1、引言

氯堿行業(yè)生產(chǎn)的特點是環(huán)境惡劣，腐蝕性強，易燃易爆。流體介質(zhì)的總類繁多。液體介質(zhì)主要有蒸汽、軟水、工業(yè)用河水、自來水、生產(chǎn)污水、燒堿、鹽水、次氯酸鈉、二氯異氰尿酸鈉等；氣體介質(zhì)主要有氫氣、氯氣、氮氣、乙炔、氯化氫氣體、單體等等。流體的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)相差很大，流體的輸送管道由DNl5DNl000不等，流體流量范圍波動較大，所以在氯堿行業(yè)中，為適應不同流體介質(zhì)的不同要求，必須選用滿足流體特性的流量儀表。要實現(xiàn)流量的準確和可靠的測量，流量儀表的正確選型是至關重要的。下面作者就十多年對流量儀表設計選型的體會和經(jīng)驗作一些總結。

2、流量儀表選型的原則

2.1 流量儀表的分類

流量儀表按測量方法一般可分為速度式流量儀表、容積式流量儀表和質(zhì)量流量儀表三大類。

(1) 速度式流量儀表

速度式流量儀表是以直接測量封閉管道中滿管流流動速度為原理的流量計。一般包括：渦輪流量計、渦街流量計、旋進渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計、分流旋翼式流量計、激光多普勒流量計、插入式流量計、差壓式流量計、轉子流量計等。我們現(xiàn)場上用得較多的就是速度式流量儀表。

(2) 容積式流量儀表

容積式流量儀表就是在單位時間里直接測量通過管道的流體體積。一般包括：橢圓齒輪流量計、刮板式流量計、旋轉活塞式流量計。

(3) 質(zhì)量流量儀表

質(zhì)量流量儀表是用于計量流過某一橫截面的流體質(zhì)量流量或總量的流量計。一般有：科力奧式質(zhì)量流量計、量熱式流量計、沖量式流量計等。

2.2 流量儀表選型原則根據(jù)氯堿行業(yè)特點，對流量計選型，一般可按以下幾點進行：

(1) 首先要考慮防爆性能。氯堿行業(yè)中的的介質(zhì)如：氫氣、乙炔、氯化氫等氣體均是易燃易爆的介質(zhì)，所以選型的第一步就是要考慮流量儀表的防爆性能。不僅要考慮流量計本身的防爆性，還要充分考慮整個流量測量系統(tǒng)必須滿足防爆等級要求。

(2) 其次是弄清工藝介質(zhì)的物理和化學特性。比如：介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度、電導率；流量測量范圍；充許的壓力損失；介質(zhì)的腐蝕程度等等。通過綜合考慮流體的的特性，選用合適的流量計。

(3) 最后就是流量計的性價比。根據(jù)不同流體，使用在不同的場合，選擇合適的、性價比高的流量計。比如：用于成本核算或檢測工藝控制過程重要參數(shù)的流量儀表，就要選用精度高、維護量少的進口流量儀表；而在工藝控制過程中只是作為一般參考價值的流量儀表，就以選用精度較低、比較經(jīng)濟的流量儀表。

3、選型例子

3.1 水流量的測量

我公司用水主要分為：清水、軟水、工業(yè)用水。

(1) 清水和軟水的測量

對于DN200口徑以下清水和軟水的測量，我們都是采用一般的旋翼式水表。旋翼式水表價格低、安裝方便、儀表維護量又少，很實用。DN200口徑以上清水就需用電磁流量計進行測量。而DN200口徑以上的軟水，由于軟水導電率很小，不能使用電磁流量計，只能采用差壓式流量計進行測量。

