腐蝕性介質(zhì)的流量計(jì)選用及注意事項(xiàng)

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，很多介質(zhì)都是有微小或極強(qiáng)的腐蝕性。但由于生產(chǎn)需要我們還需要對(duì)這些介質(zhì)進(jìn)行計(jì)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(xué)作用而遭受破壞的現(xiàn)象。一切金屬與合金對(duì)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(duì)腐蝕又很敏感。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)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(lái)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(duì)于腐蝕速度較此再大一個(gè)數(shù)量級(jí)，也即腐蝕速度為1mm/a的材料，對(duì)于一般設(shè)備有時(shí)可酌情定為可以使用的材料，對(duì)于流量?jī)x表的測(cè)量元件則是不容許的。根據(jù)腐蝕速度的大小，可以預(yù)測(cè)金屬的使用壽命。
2 腐蝕性介質(zhì)對(duì)流量測(cè)量?jī)x表的損害
介質(zhì)的腐蝕性對(duì)流量測(cè)量?jī)x表是個(gè)嚴(yán)重威脅，只有像夾裝式超聲波流量計(jì)等個(gè)別種類(lèi)的流量計(jì)受腐蝕影響較小。

a.腐蝕性介質(zhì)將流量測(cè)量?jī)x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(jì)電極因腐蝕引起介質(zhì)外世，導(dǎo)致勵(lì)磁線(xiàn)圈燒毀等。

b.流量測(cè)量?jī)x表的關(guān)鍵零部件長(zhǎng)時(shí)間受腐蝕性介質(zhì)的腐蝕而改變幾何尺寸，導(dǎo)致儀表準(zhǔn)確度降低。例如，轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(jì)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(jì)，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(hào)變?nèi)酰瑖?yán)重時(shí)喪失靈敏度。

c.縮短儀表壽命。例如金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，還容易釀成**和人身事故。

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)長(zhǎng)期總結(jié)的檢驗(yàn)，一般的腐蝕性液體測(cè)量選取電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)，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(jì)或者其他氣體流量計(jì)。測(cè)量液體介質(zhì)的電磁流量計(jì)，由于其獨(dú)特的測(cè)量原理，可以測(cè)量各種有腐蝕性的含微小顆粒的介質(zhì)，當(dāng)然前提是所測(cè)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(wèn)題。而超聲波就更簡(jiǎn)單了，如果選擇外夾式超聲波流量計(jì)，基本不用考慮介質(zhì)的腐蝕性，只是在測(cè)量精度上沒(méi)有電磁流量計(jì)高而已。

3 對(duì)流量測(cè)量中流體腐蝕的措施
(1)定期更換儀表
腐蝕性介質(zhì)對(duì)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(shí)應(yīng)針對(duì)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(rèn)為是無(wú)腐蝕，其實(shí)不然。由于城區(qū)大氣中氮氧化合物濃度一般均較高，當(dāng)它被壓縮空氣中的冷凝液吸收后，冷凝液即呈酸性，從而對(duì)碳鋼材料具有輕度腐蝕。這種情況在硫酸廠(chǎng)、硝酸廠(chǎng)、氯堿廠(chǎng)等廠(chǎng)區(qū)，問(wèn)題更嚴(yán)重些。當(dāng)然，這時(shí)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(duì)碳鋼產(chǎn)生腐蝕。在這種條件下使用的儀表，若干年后也會(huì)出現(xiàn)被腐蝕的痕跡。例如，停車(chē)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(yán)重時(shí)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(shí)就產(chǎn)生一個(gè)命題，即是否設(shè)計(jì)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(dāng)然，如果改為不銹鋼材質(zhì)，環(huán)室和直管段的腐蝕問(wèn)題肯定迎刃而解，但同時(shí)投資增加了。而且投資增加數(shù)同管徑有關(guān)，如果公稱(chēng)通徑較大，則技資增加就是個(gè)不小的數(shù)字。所以決策時(shí)應(yīng)根據(jù)具體測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量**度要求、腐蝕嚴(yán)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(cè)量**度要求不高(如用于過(guò)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(wú)法繼續(xù)使用時(shí)，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(duì)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(cè)量方案，同樣可達(dá)到計(jì)量或?qū)ιa(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的目的，避開(kāi)腐蝕性強(qiáng)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(lèi)。例如(如果可行的話(huà))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(kāi)流量測(cè)量?jī)x表耐腐蝕的難題。

例如，進(jìn)污水處理廠(chǎng)的污水流量一般都要測(cè)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(duì)流量?jī)x表的腐蝕，當(dāng)然流量檢測(cè)點(diǎn)選在中和之后更好一些。

鋼廠(chǎng)荒煤氣的流量測(cè)量也有類(lèi)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(shí)候腐蝕性并不大，但荒煤氣離開(kāi)爐窯后，隨著輸送距離的增長(zhǎng)，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(qiáng)的腐蝕性。考慮煤氣流量測(cè)量?jī)x表安裝位置時(shí)，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)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(jì)，可以滿(mǎn)足一般酸性液體**計(jì)量的需要。
②導(dǎo)電液體的儀表選型。

