| 電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程。中小口經(jīng)常用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所,如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏,長距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制。高壓電磁流量計(jì)、礦漿流量計(jì)則是油田、選煤場(chǎng)等需測(cè)漿液場(chǎng)所的;小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。衛(wèi)生電磁流量計(jì)是開封威利流量?jī)x表有限公司專門針對(duì)醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求所研發(fā)而成。 二、電磁流量計(jì)的精度等級(jí)和功能 市場(chǎng)上通用型電磁流量計(jì)的性能有較大差別,有些精度高、功能多,有些精度低、功能簡(jiǎn)單。精度高的儀表基本誤差為(±0.5%~±1%)R,精度低的儀表則為(±1.5%~±2.5%),兩者價(jià)格相差1~2倍。因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)所(例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的.只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場(chǎng)所),選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。 有些型號(hào)儀表聲稱有更高的度,基本誤差僅(±O.2%~±O,3%)R,但有嚴(yán)格的安裝要求和參比條件,例如環(huán)境溫度20~22℃,前后置直管段長度要求分別大于10D、3D(通常為5D、2D),甚至提出流量傳感器要與前后置直管組成一體在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上作實(shí)流校準(zhǔn),以減少夾裝不善的影響。因此在多種型號(hào)選擇比較時(shí)不要單純只看高指標(biāo),要詳細(xì)閱讀制造廠樣本或說明書作綜合分析。 全流型非滿管EMF的基本誤差為(±1.5%~±2%)FS。插入型儀表本身(即檢測(cè)頭)的基本誤差一般為±2%R~±4%FS,考慮到點(diǎn)流速(或徑流速)代表面平均流速,隨著流量變化引起速度分布系數(shù)變動(dòng)的影響,可能帶來2%~5%的變化以及流通面積測(cè)量誤差等,總體的測(cè)量精度還要低些。 若應(yīng)用于大管徑長輸水管,因有良好的速度分布(有足夠長的前置直管段),電磁流量檢測(cè)頭又在“檢定水槽”中個(gè)別校準(zhǔn),流量變化范圍也不大,不存在速度分布系數(shù)明顯變動(dòng)等較好條件下,基本誤差可接近或略大于±2%R。 市場(chǎng)上電磁流量計(jì)的功能差別也很大,簡(jiǎn)單的就只是測(cè)量單向流量,只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表;多功能儀表有測(cè)雙向流、量程切換、上下限流量報(bào)警、空管和電源切斷報(bào)警、小信號(hào)切除、流量顯示和總量積算、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等。有些型號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和芯片(ASIC),以聯(lián)接HART協(xié)議系統(tǒng)、PR0兀BuS、Modbus、CONFIG、FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。 三、電磁流量計(jì)的流速、滿度流量、范圍度和口徑 選定儀表口徑不一定與管徑相同,應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不高的液體、管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5~3m/s。電磁流量計(jì)用在這樣的管道上,傳感器口徑與管徑相同即可。 電磁流量計(jì)滿度流量時(shí)液體流速可在1~10m/s范圍內(nèi)選用,范圍是比較寬的。上限流速在原理上是不受限制的,然而通常建議不超過5m/s,除非襯里材料能承受液體流速的沖刷,實(shí)際應(yīng)用很少超過7m/s,超過10m/s則更為罕見。滿度流量的流速下限一般為1m/s,有些型號(hào)儀表則為0.5m/s。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或在流速偏低的管系,從測(cè)量精度角度考慮,儀表口徑應(yīng)改用小于管徑,以異徑管連接之。 