(2) 工業(yè)用水的測量

清水由于價格高，所以在氯堿行業(yè)中生產(chǎn)過程用水都是使用簡單處理的工業(yè)水。我公司所用的工業(yè)水就是經(jīng)過簡單處理的邕江河水，水雜質(zhì)較多，特別是夏天，水很濁，用一般的水表根本無法測量。而用差壓式流量計測量，每個月就要清洗一次孔板，很麻煩。超聲波流量計雖然安裝方便、不用接觸介質(zhì)、維護量較少，但是精度低，所以經(jīng)過比較，工業(yè)水的計量，我們是采用電磁流量計。電磁流量計精度較高；口徑范圍大，量程比寬，而且它的安裝方式也很多，有：插入式、法蘭連接式、夾持式，電極可拆出清洗。由于以上的這些優(yōu)點，所以我公司工業(yè)用水全部采用ABB的電磁流量計進行測量。對于口徑DN400以上或管道埋在地下的，我們選用插入式電磁流量計；這樣安裝起來比較方便；而管道在地面上的，我們采用法蘭式電磁流量計。由于工業(yè)水沒有什么腐蝕，所以電極我們選用的是不銹鋼電極。目前電磁流量計用于工業(yè)用水的測量我們已經(jīng)用了20多套，除了每年大檢修需要清洗一次電極外，基本上不需要維護。

3.2 蒸汽流量的測量

蒸汽流量的測量，我公司應用較多的是差壓式流量計。差壓式流量計是目前工業(yè)生產(chǎn)中檢測流量常用的一種流量儀表。因為它檢測方法簡單，沒有可動部件，穩(wěn)定性好，可靠性高，價格較低，儀表不經(jīng)實流標定就能達到一定的精度，并且容易排除故障，所以在蒸汽的計量中我們基本上都是差壓式流量計。我公司目前在蒸汽計量中一共用了將近40多套差壓式流量計?；旧峡梢詽M足公司對蒸汽成本核算的要求。但是選用差壓式流量計計量蒸汽時，為保證測量精度，還必須要對它進行溫度和壓力補償。因為在實際檢測中，工藝過程的參數(shù)：壓力和溫度會經(jīng)常波動，不可能完全符合標準節(jié)流裝置的設計要求。另外，差壓式流量計在安裝時必須按標準進行安裝，才能保證整個測量系統(tǒng)的測量誤差在允許的范圍內(nèi)。

經(jīng)過多年的實踐，我們感到用差壓式流量計是有一定的局限性。由于差壓式流量計的安裝要求較高，在大口徑管道使用差壓式流量計測量經(jīng)常會產(chǎn)生蒸汽泄漏，造成儀表維護量增加。所以現(xiàn)在我們嘗試用阿紐巴傳感器測量大口徑蒸汽流量。但由于國產(chǎn)的阿牛巴傳感器性能不夠穩(wěn)定，維護量大，而進口的阿牛巴傳感器價格較高，要在企業(yè)中推廣，還是比較困難。所以比較經(jīng)濟實用的還是差壓式流量計。

3.3 氣體流量的測量

我公司除了在蒸汽流量測量中采用差壓式流量計外，在氣體的測量中也是廣泛應用。對于氫氣的測量，我們也是采用差壓式流量計。由于氫氣很干凈，無雜質(zhì)，用差壓式流量計測量根本不需要維護，但氫氣易燃易爆，所以在整個測量系統(tǒng)中選用的儀表必須是本安型的。我公司測量氫氣的差壓式流量計已經(jīng)用了十多年，一直都沒出現(xiàn)過問題。在氯氣流量的測量中，由于氯氣具有較強的腐蝕性，在工藝控制中，干氯氣測量，我們是選用不銹鋼做孔板進行測量；而帶水的氯氣，我們選用玻璃鋼材質(zhì)的節(jié)流裝置。這幾套孔板已經(jīng)用了好幾年，都不需要清洗。但目前對于氯氣的計量，我們還找不出一個有效方法。原想采用孔板或轉子流量計，但由于我公司經(jīng)氯氣分配臺后出來的氯氣壓力較小，只有0．1Mpa，并且壓力波動較大，經(jīng)過孔板或轉子流量計后壓力損失較大，壓損后后續(xù)分廠根本無法正常生產(chǎn)。所以目前，氯氣的的計量還是無法實現(xiàn)，這也是我們今后需要解決的一個難點。另外，在氮氣、氯化氫氣體、乙炔的流量測量中，我們也是采用差壓式流量計進行測量。

3.4 污水流量的測量

根據(jù)環(huán)保要求，工廠排出的污水量不能超出國家規(guī)定的范圍。所以在公司排污渠必須安裝流量計。我公司排出的污水經(jīng)過處理后，酸堿度一般在69之間，但還是有一定的腐蝕性，所以我們選取明渠流量計進行測量。由于明渠流量計采用超聲波技術對各類堰槽的液位進行非接觸測量，所以維護量很小，效果還可以。

