腐蝕性介質(zhì)的流量計選用及注意事項
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，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)進行計量，那么首先我們需要了解什么是腐蝕現(xiàn)象，腐蝕現(xiàn)象有哪些表現(xiàn)形式。
1 腐蝕現(xiàn)象 是金屬在其環(huán)境中由于化學作用而遭受破壞的現(xiàn)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。一般來說，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**腐蝕(general corrosion)與局部腐蝕(localized corrosion)。**腐蝕的腐蝕速度可用mm/a等單位來表示。通常將腐蝕速度在O.lmm/a以下的材料作為耐腐蝕材料。對于腐蝕速度較此再大一個數(shù)量級，也即腐蝕速度為1mm/a的材料，對于一般設(shè)備有時可酌情定為可以使用的材料，對于流量儀表的測量元件則是不容許的。根據(jù)腐蝕速度的大小，可以預(yù)測金屬的使用壽命。
2 腐蝕性介質(zhì)對流量測量儀表的損害
介質(zhì)的腐蝕性對流量測量儀表是個嚴重威脅，只有像夾裝式超聲波流量計等個別種類的流量計受腐蝕影響較小。
a.腐蝕性介質(zhì)將流量測量儀表與介質(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(dǎo)致勵磁線圈燒毀等。
b.流量測量儀表的關(guān)鍵零部件長時間受腐蝕性介質(zhì)的腐蝕而改變幾何尺寸，導(dǎo)致儀表準確度降低。例如，轉(zhuǎn)子流量計中的轉(zhuǎn)子被流體腐蝕后，外形尺寸減小，導(dǎo)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(shù)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(nèi)壁被介質(zhì)腐蝕得坑坑洼洼，使發(fā)射和接收信號變?nèi)酰瑖乐貢r喪失靈敏度。
c.縮短儀表壽命。例如金屬管轉(zhuǎn)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，如不及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，還容易釀成**和人身事故。
實際生產(chǎn)過程中根據(jù)長期總結(jié)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(dǎo)電，只需根據(jù)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)帶腐蝕問題。而超聲波就更簡單了，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**腐蝕，有的腐蝕是輕微的，速度很慢，即局部腐蝕。在作儀表選型時應(yīng)針對具體情況具體分析，然后作出決策。
例如壓縮空氣和水，一般認為是無腐蝕，其實不然。由于城區(qū)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、硝酸廠、氯堿廠等廠區(qū)，問題更嚴重些。當然，這時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，若干年后也會出現(xiàn)被腐蝕的痕跡。例如，停車檢修發(fā)現(xiàn)流量節(jié)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，嚴重時幾何尺寸和形狀都發(fā)生很大變化。而前后直管段內(nèi)壁也變得高低不平。這種狀況都不符合檢定規(guī)程要求，難以保證原有的儀表**度。
這時就產(chǎn)生一個命題，即是否設(shè)計選型要將節(jié)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題肯定迎刃而解，但同時投資增加了。而且投資增加數(shù)同管徑有關(guān)，如果公稱通徑較大，則技資增加就是個不小的數(shù)字。所以決策時應(yīng)根據(jù)具體測量點的測量**度要求、腐蝕嚴重程度、預(yù)期壽命、預(yù)算承受能力等，權(quán)衡利弊得失，靈活掌握。如果測量**度要求不高(如用于過程監(jiān)視、控制)，輕度腐蝕，碳鋼材料預(yù)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)室等被腐蝕得無法繼續(xù)使用時，再將節(jié)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(chǔ)上，合理選擇測量方案，同樣可達到計量或?qū)ιa(chǎn)過程進行控制的目的，避開腐蝕性強的部位，而選在腐蝕性較輕的部位，甚至更改被調(diào)參數(shù)種類。例如(如果可行的話)將流量定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)用液位均勻調(diào)節(jié)或其他合適的變量調(diào)節(jié)代替，從而避開流量測量儀表耐腐蝕的難題。
例如，進污水處理廠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(yīng)地要加入適量的堿或酸予以中和。那么，考慮污水對流量儀表的腐蝕，當然流量檢測點選在中和之后更好一些。