用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體,選用流速應(yīng)不低于2m/s,提高到3~4m/s或以上,起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體,常用流速應(yīng)低于2~3m/s,以降低對(duì)襯里和電極的磨損。 在測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體,盡可能選定較低流速(小于0.5~1m/s),因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加,而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。 電磁流量計(jì)的范圍度是比較大的,通常不低于20,帶有量程自動(dòng)切換功能的儀表,可超過50~100。 國內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從10mm到3000mm,雖然實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多,但與大部分其他原理流量?jī)x表。(如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等)相比,大口徑儀表占有較大比重。某企業(yè)近萬臺(tái)儀表中,50mm以下小口徑、65~250mm中口徑、300~900mm大口徑、1000mm以上超大口徑分別占37%、45%、15%和3%。 四、電磁流量計(jì)的液體電導(dǎo)率 使用電磁流量計(jì)的前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的,不能低于閾值(即下限值)。電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用,超過閾值即使變化也可以測(cè)量,示值誤差變化不大。通用型電磁流量計(jì)的閾值在10-4(5×10-6)S/cm之間,視型號(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長度及其分布電容,制造廠使用說明書中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長度。非接觸電容耦合大面積電極的儀表則可測(cè)電導(dǎo)率低至5×10-8)/cm的液體。 工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4S/crn,酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10-4~10-1S/cm之間,使用不存在問題,低度蒸餾水為101S/cm也不存在問題。石油制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過低就不能使用。上圖列出若干液體的電導(dǎo)率。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低,認(rèn)為不能使用,然而實(shí)際工作中會(huì)遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例,這類雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利。對(duì)于水溶液,資料中的電導(dǎo)率是用于純水配比在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的,實(shí)際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比,電導(dǎo)率將比查得得要高,也有利于流量測(cè)量。 | 液體名稱 | 電導(dǎo)率 | 液體名稱 | 電導(dǎo)率 | 液體名稱 | 電導(dǎo)率 | | 石油 | (3~5)×10-13 | 液氨 | 1.3×10-7 | 硫酸(5% ~ 99.4%) | (2.1×10-1)~(8.5×10-3) | | 丙酮 | (2~6)×10-8 | 甲醇 | (4.4~7.2)×10-8 | 氨水(4% ~ 30%) | (1×10-3)~(2×10-4) | | 純水,高度蒸餾水 | 4×10-8 | 飲用水 | ≈10-4 | *(4% ~50%) | (1.6×10-1)~(8×10-2) | | 苯 | 7.6×10-8 | 海水 | ≈4×10-2 | 食鹽水(2.5%) | 2×10-1 | 還有一種在缺乏現(xiàn)成電導(dǎo)率數(shù)據(jù)的情況下,裝在管線上電磁流量計(jì)不能測(cè)量的液體,從現(xiàn)場(chǎng)管線上取樣離線去實(shí)驗(yàn)室以電導(dǎo)率儀測(cè)量其電導(dǎo)率卻認(rèn)為可用。這是由于取樣離線過程中,所測(cè)液體已與在管線中有了差別;譬如液體已吸收了大氣中的CO2或N0x生成微量的碳酸或硝酸,改變了電導(dǎo)率。 