在冷凝水流量計(jì)量中的流量計(jì)的選型應(yīng)用分析

摘要：在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，其衍生品冷凝水流量計(jì)量一直是一個(gè)值得探討的話(huà)題，多年以來(lái)，不同的設(shè)計(jì)人員都采用不同的測(cè)量方式，各種測(cè)量方式測(cè)出的數(shù)據(jù)也不盡相同，到底那個(gè)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確呢？本文選擇幾種常見(jiàn)的測(cè)量方式，并從原理上、使用效果上以及維護(hù)情況等幾方面進(jìn)行比較，然后得出結(jié)論，指出冷凝水流量計(jì)量的相對(duì)比較好的方式。

1、引言

在氧化鋁生產(chǎn)工藝中，由飽和蒸汽間接加熱氫氧化鋁礦漿或堿液，以促進(jìn)礦漿和堿液充分反應(yīng)，蒸汽降溫形成冷凝水，好水送至鍋爐房繼續(xù)生產(chǎn)蒸汽，壞水進(jìn)入分解系統(tǒng)或沉降系統(tǒng)參加工藝生產(chǎn)流程。也有把冷凝水（不管好壞）送到熱水槽，儲(chǔ)存起來(lái)沖洗設(shè)備用，用的時(shí)候再通入蒸汽繼續(xù)加熱。不管冷凝水作什么用途，都要進(jìn)行計(jì)量，以作為各車(chē)間成本核算的一個(gè)依據(jù)。計(jì)量冷凝水時(shí)，存在很大的爭(zhēng)論，各種計(jì)量方法都有，并且都能測(cè)出數(shù)據(jù)，由于冷凝水量在生產(chǎn)過(guò)程中屬于“雞肋”，故量準(zhǔn)不準(zhǔn)沒(méi)有引起重視，作為一個(gè)檢測(cè)技術(shù)工程師，有責(zé)任把該數(shù)據(jù)弄準(zhǔn)確。

2、蒸汽冷凝水的來(lái)源

2.1 溶出二次冷凝水

為實(shí)現(xiàn)氫氧化鋁礦漿在壓煮器內(nèi)與堿液充分反應(yīng)，一般在壓煮器蒸汽套內(nèi)通入飽和蒸汽，通過(guò)蒸汽套管間接加熱礦漿，幾個(gè)壓煮器串聯(lián)起來(lái)組合成壓煮器組，飽和蒸汽也串聯(lián)加熱各級(jí)壓煮器，*后末級(jí)壓煮器出來(lái)的二次蒸汽通過(guò)冷凝水罐冷凝后形成冷凝水。此過(guò)程中，均有可能礦漿進(jìn)入蒸汽管道（例如壓煮器破損、堿液混入蒸汽等），這就需要在冷凝水出口管設(shè)置一個(gè)電導(dǎo)率計(jì)檢測(cè)冷凝水的電導(dǎo)率，好水送入鍋爐房，壞水送入熱水槽。

2.2 蒸發(fā)二次冷凝水

為平衡氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的水量和排出雜志鹽類(lèi)，使堿液濃度達(dá)到化學(xué)反應(yīng)的*限濃度，在管式降膜蒸發(fā)器管層通入堿液原液，在殼層蒸汽套內(nèi)通入飽和蒸汽，通過(guò)蒸汽套間接加熱堿液，幾個(gè)管式降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)組合成蒸發(fā)器組，每一個(gè)蒸發(fā)器都配帶一個(gè)冷凝器，飽和蒸汽也串聯(lián)加熱各級(jí)蒸發(fā)器，Ⅰ效管式降膜蒸發(fā)器出來(lái)的冷凝水較為干凈，稱(chēng)之為新蒸汽冷凝水，其余各級(jí)蒸發(fā)器出來(lái)的冷凝水均有可能含有堿分子而形成壞水，稱(chēng)之為二次冷凝水，好水壞水的識(shí)別也是通過(guò)設(shè)置電導(dǎo)率計(jì)來(lái)檢測(cè)的，同樣好水送入鍋爐房，壞水送入熱水槽。

不管是溶出來(lái)的冷凝水還是蒸發(fā)來(lái)的冷凝水，計(jì)量時(shí)都得考慮冷凝水的純度（電導(dǎo)率）、溫度等參數(shù)。冷凝水罐出水管溫度大概有70~110℃左右，也就是說(shuō)里面還含有大量蒸汽，此時(shí)冷凝水的屬性為汽相、液相和固相（固體為微量礦漿微粒），固相通過(guò)電導(dǎo)率儀可以測(cè)出。

這里，只關(guān)心該工藝過(guò)程中形成的冷凝水該如何計(jì)量。

3、冷凝水的各種計(jì)量討論

3.1 電磁流量計(jì)計(jì)量法

有的檢測(cè)工程師在做設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)量冷凝水采用電磁流量計(jì)，理由是冷凝水含有堿液或礦漿微粒，電磁流量計(jì)的可測(cè)量介質(zhì)電導(dǎo)率可以低至5μs/cm，溫度可達(dá)到80℃甚至更高，精度可達(dá)到±0.2~0.5%，測(cè)出的流量為體積流量，并且電磁流量計(jì)安裝、檢修都方便（檢修只需一段時(shí)間后清洗電*），測(cè)出的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，累積量可靠。但是不是如實(shí)地反映冷凝水真實(shí)的流量無(wú)從考察。

電磁流量計(jì)測(cè)量原理是法拉*電磁感應(yīng)原理，在電磁流量計(jì)中，測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉*試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個(gè)電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓（工作原理如圖1所示），管道內(nèi)部的兩個(gè)電*測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠、特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電*的電磁隔離。

設(shè)：E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；B為感應(yīng)強(qiáng)度（T）；D為測(cè)量管內(nèi)徑（m）；V為平均流速（m/s）；S為管道截面積；K為流量常數(shù)