鋼廠荒煤氣的流量測量也有類似情況。荒煤氣中常常含有一定數(shù)量的二氧化硫，這種氣體在干燥的時候腐蝕性并不大，但荒煤氣離開爐窯后，隨著輸送距離的增長，氣體溫度逐漸降低，溫度相應(yīng)升高，并很快出現(xiàn)凝液而具有較強的腐蝕性。考慮煤氣流量測量儀表安裝位置時，當然應(yīng)當選在氣體出現(xiàn)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，可以滿足一般酸性液體**計量的需要。
②導(dǎo)電液體的儀表選型。
電磁流量計的測量管內(nèi)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，能滿足絕大多數(shù)腐蝕性介質(zhì)的需要。文獻列有(美) Foxboro公司《襯里和電極材料的選用表》。在選擇電極材料時，應(yīng)以滿足需要為原則，不要迷信貴金屬，因為貴金屬也不是萬能的。表3.17所列就是鉑銥合金和鉭不耐腐蝕的化學介質(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)生化學反應(yīng)，已被證明的有雙氧水。鉑電極電磁流量計在測量雙氧水時，會在電極表面生成氣霧，流量為零時，輸出也會波動。
選擇合適的電極材料和內(nèi)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(nèi)，那是理想的選擇，其測量**度可以達到(0. 3~1) %R。其口徑從幾毫米到3m，各種規(guī)格齊全，能滿足各種測量范圍的需要，但若流體不導(dǎo)電，電磁流量計就無能為力了。
③不導(dǎo)電液體的儀表選型。
夾裝式超聲流量計工作時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有兩種，其中時差法適用于潔凈單相流體，**度與管徑和流速有關(guān)，例如Panametics公司的AT系列儀表。
a.管徑>150mm時， 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， 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，因此只在無其他更好的辦法時才采用。其價格與管道直徑無關(guān)，在DN≤200時，超聲波儀表比電磁流量計貴，而在DN≥250時，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，國內(nèi)外天然氣工業(yè)獲得了迅速發(fā)展，這大大推動了天然氣計量儀表的發(fā)展，其中專門為天然氣計量而開發(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(yīng)當是可行的，因為只要對測量管內(nèi)壁作防腐蝕處理即可。但具體應(yīng)用實例現(xiàn)在還未見報道。另外這種流量計價格太高。
近年開發(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題。例如，管道使用耐腐蝕內(nèi)襯，但此內(nèi)襯與金屬管之間如果存在氣隙，也會為夾裝式超聲流量計帶來麻煩。
對于無耐腐蝕內(nèi)襯的金屬管道，其內(nèi)壁經(jīng)長時間腐蝕往往變得高低不平，常會造成”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?nèi)酰瑖乐貢r甚至無法正常測量。這些都是使用超聲流量計時應(yīng)當注意的。
b.節(jié)流式差壓流量計。現(xiàn)在還未見報道適用于腐蝕性介質(zhì)的定型商品化節(jié)流式差壓流量計，但是用戶自行開發(fā)的此類儀表，在幾十年前就有報道，其中有很成功的氯氣流量測量。
工藝設(shè)備專業(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。儀表專業(yè)借用此優(yōu)勢，由工藝專業(yè)將耐腐蝕性能**的微晶玻璃孔板，交工藝專業(yè)夾裝在工藝管道上，然后在孔板前后由工藝專業(yè)各留一個管口，儀表專業(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題，在此膜片上再貼一層聚四氟乙烯隔離膜片(見圖3.87)。
這樣的防腐蝕方法有時仍不夠理想，差壓變送器的不銹鋼膜片使用一段時間后，仍發(fā)現(xiàn)有針孔狀腐蝕，即不銹鋼膜片上出現(xiàn)數(shù)個直徑極小的亂洞，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。于是儀表制造廠在膜片材質(zhì)上進一步作了改進，例如，提供鉭膜片雙法蘭差壓變送器。但是，正像前面所說過的，鉭膜片不能解決所有問題，也只是使得到解決的問題更多一些。
耐腐蝕節(jié)流式差壓流量計的另一個解決方案是用隔離液將耐腐蝕能力較差的儀表同強腐蝕流體隔離開來，其典型的結(jié)構(gòu)如圖3.88所示。儀表中常用的隔離液可參閱參考文獻。其中，強腐蝕氣體常用的有氟油(屬三氟氯乙烯聚合物)等。該解決方案中的差壓變送器其差壓測量上限可以比雙法蘭差壓變送器小得多，但是氟油較貴，隔離容器仍要用耐腐蝕材料制造，所以也很費事。
圖3.88中的隔離容器，在自控設(shè)計于冊中有詳細圖紙，但不全合用，而且結(jié)構(gòu)尺寸也太大。現(xiàn)在新型號差壓變送器膜盒位移極微，因此隔離容器截面積很小就夠了。為了節(jié)約隔離液，隔離容器的容積縮小到圖紙推薦的1/5己足夠。