根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn),實(shí)際應(yīng)用的液體電導(dǎo)率要比儀表制造廠規(guī)定的閾值至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)橹圃鞆S儀表規(guī)范規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測(cè)量的低值,是受到一些使用條件限制,如電導(dǎo)率均勻性、連接信號(hào)線、外界噪聲等,否則會(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象等。我們就多次遇到測(cè)量低度蒸餾水或去離子水,要其電導(dǎo)率接近閾值5×10-6S/cm,使用時(shí)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。 五、電磁流量計(jì)測(cè)量液體中含有混入物 混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作,但測(cè)得的是含氣泡體積的混合體積流量;如氣體含量增加到形成彈(塊)狀流,因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時(shí)斷開,出現(xiàn)輸出晃動(dòng)甚至不能正常工作。 含有非鐵磁性顆?;蚶w維的固液雙相流體同樣可測(cè)得二相的體積流量。固體含量較高的流體,如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起流動(dòng),兩者之間有滑動(dòng),速度上有差別,單相液體校驗(yàn)的儀表用于固液雙相流體會(huì)產(chǎn)生附加誤差。雖然還未見到電磁流量計(jì)應(yīng)用于固液雙相流體中固形物影響的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,但國外有報(bào)告稱固形物含量有14%時(shí)誤差在3%范圍以內(nèi);我國黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所的試驗(yàn)報(bào)告稱,測(cè)量高沙含量水的流量,含沙量體積比17% ~ 40%(沙中值粒徑0.35rnm),儀表測(cè)量誤差小于3% 。 在漿液內(nèi)有較大顆粒擦過電極表面,在頻率較低的矩形激磁的電磁流量計(jì)中會(huì)產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲,使流量信號(hào)不穩(wěn),就要選用較高頻率的儀表或有較強(qiáng)抑制漿液噪聲能力的儀表,也可選用市電交流激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。而開封威利流量?jī)x表有限公司與日本山武合作的礦漿電磁流量計(jì),很好的解決該問題。 含有鐵磁性物質(zhì)的流體對(duì)通常的電磁流量計(jì),因測(cè)量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體的不同含量而變化,會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。但在磁路中置有磁通檢測(cè)線圈補(bǔ)償?shù)碾姶帕髁坑?jì),可減小混入鐵磁體的影響。上海光華儀表廠在交流激磁儀表的試驗(yàn)報(bào)告中稱,水中含有液固重量比約4:1,顆粒度≤0.15mm鐵精礦石的礦漿,以80mm口徑儀表作清水和漿液對(duì)比流量試驗(yàn),通常的儀表示值變化7% ~ 10%,裝有磁通檢測(cè)線圈的儀表,示值誤差在±2%FS以內(nèi)。 對(duì)含有礦石顆粒的礦漿應(yīng)用,應(yīng)注意對(duì)傳感器襯里的磨損程度,測(cè)量管內(nèi)徑擴(kuò)大會(huì)產(chǎn)生附加誤差。這種場(chǎng)合應(yīng)選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里,同時(shí)建議傳感器安裝在垂直管道上,使管道磨損均勻,消除水平安裝下半部局部磨損嚴(yán)重的缺點(diǎn)。也可以在傳感囂進(jìn)口端加裝噴嘴形護(hù)套,相對(duì)延長使用期。 六、電磁流量計(jì)液體附著和沉淀 測(cè)量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體時(shí),若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì),信號(hào)電勢(shì)將被短路而不能工作,若是非導(dǎo)電層則首先應(yīng)注意電極的污染,譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮除沉垢。國外產(chǎn)品曾有電極上裝超聲波換能器,以清除表面垢層,但現(xiàn)已少見。也有暫時(shí)斷開測(cè)量電路,在電極間短時(shí)間內(nèi)流過低壓大電流,焚燒清除附著油脂類附著層。