摘 要：本文介紹了氧化鋁工藝流程及流程物料特點(diǎn),電磁流量計(jì)工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn),介紹了電磁流量計(jì)在氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用狀況,指出應(yīng)用過程中存在的問題及解決辦法。
1 引言
中州鋁廠一期設(shè)計(jì)規(guī)模年產(chǎn)20萬噸氧化鋁,其工序多、流程長。隨著企業(yè)不斷的技術(shù)改造,產(chǎn)量日益提高,液量平衡要求更加嚴(yán)格。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,控制各項(xiàng)指標(biāo),生產(chǎn)流程中液量需要進(jìn)行測量,流量測量作為監(jiān)視生產(chǎn)過程狀況的主要手段之一,對降耗節(jié)能具有很大的意義。根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)的特點(diǎn),在氧化鋁生產(chǎn)過程中采用大量的電磁流量計(jì)。
2 氧化鋁工藝流程
氧化鋁生產(chǎn)是燒結(jié)法生產(chǎn),用鋁土礦、石灰石和純堿混合制成生料漿,在高溫下進(jìn)行燒結(jié),然后將燒結(jié)熟料在稀堿溶液中溶出,鋁酸鈉溶液則進(jìn)入溶液里成為鋁酸鈉溶液,而不溶性的化合物雜質(zhì)進(jìn)入赤泥中與鋁酸鈉溶液分離。鋁酸鈉溶液經(jīng)脫硅凈化后進(jìn)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(chǎn)流程如圖2—1示:
3 電磁流量計(jì)工作原理及特點(diǎn)
3.1 電磁流量計(jì)工作原理
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的。傳感器的測量導(dǎo)管是一內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金導(dǎo)管,其電極與襯里內(nèi)表面基本齊平。勵(lì)磁線圈由雙向勵(lì)磁時(shí),將在與導(dǎo)管軸線垂直的方向上產(chǎn)生一磁通密度為B(特斯拉)的工作磁場,當(dāng)平均流速為V(m/s)的導(dǎo)電性流體流入時(shí),在磁場和流向共同的直角方向上就產(chǎn)生了電動(dòng)勢E(V),并由電極檢出。
電動(dòng)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(xiàng)功能由電磁流量轉(zhuǎn)換器完成。其中e為基準(zhǔn)電壓信號是在磁通檢測線圈中產(chǎn)生的,與B成正比。電壓信號E和基準(zhǔn)信號e同時(shí)送至轉(zhuǎn)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(jì)測量特點(diǎn)
電磁流量計(jì)的使用條件是要求流體是導(dǎo)電性的,它有許多優(yōu)點(diǎn):沒有機(jī)械可動(dòng)部分;測量管內(nèi)無阻礙流動(dòng)部件,無壓損,屬節(jié)能型流量計(jì);能夠測量腐蝕性流體,對漿液測量具有獨(dú)特的適應(yīng)性;不受流體密度、粘度的影響,測量與雷諾數(shù)無關(guān);流速分布的影響較小,在電磁流量計(jì)的前后,必須有足夠的直管段長度,一般要求上游側(cè)應(yīng)大于5D;量程寬、精度高,電磁流量計(jì)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(yīng)用的有50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、800mm口徑的。
4 電磁流量計(jì)在氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用
氧化鋁濕法生產(chǎn)流程中的物料大都是液體、液體和微粒混合的料漿,屬于穩(wěn)定流動(dòng)類型,僅在某些設(shè)備開、停車時(shí)能產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)。液體是強(qiáng)堿性的,所以既有化學(xué)腐蝕,還有因侵蝕、汽蝕等引起的機(jī)械腐蝕以及因材料的應(yīng)力存在而產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕。液體的溫度不高于95℃。
由于電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)同氧化鋁生產(chǎn)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(yè)中得到了充分利用。中州鋁廠共有各種流量計(jì)170套,其中電磁流量計(jì)82套,占總數(shù)的49.9%。在1998年的“窯磨工程”中,采用了5套電磁流量計(jì)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(jì)用于碳分母液、蒸發(fā)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(jì),儀表示值波動(dòng)大,崗位操作工反映生產(chǎn)操作困難,雖經(jīng)儀表維護(hù)人員多次修理檢查,問題依然存在。在3#熟料燒成窯設(shè)計(jì)中,3#入窯料漿流量測量選用了電磁流量計(jì),沒有儀表示值波動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生,可見E系列電磁流量計(jì)比B系列抗干擾性能好。
電磁流量計(jì)在現(xiàn)場安裝使用過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)接地問題
管道是絕緣管電流在流體中流動(dòng),因?yàn)槭茈s波的影響,所以必須使裝在流量計(jì)的管子兩側(cè)的接地環(huán)可靠接地,以便使液體接地。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)說明,即使變送器接地良好,當(dāng)變送器附近的電力設(shè)備有較強(qiáng)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(jìn)行電焊,都將引起干擾電勢的增加,進(jìn)而影響儀表正常運(yùn)行。
(2)保證上游側(cè)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(jì)小,但還是要消除這種影響,為此在安裝時(shí)要確保上游側(cè)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(jìn)行精確測量。
(3)確保管道的“滿水”狀態(tài)
只有電極部分接觸到液體才能測量流量,因?yàn)槭菧y定流速并與截面積相乘求出流量,如果管內(nèi)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(jì)口徑、電極及內(nèi)襯材料的正確選擇
選擇時(shí),首先要選擇與管道直徑相同的流量計(jì),如果流量計(jì)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(nèi)襯材料選擇時(shí),需根據(jù)對被測流體的耐受性進(jìn)行選擇。
5 電磁流量計(jì)在生產(chǎn)流程中應(yīng)用存在的問題
5.1 傳感器測量管的結(jié)垢問題
氧化鋁生產(chǎn)中,料漿的結(jié)垢十分嚴(yán)重。結(jié)垢的主要成分是鋁硅酸鈉,質(zhì)地堅(jiān)硬而又附著力強(qiáng)。傳感器結(jié)垢后,需要定期進(jìn)行清理,如果不進(jìn)行清理則管徑改變,測量誤差增大。但清理結(jié)垢是十分困難的事,結(jié)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(jī)械除垢
由于采用機(jī)構(gòu)除垢,容易損壞襯里,有時(shí)也會損壞電極。選用的電磁流量計(jì)大部分用的是聚四氟乙烯襯里。
(2)化學(xué)除垢
利用5～10%硫酸冷泡,硫酸與結(jié)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(jié)構(gòu),使結(jié)垢松軟,并使之脫落而達(dá)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(jìn)行清理,儀表維護(hù)及檢修人員的工作量比較大。能否增加一種超聲波發(fā)生裝置,利用超聲輻射定時(shí)除垢,值得廠家研究。
5.2 測量電極的滲漏問題
氧化鋁生產(chǎn)過程中的液體是強(qiáng)堿性的,而堿滲透性特別強(qiáng)。用于清水流量測量用電磁流量計(jì)運(yùn)行8年多時(shí)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(dǎo)致測量不準(zhǔn),甚至停用。所使用的電磁流量計(jì)的損壞大部分是由于此種情況而導(dǎo)致的。有關(guān)單位應(yīng)根據(jù)這種情況研究一種能滿足用戶需要的電磁流量計(jì),同此類似的還有造紙行業(yè)、化工行業(yè)等。
6 結(jié)束語
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,電磁流量計(jì)智能化的實(shí)現(xiàn)在發(fā)展壯大過程中,將會發(fā)揮更大的作用,使檢測的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。
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