電磁流量計(jì)的測(cè)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(mǎn)足絕大多數(shù)腐蝕性介質(zhì)的需要。文獻(xiàn)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(shí)，應(yīng)以滿(mǎn)足需要為原則，不要迷信貴金屬，因?yàn)橘F金屬也不是萬(wàn)能的。表3.17所列就是鉑銥合金和鉭不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì)。當(dāng)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(xué)反應(yīng)，已被證明的有雙氧水。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)。

選擇合適的電極材料和內(nèi)襯材料測(cè)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(cè)量**度可以達(dá)到(0. 3~1) %R。其口徑從幾毫米到3m，各種規(guī)格齊全，能滿(mǎn)足各種測(cè)量范圍的需要，但若流體不導(dǎo)電，電磁流量計(jì)就無(wú)能為力了。

③不導(dǎo)電液體的儀表選型。

夾裝式超聲流量計(jì)工作時(shí)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(jì)按其原理分類(lèi)有兩種，其中時(shí)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(shí)， v>0.3m/s，不確定度為±2%R(經(jīng)標(biāo)定可達(dá)±1% R)； v ≤0.3m/s，不確定度為±O.Olm/s。

b.管徑≤150mm時(shí)， 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(jì)適用于固相含量較多或含有氣泡的液體，不確定度只能達(dá)到±1%~±10%，顯然比電磁流量計(jì)低得多，因此只在無(wú)其他更好的辦法時(shí)才采用。其價(jià)格與管道直徑無(wú)關(guān)，在DN≤200時(shí)，超聲波儀表比電磁流量計(jì)貴，而在DN≥250時(shí)，超聲流量計(jì)比電磁流量計(jì)便宜。

④腐蝕性氣體儀表選型

a.超聲流量計(jì)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外天然氣工業(yè)獲得了迅速發(fā)展，這大大推動(dòng)了天然氣計(jì)量?jī)x表的發(fā)展，其中專(zhuān)門(mén)為天然氣計(jì)量而開(kāi)發(fā)的多聲道超聲流量計(jì)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(cè)量，應(yīng)當(dāng)是可行的，因?yàn)橹灰獙?duì)測(cè)量管內(nèi)壁作防腐蝕處理即可。但具體應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)在還未見(jiàn)報(bào)道。另外這種流量計(jì)價(jià)格太高。

近年開(kāi)發(fā)的配有夾裝式換能器的超聲流量計(jì)，若管道本身耐腐蝕，就不必考慮儀表的耐腐蝕問(wèn)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(huì)為夾裝式超聲流量計(jì)帶來(lái)麻煩。

對(duì)于無(wú)耐腐蝕內(nèi)襯的金屬管道，其內(nèi)壁經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間腐蝕往往變得高低不平，常會(huì)造成”V”形和”W”形安裝的換能器聲波反射不一致，所以信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)酰瑖?yán)重時(shí)甚至無(wú)法正常測(cè)量。這些都是使用超聲流量計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的。

b.節(jié)流式差壓流量計(jì)。現(xiàn)在還未見(jiàn)報(bào)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(jì)，但是用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)的此類(lèi)儀表，在幾十年前就有報(bào)道，其中有很成功的氯氣流量測(cè)量。

工藝設(shè)備專(zhuān)業(yè)對(duì)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(zhuān)業(yè)借用此優(yōu)勢(shì)，由工藝專(zhuān)業(yè)將耐腐蝕性能**的微晶玻璃孔板，交工藝專(zhuān)業(yè)夾裝在工藝管道上，然后在孔板前后由工藝專(zhuān)業(yè)各留一個(gè)管口，儀表專(zhuān)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(wèn)題，在此膜片上再貼一層聚四氟乙烯隔離膜片(見(jiàn)圖3.87)。

這樣的防腐蝕方法有時(shí)仍不夠理想，差壓變送器的不銹鋼膜片使用一段時(shí)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(gè)直徑極小的亂洞，經(jīng)研究確認(rèn)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(chǎng)在膜片材質(zhì)上進(jìn)一步作了改進(jìn)，例如，提供鉭膜片雙法蘭差壓變送器。但是，正像前面所說(shuō)過(guò)的，鉭膜片不能解決所有問(wèn)題，也只是使得到解決的問(wèn)題更多一些。
耐腐蝕節(jié)流式差壓流量計(jì)的另一個(gè)解決方案是用隔離液將耐腐蝕能力較差的儀表同強(qiáng)腐蝕流體隔離開(kāi)來(lái)，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(xiàn)。其中，強(qiáng)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(cè)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(fèi)事。
圖3.88中的隔離容器，在自控設(shè)計(jì)于冊(cè)中有詳細(xì)圖紙，但不全合用，而且結(jié)構(gòu)尺寸也太大。現(xiàn)在新型號(hào)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。