流体,故ε为1。换算成体积流量如下:
QQ截图20161128102038.jpg
 
          从公式(3)可以看出,差压式测量冷凝水流量过程中,流体流量只与流体差压和密度有关,介质流体的密度改变,对流量值的影响是很直观的。另一方面,为了工艺操纵的方便,仪表指示值给出的是准则状态下的体积流量,这是按照介质流体的密度换算出来的。而介质流体的密度改变使其换算关系也改变,从理论上三畅差压式流量计测量冷凝水是合适的,但实际上,当冷凝水中混入料浆颗粒或碱液时,冷凝水密度变化大,且矿浆固体颗粒物容易堵塞取压探头的取压孔,碱液混合的颗粒物容易结疤附在探头上,使得探头经常要拆卸下来清洗,并接清洗次数相对电磁流量计、涡街流量计要频繁得多。
 
3.3 漩涡式流量计计量法
          漩涡式流量计测量原理为卡门漩涡,即是在流体管道中,垂直插入一个柱形阻挡物,在其后部(相对于流体方向)两侧就会交替地产生漩涡。随着流体向下游流动形成漩涡列,称之为“卡门漩涡”,把产生漩涡的柱形阻挡物定义为漩涡发声体,在一定条件下漩涡的分离频率与流量的流速成线性关系,因而,只要测出漩涡分离的频率,即可计算出管道内流体的流速或流量,其计算公式如下:
 
          设Qv为体积流量;St为斯特劳哈尔数(也可为常数K);f为频率(Hz/s);D为测量管内径;d为迎流面宽度。
QQ截图20161128102159.jpg
 
          正是漩涡流量计是基于线性连续方程原理,测量与流体的性质无关,与密度、黏度等均无关,用水标定出来的流量系数同样适用于冷凝水计量。
QQ截图20161128102229.jpg
 
K为流量系数,含义是每升流量由几个脉冲暗示,即是P/L,经过公式变换,实际运用中的涡街流量计计算公式为:
QQ截图20161128102234.jpg
 
          从公式(5)可以看出,漩涡流量计的计量只与流体频率有关系,测出的流量为流体的工况体积方,质量方和准则体积方是按照密度或压力温度换算出来的。旋涡流量计通常有涡街流量计、靶式流量计等,优势是测量范围广,体积小,重量轻,离线标定方便,一旦结疤,清洗也方便(卸下来清洗阻挡物即可)。劣势是测量精度低,和差压式流量计差不多。除了上述几种常见的计量方法,还有采用超声波流量计计量的,早期的溶出冷凝水有采用的,首要是由于压煮器损坏快,料浆泄露严重的工艺,由于科学技术进步快,现在的压煮器根本不泄露,冷凝水电导率低,因此现代氧化铝生产工艺中,冷凝水计量根本上不采用超声波流量计。其余的计量方式不常见,这里就不一一先容了。
 
4 回顾
          经过几种典型的流量计的剖析,再结合现场的使用情况,综合比较下来,旋涡流量计使用效果要好得多,使用时间要长一些,创议设计过程中优先考虑使用旋涡式流量计。
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