由于冷凝水固有特性，在溶出壓煮器和蒸發(fā)器無(wú)損壞的情況下，料漿和堿液不會(huì)混入冷凝水管道，冷凝水中無(wú)導(dǎo)電介質(zhì)，冷凝水屬性為液相和汽相，此時(shí)，電導(dǎo)率儀測(cè)出的值小于5μs/cm，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，電磁流量計(jì)測(cè)出的數(shù)據(jù)是閃爍亂跳的數(shù)值，該數(shù)值不能表達(dá)真實(shí)的測(cè)量值。

3.2 差壓式流量計(jì)計(jì)量法

設(shè)計(jì)過(guò)程中也有采用差壓式流量計(jì)計(jì)量冷凝水流量的，差壓式流量計(jì)通常有靶式流量計(jì)（如德?tīng)査土髁坑?jì)、賽德巴流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)等）、孔板流量計(jì)、V錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)等，該類(lèi)流量計(jì)可測(cè)量汽相、液相或汽液二項(xiàng)性的任何介質(zhì)，測(cè)量原理為伯努利方程，測(cè)出的流量為質(zhì)量流量，其通用流量計(jì)算公式如下：

設(shè)Qm為質(zhì)量流量；Qv為體積流量；ζ為流量計(jì)探頭的阻斷系數(shù)（也可為常數(shù)K）；ε為流體膨脹系數(shù)；D為測(cè)量管內(nèi)徑；dp為流體差壓；ρ為工況下的流體密度，則

在冷凝水測(cè)量過(guò)程中，冷凝水為不可壓縮流體，故ε為1。換算成體積流量如下：

從公式（3）可以看出，差壓式測(cè)量冷凝水流量過(guò)程中，流體流量只與流體差壓和密度有關(guān)，介質(zhì)流體的密度改變，對(duì)流量值的影響是很直觀的。另一方面，為了工藝操作的方便，儀表指示值給出的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，這是根據(jù)介質(zhì)流體的密度換算出來(lái)的。而介質(zhì)流體的密度改變使其換算關(guān)系也改變，從理論上差壓式流量計(jì)測(cè)量冷凝水是合適的，但實(shí)際上，當(dāng)冷凝水中混入料漿顆粒或堿液時(shí)，冷凝水密度變化大，且礦漿固體顆粒物容易堵塞取壓探頭的取壓孔，堿液混合的顆粒物容易結(jié)疤附在探頭上，使得探頭經(jīng)常要拆卸下來(lái)清洗，并接清洗次數(shù)相對(duì)電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)要頻繁得多。

3.3 漩渦式流量計(jì)計(jì)量法

漩渦式流量計(jì)測(cè)量原理為卡門(mén)漩渦，即是在流體管道中，垂直插入一個(gè)柱形阻擋物，在其后部（相對(duì)于流體方向）兩側(cè)就會(huì)交替地產(chǎn)生漩渦。隨著流體向下游流動(dòng)形成漩渦列，稱(chēng)之為“卡門(mén)漩渦”，把產(chǎn)生漩渦的柱形阻擋物定義為漩渦發(fā)聲體，在一定條件下漩渦的分離頻率與流量的流速成線(xiàn)性關(guān)系，因而，只要測(cè)出漩渦分離的頻率，即可計(jì)算出管道內(nèi)流體的流速或流量，其計(jì)算公式如下：

設(shè)Qv為體積流量；St為斯特勞哈爾數(shù)（也可為常數(shù)K）；f為頻率（Hz/s）；D為測(cè)量管內(nèi)徑；d為迎流面寬度。

正是漩渦流量計(jì)是基于線(xiàn)性連續(xù)方程原理，測(cè)量與流體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，與密度、黏度等均無(wú)關(guān)，用水標(biāo)定出來(lái)的流量系數(shù)同樣適用于冷凝水計(jì)量。

K為流量系數(shù)，含義是每升流量由幾個(gè)脈沖表示，即是P/L，經(jīng)過(guò)公式變換，實(shí)際運(yùn)用中的渦街流量計(jì)計(jì)算公式為：

從公式（5）可以看出，漩渦流量計(jì)的計(jì)量只與流體頻率有關(guān)系，測(cè)出的流量為流體的工況體積方，質(zhì)量方和標(biāo)準(zhǔn)體積方是根據(jù)密度或壓力溫度換算出來(lái)的。旋渦流量計(jì)通常有渦街流量計(jì)、靶式流量計(jì)等，優(yōu)勢(shì)是測(cè)量范圍廣，體積小，重量輕，離線(xiàn)標(biāo)定方便，一旦結(jié)疤，清洗也方便（卸下來(lái)清洗阻擋物即可）。劣勢(shì)是測(cè)量精度低，和差壓式流量計(jì)差不多。除了上述幾種常見(jiàn)的計(jì)量方法，還有采用超聲波流量計(jì)計(jì)量的，早期的溶出冷凝水有采用的，主要是由于壓煮器損壞快，料漿泄露嚴(yán)重的工藝，由于科技進(jìn)步快，現(xiàn)在的壓煮器基本不泄露，冷凝水電導(dǎo)率低，因此現(xiàn)代氧化鋁生產(chǎn)工藝中，冷凝水計(jì)量基本上不采用超聲波流量計(jì)。其余的計(jì)量方式不常見(jiàn)，這里就不一一介紹了。

4、總結(jié)

通過(guò)幾種典型的流量計(jì)的分析，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，綜合比較下來(lái)，旋渦流量計(jì)使用效果要好得多，使用時(shí)間要長(zhǎng)一些，建議設(shè)計(jì)過(guò)程中優(yōu)先考慮使用旋渦式流量計(jì)。