易產(chǎn)生附著的場(chǎng)所可提高流速以達(dá)到自清掃的目的,還可以采取較方便的易清洗的管道連接,可不拆卸清洗傳感器。 非接觸型電極的電磁流量計(jì)附著非導(dǎo)電膜層,儀表仍能工作,但若為高導(dǎo)電層則同樣不能工作。 對(duì)于接觸型電極的電磁流量計(jì)導(dǎo)電性附著層的附加示值誤差△E如下圖 式中σw、σf —— 分別為附著層、液體電導(dǎo)率; t —— 附著層厚度; d —— 測(cè)量管內(nèi)徑。 弱附著于襯里管壁異物層為氧化鐵繡層,或以金屬為主要成分的燃料,其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率,測(cè)得的流量值將比實(shí)際流量低;若為碳酸鈣等水垢層,其電導(dǎo)率低于液體,測(cè)得流量值高于實(shí)際流量。若附著層電導(dǎo)率與液體相同,按上圖計(jì)算附加誤差為零,但此只局限于附著層厚度小的條件,譬如下圖中2t / d要小于10%。因?yàn)橄嗤髁坑懈街鴮訒r(shí)流通面積減小,但平均流速增加,相互間可抵消,也只能說附加誤差可忽略不計(jì)。 七、電磁流量計(jì)與流體接觸部件材料的選擇 與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測(cè)量管)、電極、接地環(huán)和密封墊片,其材料的耐腐濁型、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)流體的適應(yīng)性。由于零部件少,形狀簡(jiǎn)單,材料選擇靈活,電磁流量傳感器對(duì)流體的適應(yīng)性強(qiáng)。 (1) 襯里材料(或直接與介質(zhì)接觸的測(cè)量管) 常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。氟塑料包括聚四氟乙烯(F-4)、全氟乙丙烯(四氟乙烯和六氟丙烯共聚物,F(xiàn)-46;國外商品名Teflon FEP,習(xí)稱FEP)、四氟乙烯和乙烯共聚物(F-40)和全氟烷基乙烯基醚共聚物(改性聚四氟乙烯,國外商品名Teflon FEP)玻璃鋼有用作襯里的,也有單獨(dú)制成測(cè)量管的。今年有采用高純氧化鋁(99.7%A12O3)陶瓷制成陳立的,但只限中小口徑傳感器。 氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業(yè)用水、廢污水及若酸堿,價(jià)格為低廉。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐濁性液體,但耐磨性差,不能用于測(cè)量礦漿液。氟塑料中早引用的是聚四氟乙烯,因與測(cè)量管間僅靠壓貼,無粘結(jié)力,不能用于負(fù)壓管道,后開發(fā)各種改性品種,實(shí)現(xiàn)注塑成型,與測(cè)量管有較強(qiáng)結(jié)合力,可用于負(fù)壓,其品種為: | 材料名稱(括號(hào)內(nèi)為略稱或習(xí)稱) | 性能特點(diǎn) | 適用流體例 | 注意事項(xiàng) | | 氟塑料 | 整體 | ·內(nèi)表面光滑,不易附著沉淀物 ·耐酸性能* ·流體使用溫度范圍寬 | ·*、鹽酸、醋酸等高滲透性液體 ·硫酸、燒堿、電解質(zhì)等強(qiáng)附著性液體 ·容易產(chǎn)生結(jié)垢、沉積、附著、固化的液體 ·有衛(wèi)生要求的液體 | ·耐磨耗性差 ·不耐一些氧化物和少數(shù)種液體腐蝕或侵濁 | 聚四氟乙烯(F-4) Polytecrafluoroethylene(PTFE) 商業(yè)名:Teflon(Dupount公司) | ·氟塑料中有優(yōu)的耐化學(xué)腐蝕,除注意事項(xiàng)所列不耐腐外,幾乎抗所有化學(xué)介質(zhì) ·與測(cè)量管間不能粘結(jié),不能注塑,只能緊貼套配,不能用于負(fù)壓 | | ·三氟化氯,高溫下三氯化氧、液氧、臭氧等不耐腐蝕 | 四氟乙烯-全氟烷基乙烯 基醚共聚物 tetrafluoroethylene-perfuorinated alkalivinvlether copolymer 改性聚四氟乙烯,又名聚全氟化烷氧基 Perfluoralkoxy(PFA) 商業(yè)名:Teflon PFA(Dupount公司) | ·耐化學(xué)腐蝕性略遜于PTFE ·可采用注塑成型,與測(cè)量管間有較強(qiáng)粘結(jié)力 ·能用于較高的負(fù)壓 ·有替代PTFE的趨勢(shì) | | ·同PTFE不耐的介質(zhì) | 全氟乙丙烯(F-46) Perfluorinated ethylene-propylene copolymer(FEP) | ·耐化學(xué)腐蝕型略遜于PTFE ·可采用注塑成型,與測(cè)量管間有較強(qiáng)粘結(jié)力 ·能用于較高的負(fù)壓 | | ·同PTFE不耐的介質(zhì) ·不耐發(fā)煙硝酸、丁基鋰 | 乙烯-四氟乙烯共聚物(F-40) ethylene tetrafluoro ethylenecopolymer(E-TFE);商業(yè)名;Tefzel(Dupount公司) | ·耐化學(xué)腐蝕性和加工工藝和FEP相近 ·耐核輻射輻照性能優(yōu)于其他氟塑料 ·美國食品和要管理局(FDA)認(rèn)可食品安全 | | ·同F(xiàn)EP不耐的介質(zhì) | 聚氨酯橡膠 Polyurethane | ·耐磨耗性*,為天然橡膠的10倍,適用于含有泥沙、石礫等固體顆粒的漿液 ·耐腐蝕性差,只能用于弱酸弱堿等液體 | ·海水、泥漿、污泥水、礦漿、煤漿 | ·不能用于酸、堿液和有機(jī)溶劑混合液 ·適用較低溫度 | 氯丁橡膠 Neoprene chloroprene gum | ·耐磨性中等 ·與其它橡膠比,耐油性和耐化學(xué)液性好 | ·上水、下水、海水、工業(yè)用水、泥水 | ·對(duì)有機(jī)溶劑和部分酸、堿液耐腐性弱 | 氧化鋁陶瓷 ceramic | ·耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍 ·高溫高壓下不變性 ·性脆,不耐液體溫度巨變 ·內(nèi)表面光滑,不易附著結(jié)垢 | ·硬質(zhì)漿液 ·腐蝕性液 ·易附著結(jié)垢液 | ·耐熱沖擊性(即溫度急劇變化)差 ·耐機(jī)械沖擊性差,性脆易碎,防止夾裝受力不勻 ·應(yīng)用于氟酸、磷酸、強(qiáng)堿液,應(yīng)充分注意 | 聚氨酯橡膠有*的耐磨耗性,但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍,適用于煤漿、礦漿等;介質(zhì)溫度要低于40~60/70℃。氧化鋁陶瓷有*的耐磨耗性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐腐蝕性,耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍,適用于具有腐蝕性的礦漿;但性脆,安裝夾緊時(shí)疏忽易碎,可用于較高溫度(120~140/180℃),但要防止溫度劇變,如通蒸汽滅菌,一般溫度突變不能大于100℃,升溫150 ℃要有10min時(shí)間。 襯里材料的選擇及其特點(diǎn)和不適用流體請(qǐng)參閱上圖,s.2,通用型電磁流量計(jì)幾種材料的壓力溫度大體適用范圍可看右圖。 (2)電極和接地環(huán)材料 電極對(duì)測(cè)量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素,其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。 1) 選擇耐腐蝕材料電磁流量計(jì) 電極的耐腐蝕性要求很高,不允許腐蝕或者嚴(yán)格地說只允許極低的腐蝕速率,否則會(huì)破壞電極與襯里間密封性。介質(zhì)泄漏,輕則破壞絕緣而儀表無法工作,直至毀壞整臺(tái)電磁流量傳感器。常用金屬材料有含耐酸鋼1Cr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蝕鎳基合金)B、C,鈦、鉭、鉑銥合金,幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極,它們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包覆這些材料的金屬電極。下表格所展示的是這些材料的大體使用范圍。 | 電極材料 | 特點(diǎn)及適用范圍 | 耐酸鋼ICrl8Ni9Ti 含鉬耐酸鋼 OCrl8Ni12MoTi(相當(dāng)于316L) | 主要用于生活工業(yè)用水、原水、下水、廢物水及稀酸、稀堿等弱腐蝕性酸、堿、鹽液,價(jià)格低 | | 哈氏合金B(yǎng) | 低濃度鹽酸等非氧化性酸和非氧化性鹽液適用,硝酸等氧化性酸不適用 | | 哈氏合金C | 對(duì)常溫硝酸、其他氧化性酸、氧化性鹽液有耐腐蝕性,鹽酸等還原性酸和氯化物不適用 | | 鈦 | 耐腐蝕性略優(yōu)于耐酸鋼,對(duì)氯化物、次氯酸鹽、海水有優(yōu)良的耐腐蝕性,對(duì)常溫硝酸等氧化性酸有耐腐蝕性,鹽酸、硫酸等還原性酸不適用 | | 鉭 | 具有和玻璃相似的*耐腐蝕性,除*、發(fā)煙硫酸等少數(shù)酸(參見下表)外,大部分酸液適用,*等堿液不適用 | | 鉑、鉑銥合金 | 對(duì)幾乎所有酸堿液耐腐蝕,王水、銨鹽以及少數(shù)介質(zhì)(參見下表)不適用,價(jià)格昂貴 | | 碳化鎢硬質(zhì)合金 | 漿液電極材料,可降低漿液噪聲,耐腐蝕性較差,腐蝕性液體不適用 | | 導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電氟塑料多孔性陶瓷 | 低噪聲電極材料,抗?jié){液噪聲和流動(dòng)噪聲;導(dǎo)電氟塑料耐化學(xué)品性能好 | 上述表中所展示的耐腐蝕性適用范圍只是個(gè)概貌。各種介質(zhì)對(duì)不同材料的腐蝕性可查閱有關(guān)的“腐蝕手冊(cè)”.,例如《腐蝕數(shù)據(jù)和選材手冊(cè)》集中了大量數(shù)據(jù),可作選用電極材料時(shí)參考,以確定初步方案。