3.5 電磁流量計的應用

電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律進行工作的。它能測量具有一定電導率的液體或液固兩相介質(zhì)的體積流量。它具許多優(yōu)點：壓力損失??；襯里通過防腐處理可測量腐蝕性流體；含有顆粒、懸浮物的液體也可測量；測量精度較高，可達0．2級等等。由于電磁流量計的這些特點，所以在氯堿行業(yè)中廣泛使用。我們公司的成品一燒堿的計量就是使用電磁流量計。燒堿；化學名NaOH，是氯堿行業(yè)的主要成品。成品燒堿的濃度為30％和50％，溫度為100℃左右。因為燒堿腐蝕性強，又含有顆粒，溫度高，以前我們對燒堿一直無法計量。九十年代后期，由于進口電磁流量計的廣泛使用，我們也嘗試在燒堿的的計量中使用電磁流量計。效果很好。我們根據(jù)燒堿的特性，電極選用鈦電極，襯里采用PTFE的一體式電磁流量計。測量燒堿的這幾套電磁流量計運行了幾年，沒有出現(xiàn)什么問題。另外，我們也用它來測量同樣具有腐蝕性的鹽水及次氯酸鈉等流體，效果也很好。通過這幾年的的應用，我們總結了電磁流量計選型的一般步驟：

根據(jù)介質(zhì)的化學性質(zhì)，選用各種不同材質(zhì)的電極；
根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和溫度，選取襯里材料；
根據(jù)管道的材質(zhì)，決定是否要接地環(huán)。如果管道是襯塑管或PVC管則要選用接地環(huán)；
根據(jù)工藝提的流量條件，在滿足儀表對流速范圍要求的前提下，盡量采用與工藝管道一致的口徑；
工藝必須保證有一段管段是滿管的；
根據(jù)工藝參數(shù)的重要程度及使用環(huán)境，選取進口或國產(chǎn)的電磁流量計。
我們根據(jù)以上原則選取的電磁流量計，都能滿足生產(chǎn)和計量的要求，而且儀表壽命很長。

4、流量選型的體會

做了這么多年的儀表設計，我覺得流量儀表的選型與工藝員正確提出的工藝條件關系很大，我們經(jīng)常選取的一套流量測量系統(tǒng)，但最終用到生產(chǎn)上無法投運或者效果達不到工藝要求。究其原因，很重要的一點就是沒有正確落實工藝條件。另外，儀表設計人員自身素質(zhì)的提高也很重要，如果儀表設計員沒有豐富的知識，企業(yè)主人翁的精神，那也無法高質(zhì)量的完成儀表設計工作。

5、流量儀表期望

氯堿行業(yè)中鹽、煤的計量一直都是各企業(yè)的計量難點，通過測量鍋爐的產(chǎn)汽來換算出熱能值，最后算出煤的用量。這一思路也正在我公司初步落實。我們相信，隨著科學技術的發(fā)展，氯堿行業(yè)中鹽、煤、油、氯氣等計量難點最終都會被克服。

6、結束語

流量計選型是一項技術性、實用性、責任性很強的工作，要做好這項工作，必須充分了解各種流量計的測量原理，了解、掌握各流量計生產(chǎn)廠家發(fā)展動態(tài)，弄清測量對象的工藝狀況，只有這樣我們設計的流量測量系統(tǒng)才能經(jīng)濟、實用、可靠，才能更好地為生產(chǎn)服務。

參考文獻
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流量計是儀表行業(yè)使用比制造難度更大的一類儀表，測量儀表本身受到管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質(zhì)的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平等因素的影響，流體粘性摩擦作用還會產(chǎn)生不穩(wěn)定的旋渦和二次流等復雜流動現(xiàn)象。面對國內(nèi)外十幾類、上百個品種的流量儀表（先后發(fā)展起來的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟性等因素合理選型，是用好流量儀表的前提和基礎。除了儀表自身質(zhì)量要得到保證，工藝數(shù)據(jù)的提供和儀表的安裝、使用、維護是否合理也相當重要。

