摘 要：本文介紹了氧化鋁工藝流程及流程物料特點,電磁流量計工作原理結構特點,介紹了電磁流量計在氧化鋁生產中的應用狀況,指出應用過程中存在的問題及解決辦法。
1 引言
中州鋁廠一期設計規模年產20萬噸氧化鋁,其工序多、流程長。隨著企業不斷的技術改造,產量日益提高,液量平衡要求更加嚴格。為保證產品質量,控制各項指標,生產流程中液量需要進行測量,流量測量作為監視生產過程狀況的主要手段之一,對降耗節能具有很大的意義。我們根據氧化鋁生產的特點,在氧化鋁生產過程中采用大量的電磁流量計。
2 氧化鋁工藝流程
我廠氧化鋁生產是燒結法生產,用鋁土礦、石灰石和純堿混合制成生料漿,在高溫下進行燒結,然后將燒結熟料在稀堿溶液中溶出,鋁酸鈉溶液則進入溶液里成為鋁酸鈉溶液,而不溶性的化合物雜質進入赤泥中與鋁酸鈉溶液分離。鋁酸鈉溶液經脫硅凈化后進入碳酸化分解,得到的氫氧化鋁分離洗滌焙燒成氧化鋁。分離得到的碳酸母液用于下一批鋁礦配料,其生產流程如圖2—1示:
3 電磁流量計工作原理及特點
3.1 電磁流量計工作原理
電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的。傳感器的測量導管是一內襯絕緣材料的非導磁合金導管,其電極與襯里內表面基本齊平。勵磁線圈由雙向勵磁時,將在與導管軸線垂直的方向上產生一磁通密度為B(特斯拉)的工作磁場,當平均流速為V(m/s)的導電性流體流入時,在磁場和流向共同的直角方向上就產生了電動勢E(V),并由電極檢出。
電動勢 E=d×V×B(3—1)
體積流量為 Q=π/4×d2×V(3—2)
流速的檢測可通過比率E/e來測量,該項功能由電磁流量轉換器完成。其中e為基準電壓信號是在磁通檢測線圈中產生的,與B成正比。電壓信號E和基準信號e同時送至轉換器處理并輸出與流量成正比的各種信號。其工作原理如圖3—1所示。
3.2 電磁流量計測量特點
電磁流量計的使用條件是要求流體是導電性的,它有許多優點:沒有機械可動部分;測量管內無阻礙流動部件,無壓損,屬節能型流量計;能夠測量腐蝕性流體,對漿液測量具有獨特的適應性;不受流體密度、粘度的影響,測量與雷諾數無關;流速分布的影響較小,在電磁流量計的前后,必須有足夠的直管段長度,一般要求上游側應大于5D;量程寬、精度高,電磁流量計量程比為1500∶1;精度為相對指示值的0.5%;能夠測量流體的管徑范圍廣,目前我廠應用的有50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、800mm口徑的。
4 電磁流量計在氧化鋁生產中的應用
氧化鋁濕法生產流程中的物料大都是液體、液體和微粒混合的料漿,屬于穩定流動類型,僅在某些設備開、停車時能產生不穩定流動。液體是強堿性的,所以既有化學腐蝕,還有因侵蝕、汽蝕等引起的機械腐蝕以及因材料的應力存在而產生的應力腐蝕。液體的溫度不高于95℃。
由于電磁流量計的優點同氧化鋁生產流程中的物料特性有很多相同之處,因此也就在氧化鋁行業中得到了充分利用。中州鋁廠共有各種流量計170套,其中電磁流量計82套,占總數的49.9%。在1998年的“窯磨工程”中,我們又采用了5套電磁流量計分別檢測堿液流量、料漿流量、精液流量和冷卻水流量,2套B系列電磁流量計用于碳分母液、蒸發母液的測量。料漿流量的測量過去采用的是B系列電磁流量計,儀表示值波動大,崗位操作工反映生產操作困難,雖經儀表維護人員多次修理檢查,問題依然存在。在3#熟料燒成窯設計中,3#入窯料漿流量測量選用了電磁流量計,沒有儀表示值波動現象發生,可見E系列電磁流量計比B系列抗干擾性能好。
電磁流量計在現場安裝使用過程中應注意以下幾點:
(1)接地問題
管道是絕緣管電流在流體中流動,因為受雜波的影響,所以必須使裝在流量計的管子兩側的接地環可靠接地,以便使液體接地。運行經驗說明,即使變送器接地良好,當變送器附近的電力設備有較強的漏地電流,或在安裝變送器的管道上存在較大的雜散電流,或進行電焊,都將引起干擾電勢的增加,進而影響儀表正常運行。
(2)保證上游側直管有足夠的長度
流速分布對精度的影響雖然比其他流量計小,但還是要消除這種影響,為此在安裝時要確保上游側的直管有足夠的長度,這樣才能保證流速按同心圓分布,也才能進行精確測量。
(3)確保管道的“滿水”狀態
只有電極部分接觸到液體才能測量流量,因為是測定流速并與截面積相乘求出流量,如果管內液體沒有充滿,截面積會變小,就會引起誤差。另外氣泡雖然不會造成測量的障礙,但同樣會引起測量誤差。
(4)流量計口徑、電極及內襯材料的正確選擇
選擇時,首先要選擇與管道直徑相同的流量計,如果流量計的口徑比管道大,流速分布就不均勻,誤差就會增大。電極及內襯材料選擇時,需根據對被測流體的耐受性進行選擇。
5 電磁流量計在生產流程中應用存在的問題
5.1 傳感器測量管的結垢問題
氧化鋁生產中,料漿的結垢十分嚴重。結垢的主要成分是鋁硅酸鈉,質地堅硬而又附著力強。傳感器結垢后,需要定期進行清理,如果不進行清理則管徑改變,測量誤差增大。但清理結垢是十分困難的事,結垢的清理往往要影響到傳感器的使用壽命。在檢修過程中通常采用以下方法處理:
(1)機械除垢
由于采用機構除垢,容易損壞襯里,有時也會損壞電極。我廠選用的電磁流量計大部分用的是聚四氟乙烯襯里。
(2)化學除垢
利用5～10%硫酸冷泡,硫酸與結垢(鋁硅酸鈉)中的鈉起作用,生成可容性硫酸鈉,從而破壞鋁硅酸鈉結構,使結垢松軟,并使之脫落而達到除垢的目的。
以上兩種方法都必須在傳感器拆掉之后才能進行清理,儀表維護及檢修人員的工作量比較大。能否增加一種超聲波發生裝置,利用超聲輻射定時除垢,值得廠家研究。
5.2 測量電極的滲漏問題
氧化鋁生產過程中的液體是強堿性的,而堿滲透性特別強。我廠用于清水流量測量用電磁流量計運行8年多時間,也沒有電極組件故障問題。由于堿的滲透作用,使電極組件絕緣電阻下降,導致測量不準,甚至停用。我廠所使用的電磁流量計的損壞大部分是由于此種情況而導致的。有關單位應根據這種情況研究一種能滿足用戶需要的電磁流量計,同此類似的還有造紙行業、化工行業等。
6 結束語
隨著電子技術的發展,電磁流量計智能化的實現,在我廠的發展壯大過程中,將會發揮更大的作用,使檢測的數據更加準確。
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