但這只能是初步方案,是否適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)使用條件,還需進(jìn)一步調(diào)查。因?yàn)閺氖謨?cè)查閱的數(shù)據(jù)大部分是在實(shí)驗(yàn)室比較“純”的條件下取得的,而實(shí)際使用的流體,往往含有微量雜質(zhì),也常是幾種介質(zhì)的混合液,它們的腐蝕性與純粹或單一介質(zhì)的腐蝕性有顯著差別;液體是否含有溶解氣體以及流動(dòng)速度也相當(dāng)程度上影響著腐蝕速度。例如哈氏合金B(yǎng)對(duì)80% 10%濃度,不充氣鹽酸耐腐蝕,而對(duì)充氣的鹽酸卻不耐腐。所以在原則上電極材料的選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)際和以往的經(jīng)驗(yàn)來確定。有時(shí)候要作必要的實(shí)驗(yàn),如現(xiàn)場(chǎng)取液體樣品在實(shí)驗(yàn)室做待用材料的腐蝕性試驗(yàn)。的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)掛片,這是接近實(shí)際應(yīng)用條件的腐蝕性試驗(yàn),可以得出比較可靠能否適用的結(jié)論。 鉭耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的面很廣,鉑銥合金對(duì)各類酸堿鹽液也有很好的耐腐蝕性,但它們也有一些不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì),下表中列出若干不耐腐蝕的介質(zhì),兩者之間有互補(bǔ)性。 2)避免電極表面效應(yīng) 電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但有時(shí)候電極材料對(duì)被測(cè)介質(zhì)有很好的耐腐蝕性,卻不一定就是適用的材料,還要避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)。 電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個(gè)方面。 化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測(cè)介質(zhì)接觸后,形成鈍化膜或氧化層。它們對(duì)耐磨腐蝕性能可能起到積極保護(hù)作用,但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會(huì)被氧化,生成絕緣層。 | 化學(xué)液體介質(zhì) | 鉑-銥合金 | 鉭 | 其他材料 | | 氟化鋁(Aluminum fluoride) | A | × | | | 硝酸鋁(Aluminum nitrate) | A | × | | | 氯化銨(Aluminum nitrate) | A | × | B(哈氏合金C) | | 氫氧化鋇(Baritml hydroxide) | A | × | | | 二氧化氯(Chlorine dioxide) | × | A | | | 氟化銅(Copper fluoride) | A | × | | | 氯化銅(Copper chloride) 40% | × | A | | | 氯氧銅(Copper oxychloride) | A | × | | | 氯化鐵(Fernc chloride) | × | A | B(哈氏合金C) | | 氯化鋅(Zinc chloride) 50% | A | × | | | 氟硅酸(Fluosicic acid) 10%~40% | A | × | | | 氫溴酸(Hydrobromic acid) 50% | × | A | | | *(Hydrofluoric acid) 10%~20% | A | × | B(哈氏合金C) | | 氫氟硅酸(Hypochlorous acid) 35% | A | × | B(哈氏合金C) | | 次氯酸(Hypochlorous acid) 10%~20% | × | A | B(哈氏合金C) | | 乙酸鉛(lead acetate) | × | A | | | *(Magnesium hydroxide) | A | × | | | 氨氧化鉀(Potassium hydroxide)10%~40% | A | × | | | 氰化鈉(Sodium cyanide) | × | A | | | 氰鐵酸鈉(Sodium ferrocyanide) | × | B | | | 氰亞鐵酸鈉(Sodium ferricyanide) | × | B | | | 氟化鈉(Sodium fluoride) 5%~50% | A | × | | | *(S0dium hydroxide) 5%~50% | A | × | B(哈氏合金C) | | 硫酸(Sulfuric acid)10%~50% | A | A | | | 硫酸(Sulfuric acid) | A | × | | | *(Sodium thiosulfate) | × | × | A(哈氏合金C) | 符號(hào)說明:A——優(yōu)先選用的材料(實(shí)際上有極長的使用壽命); B——令人滿意的材料(在大多數(shù)條件下又較長的使用壽命); ×——不能使用 電化學(xué)電勢(shì)變化和極化現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生干擾電勢(shì)而形成噪聲。