1 焦化企業(yè)流量計的選型

中化鎮(zhèn)江焦化有限公司（以下簡稱“鎮(zhèn)江焦化”）流量計主要用于煤氣流量、空氣流量、蒸汽流量、循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、污水流量、稀釋廢水流量、苯流量、貧富油流量等的測量，在原來城區(qū)老廠系統(tǒng)中，空氣、煤氣、蒸汽、水（包括氨水、生化稀釋廢水）以孔板為主，空氣、煤氣流量出現(xiàn)的主要問題是取壓管易結水，需定期排污，煤氣孔板取壓管易被萘及焦油堵塞，需定期拆開清洗；氨水、廢水內(nèi)常帶入焦油，沾污孔板，堵塞引壓管而影響流量測量，以及因天氣寒冷造成引壓管凍結而不能正常工作等。而鎮(zhèn)江焦化高資新廠新建的70萬t碳材項目，生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)控制要求都有了較大水平的提高，因此要盡可能在新項目中解決流量計應用中存在的問題，提高流量計的運行能力和測量精度水平，大幅度降低儀表的維護量，減少對生產(chǎn)的影響。

1.1 節(jié)流式流量計選型

節(jié)流式流量計是早期大量使用的一種測量流量的計量裝置，有孔板、噴嘴、均速管等，測量對象可以是液體、氣體或蒸汽?，F(xiàn)在常見的為圓孔板型和錐形入口板型，其工作原理是在流體管道中加入一節(jié)流件，通過導壓管引入壓差變送器測出節(jié)流件上、下游的壓差，根據(jù)所測的壓差經(jīng)過計算即得出流量的瞬時值。節(jié)流式流量計以孔板為主，孔板測流量加工簡單、經(jīng)濟，但壓力損失大、維護量大。由于導壓管內(nèi)水的不流動性，在較寒冷地區(qū)，冬天室外安裝的孔板取壓管容易凍裂（凍住），使差壓儀器無法正常工作。測量較臟的污水時，孔板需經(jīng)常清洗，否則會造成測量精度降低、取壓管被污物堵死，儀表無法使用的情況發(fā)生。

根據(jù)鎮(zhèn)江焦化工藝要求以及孔板流量計經(jīng)濟性特點，主要將孔板流量計運用于煤氣流量、貧油流量、富油流量。并采取相應的措施保證孔板流量計的工作狀態(tài)：（1）定期清洗維護孔板；（2）針對水平安裝的孔板，采用園缺孔板的方式來延長維護周期；（3）針對孔板取壓裝置引壓管易堵塞的情況，通過改變?nèi)悍绞剑ㄈ鐝骄嗳悍ǎ﹣頊p少孔板污物的影響；（4）在精度和穩(wěn)定性要求高的場合，采用V形錐孔板。

1.2 電磁流量計選型

電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律，即被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動，因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應電動勢EX，感應電動勢EX與被測介質(zhì)流量（流速）成正比，電磁流量計不受溫度、壓力、粘度、重度等外界因素的影響，測量管內(nèi)部無收縮或凸出部分的壓力損失。另外，流量元件檢測出的最初信號是一個與流體平均流速成精確線性變化的電壓，它與流體的其他性質(zhì)無關，具有很大的優(yōu)越性。

根據(jù)污水具有流量變化大、含雜質(zhì)、腐蝕性小、有一定的導電能力等特性，利用電磁流量計測量污水的流量是一個很好的選擇。它結構緊湊、體積小，安裝、操作、維護方便。如測量系統(tǒng)采用智能化設計，整體密封加強，能在較惡劣的環(huán)境下正常工作。以前鎮(zhèn)江焦化的循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、稀釋廢水流量等均采用孔板流量計測量，但受生產(chǎn)焦種和生產(chǎn)工藝的影響，取壓管需經(jīng)常清洗疏通，若遇到寒冷天氣還會凍結，甚至凍裂。因此，在鎮(zhèn)江焦化高資新廠建設中，對于循環(huán)水、低溫水、循環(huán)氨水、噴灑氨水流量、污水流量、稀釋廢水流量鄧的測量電磁流量計，而在選型中應根據(jù)流體介質(zhì)特點來選擇電極材質(zhì)和襯里材料。對污水可選用氯丁橡膠襯里，含鉬不銹鋼（OCr18Ni12Mo2Ti）電極的電磁流量計，對富氨水、脫硫液、預冷循環(huán)液來說可采用聚四氟乙烯襯里，即可滿足流量測量的要求。當然，在選擇電極材質(zhì)和襯里材料時仍需考慮工藝狀況，液體溫度。否則襯里材料會過早老化，影響流量計的正常使用。

1.3 渦街流量計選型

渦街流量計作為一種新型流量計，20世紀80年代中期以來發(fā)展較快，它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點，在現(xiàn)代流量測量中應用越來越廣，目前中國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品系列。渦街流量計是基于流體振動發(fā)展起來的，根據(jù)旋渦的不同，檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發(fā)展了應力式、磁敏式及差動開關電容式、超聲波式等。渦街流量計幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計相比，渦街流量計沒有可動的機械部件，維護工作量小，儀表常數(shù)穩(wěn)定；與孔板式流量計相比，渦街流量計測量范圍大，壓力損失小，準確度高，安裝與維護用現(xiàn)場被忽略而影響流量計性能的正確發(fā)揮。

渦街流量計的原理是在流量計管道中設置一滯流件，當流體流經(jīng)滯流件時，由于滯流件表面的滯流作用等原因，在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦，這些旋渦在滯流件的側后方分開，形成所謂的卡門（Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉方向是相反的，卡門從理論上證明了當h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個相鄰旋渦間的距離）時，旋渦列是穩(wěn)定的雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù)，其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值。因此，流體的流動狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能。

經(jīng)過實踐，渦街流量計使用的影響因素有以下幾個方面：

（1）渦街流量計的測量范圍較大，一般為10∶1，但測量下限受許多因素限制，Re>10000是渦街流量計工作的最基本條件。此外，它還受旋渦能量的限制，介質(zhì)流速較低，則旋渦的強度、旋轉速度也低，難以引起傳感元件產(chǎn)生響應信號，旋渦頻率f也小，還會使信號處理發(fā)生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制，因此設計時一定要對流速范圍進行計算、核算，根據(jù)流體的流速進行選擇。使用現(xiàn)場環(huán)境條件復雜，選型時除注意環(huán)境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合，磁敏式、壓電應力式等儀表不能正常工作或不能準確測量。

（2）振動對渦街流量計使用性能有很大的影響。因此在使用時注意避免機械振動，尤其是管道的橫向振動（垂直于管道軸線又垂直旋渦發(fā)生體軸線的振動），這種影響在流量計結構設計上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感，故直管段長度不能保證穩(wěn)定渦街所必要的流動條件時是不宜選用的。即使是抗振性較強的電容式、超聲波式，保證流體為充分發(fā)展的單向流，也是不可忽略的。

（3）介質(zhì)溫度對渦街流量計的使用性能也有很大的影響。如壓力應力式渦街流量計不能長期使用在300°C狀態(tài)下，因其絕緣阻抗會由常溫下的10～100MΩ急降至1～10kΩ，輸出信號也變小，導致測量特性惡化，對此宜選用磁敏式或電容式結構。在測量系統(tǒng)中，傳感器與轉換器宜采用分離安裝方式，以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。

鎮(zhèn)江焦化高資新廠新項目中渦街流量計選型主量測量和脫鹽水流量的測量。在選型中應充分考慮儀表安裝的位置，前后直管段長度，周圍的電器設備分布情況，對有可能產(chǎn)生管道振動的場合應增加安裝支架，以加強儀表所安裝的管道的固定，最大限度地減少振動。另外，對氣體、蒸汽流量計的選型應充分考慮到壓力變化對流量精度的影響，尤其是蒸汽流量測量值為體積流量，而工藝要求的流量值為質(zhì)量流量，溫度、壓力變化對蒸汽密度影響較大，需對流量值進行壓力補償，來消除壓力變化引起密度的變化帶來流量顯示值的誤差。新項目中所有流量信號都送入DCS系統(tǒng)，公司可以利用DCS系統(tǒng)的靈活性，在工程組態(tài)軟件中將壓力和密度的對應關系與流量顯示值結合起來，這樣可以很方便地解決蒸汽流量的溫度、壓力補償問題。

2 結束語

綜上所述，電磁流量計性能較好，但要求流體必須有一定的導電性；節(jié)流流量計應用范圍廣、價格便宜，但對流量計的維護工作量較大；而渦街流量計比較新型，但對儀表安裝使用環(huán)境要求相對較高，企業(yè)應根據(jù)流量計各自的性能，并結合焦化生產(chǎn)工藝選擇流量計，使得企業(yè)各工藝流程的介質(zhì)流量的測量和控制達到精確度和可靠性要求。

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