漿液噪聲和流動(dòng)噪聲即是電極表面噪聲的表現(xiàn)。極化電勢(shì)是電極感生電動(dòng)勢(shì)在兩電極極性不同,導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面產(chǎn)生極化。低頻矩形波激磁結(jié)合了直流激磁和交流激磁的優(yōu)點(diǎn),雖然交變激磁將極化電勢(shì)減弱了幾個(gè)數(shù)量級(jí),但不能*消除極化電勢(shì)干擾的影響。極化電勢(shì)與液體介質(zhì)性質(zhì)以及電極材料性質(zhì)有關(guān)。 漿液噪聲是在測(cè)量泥漿纖維漿等液固雙相導(dǎo)電液體流量時(shí),固體顆粒(或液體中氣泡)擦過電極表面,電極表面接觸電化學(xué)電勢(shì)突然變化,輸出流量信號(hào)出現(xiàn)尖峰脈沖狀噪聲。 流動(dòng)噪聲是在測(cè)量較低電導(dǎo)率(100 x 10-6S/cm附近及以下)液體流量時(shí),電極的電化學(xué)電勢(shì)定期變化,產(chǎn)生隨流速增加而頻率增加的隨機(jī)噪聲j;引起儀表輸出出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象。 對(duì)于電極表面噪聲可選配與被測(cè)液體電化學(xué)和極化電勢(shì)作用小的材料以及低噪聲電極。 被測(cè)介質(zhì)在電極的觸媒作用下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而影響測(cè)量。例如鉑電極電磁流量計(jì)在測(cè)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)。 對(duì)于避免或減輕電極表面效應(yīng)的介質(zhì)——電極材料匹配,還沒有像腐蝕性那樣有充足的資料可杳,只有一些有限經(jīng)驗(yàn),尚待在實(shí)踐中積累。下文列舉若干實(shí)例。 鉭對(duì)水是耐腐蝕的。但若使用鉭電極電磁流量計(jì)測(cè)量水流量,鉭電極表面會(huì)形成絕緣層,使儀表失靈或運(yùn)行一段時(shí)期后出現(xiàn)很大噪聲。*等堿液亦不能選用鉭電極。在工藝流程中即使是極短時(shí)間鉭電極與水或“非酸”液接觸(如清洗管系),均會(huì)影響儀表正常使用。 鉑銥合金電極或鉑電極對(duì)鹽酸有良好的耐腐性,鉑電極電磁流量計(jì)多處用于測(cè)量鹽酸獲得滿意的結(jié)果。然而測(cè)量濃度較高的鹽酸(10%以上)卻產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲。鉑電極用于測(cè)量低壓*(壓力低于0.3MPa)時(shí),由于觸媒作用而在電極表面產(chǎn)生氣霧,阻斷了電氣通路而影響工作。 哈氏合金B(yǎng)對(duì)溫度、濃度不高的鹽酸是有耐腐蝕性的,已有若干應(yīng)用良好的實(shí)例,然而濃度超過某值時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲。在現(xiàn)場(chǎng)改變鹽酸濃度試驗(yàn)表明,濃度逐漸增加超過15%~20%時(shí)儀表輸出隨之晃動(dòng)起來,濃度到25%輸出晃動(dòng)高達(dá)20%。硝酸硫酸等酸液也有相似效應(yīng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 水廠用硫酸鋁液與原水混合以凝聚懸浮體,混合配比常用電磁流量計(jì)測(cè)量硫酸鋁液,選用耐酸鋼電極即可獲得滿意的結(jié)果。我們?cè)龅綔y(cè)量15%硫酸鋁的哈氏合金B(yǎng)電極電磁流量計(jì),使用過程中也出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象,后改用耐酸鋼電極即工作正常。 鉑、鉭電極對(duì)各種濃度硫酸、硝酸、鹽酸、*,大部分均有較好的測(cè)量效果,但其中鉑電極對(duì)濃度大于10%的鹽酸會(huì)產(chǎn)生噪聲,鉭電極對(duì)濃度大于10%的*則不耐腐。 鉑銥合金和鉭雖有較好的耐腐蝕性,但價(jià)格昂貴,一對(duì)鉭電*達(dá)數(shù)百到近千元,鉑銥電極比鉭電極還要貴一倍以上。 接地環(huán)連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端,它們的耐腐蝕要求比電極低,允許有一定腐蝕,定期更換。通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因體積大從經(jīng)濟(jì)上考慮較少采用鉭鉑等貴重金屬。如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。 |