引言

       隨著工業(yè)發(fā)展，不銹鋼產(chǎn)品隨之也不斷被研發(fā)，以更好的滿足生產(chǎn)、生活需求。近年來，公司也加大了科研資金投入，多種新產(chǎn)品被研發(fā)并陸續(xù)投入市場(chǎng)。不銹鋼產(chǎn)品市場(chǎng)需求量較大，因此，公司也積極根據(jù)客戶對(duì)不同鋼種的需求，調(diào)整及優(yōu)化工藝，保證各類產(chǎn)品的供應(yīng)。不銹鋼冷軋中性鹽電解段主要目的為去除帶鋼的氧化鐵皮［1］，該工藝存在缺陷時(shí)，將嚴(yán)重影響帶鋼表面質(zhì)量。根據(jù)不銹鋼分公司對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，生產(chǎn)某類鋼種時(shí)，為滿足工藝要求，需要保證不銹鋼冷軋冷線中性鹽罐為弱酸性，經(jīng)過主體單位的改造，從原酸站引入一路加酸管路( 介質(zhì)為濃硫酸) ，每次加酸均通過與不銹鋼熱線操作室溝通進(jìn)行“估量”操作，因溝通協(xié)調(diào)及現(xiàn)場(chǎng)分路截止閥確認(rèn)不到位，在熱線加酸過程中，未對(duì)冷線分路閥門進(jìn)行關(guān)閉，致使中性鹽罐未按照工藝需要加入了過量的濃硫酸，造成產(chǎn)品質(zhì)量事故。濃硫酸具有強(qiáng)氧化性、脫水性等特點(diǎn)，選型不當(dāng)易出現(xiàn)生產(chǎn)期間漏酸等嚴(yán)重后果。本文著重研究不銹鋼冷軋冷線中性鹽罐加酸流量測(cè)量問題，通過對(duì)比不同測(cè)量方案的優(yōu)劣性，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際提出非常佳測(cè)量方案。 

 

2 測(cè)量對(duì)象特性和存在問題

       不銹鋼冷軋冷線中性鹽罐所加酸( 98% 濃硫酸) 來自冷軋?jiān)�酸站，共有兩臺(tái)泵( 一備一用) ，型號(hào)為 MPC 50－320－160，流量 Q 為 15 m3 /h，功率 P 為 6．95 kW，密度 ρ 為 1．80 kg /dm3。從原酸站至熱線后，分兩路。其中，一路進(jìn)入熱線，一路至冷線中性鹽罐。從熱線分冷線處設(shè)有手－自動(dòng)截止閥，用于冷線不加酸時(shí)切斷介質(zhì)用。因不銹鋼冷軋冷線及熱線分為兩個(gè)獨(dú)立操作室，加酸泵屬于熱線控制設(shè)備，每次冷線加酸均需要提前聯(lián)系及現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)確認(rèn)。

 

       通過與不銹鋼工藝、電氣人員的溝通，設(shè)計(jì)加酸時(shí)間僅需為 40 ～ 100 s。根據(jù)所使用泵相關(guān)參數(shù)進(jìn)行技術(shù)分析，每秒可加約 4．17 L，因此每次加酸流量范圍為 160 ～ 400 L 之間。本公司目前不銹鋼冷軋冷線、熱線、中厚板、鉻鋼酸洗線硫酸、硝酸等介質(zhì)的選型及使用狀況進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)中，為保證測(cè)量精度及穩(wěn)定性，均選用電磁流量計(jì)作為測(cè)量?jī)x表。但是該系統(tǒng)加酸時(shí)間較短，如果按照瞬累量進(jìn)行總量的核算誤差太大，無法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。因此，目前冷軋冷線中性鹽罐加酸工藝存在以下問題: 

       ⑴加酸時(shí)，每次需要與熱線( 不同操作室) 溝 通，工作量大，造成工作效率下降; 

       ⑵是否加酸無法在線監(jiān)控，出現(xiàn)異常加酸時(shí)，易引起產(chǎn)品質(zhì)量事故; 

       ⑶按照 40 ～ 100 s 單次加酸瞬累量作為加酸總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，存在較大誤差。 

 

3 儀表選型方案及分析

 

       為解決上述問題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，并結(jié)合濃硫酸測(cè)量介質(zhì)特性，選用接觸式和非接觸式兩種選型方案。 

 

3．1 接觸式流量計(jì)選型方案

       現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)介質(zhì)為單相流體，而且所使用的泵功率恒定，沿途管路固定，流速相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)被測(cè)介質(zhì)具有導(dǎo)電性，滿足電磁流量計(jì)的測(cè)量要求，因此，首選方案為電磁流量計(jì)，本次選型為 KＲOHNE 科隆產(chǎn)品。主要從三個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)研究，即電極材料、襯里材料及流速。 

 

3．1．1 電極材料

       鉭電極具有優(yōu)良的耐腐蝕性，和玻璃很相似。除了氫氟酸、發(fā)煙硫酸、堿外，幾乎能耐一切化學(xué)介質(zhì)( 包括沸點(diǎn)的鹽酸、硝酸和 175 ℃ 以下的硫酸) 的腐蝕。基于濃硫酸的強(qiáng)氧化特性，選擇電極材料為鉭。

 

3．1．2 襯里材料

       PFA 襯里是塑料中化學(xué)性能非常穩(wěn)定的一種材料，能耐沸騰的鹽酸、硫酸、硝酸和王水，也能耐濃堿和各種有機(jī)溶劑; 在測(cè)量管內(nèi)有不銹鋼絲網(wǎng)，因此增強(qiáng)了襯里與金屬管的結(jié)合力，具有耐負(fù)壓性。適用范圍: ①－40～180 ℃ ; ②酸、堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)。本次被測(cè)濃硫酸溫度為 25 ℃ 左右，因此，襯里選型應(yīng)為 PFA 材料。

 

3．1．3 流速

       電磁流量計(jì)的選型過程中，流速是比較關(guān)鍵的因素。例如在礦漿流量的測(cè)量中，通常需將流速控制在 2～3 m /s，非常好接近 3 m /s，這樣能夠避免黏稠介質(zhì)的附著、沉淀，做到自清潔。但是，對(duì)于濃硫酸的測(cè)量過程中，高流速所產(chǎn)生的沖刷會(huì)嚴(yán)重磨損電磁流量計(jì)襯里，極大降低電磁流量計(jì)的使用壽命，甚至造成安裝點(diǎn)漏酸等嚴(yán)重事故，威脅現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的人身安全。下面重點(diǎn)對(duì)不同口徑流量計(jì)流速、流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析，見表 1。

       通過對(duì)比硫酸泵非常大輸送流量，當(dāng)選擇 DN40 管徑電磁流量計(jì)時(shí)，流速約為 3 m/s 時(shí)，被測(cè)介質(zhì)流量約為 15 m3 /h; 當(dāng)選擇 DN50( 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管道為 DN50)管徑電磁流量計(jì)時(shí)，流速為 2 m/s 時(shí)，被測(cè)介質(zhì)流量約為 15 m3 /h; 當(dāng)選擇 DN65 管徑電磁流量計(jì)時(shí)，流速約為 1．2 m/s 時(shí)，被測(cè)介質(zhì)流量約為 15 m3 /h。

 

       因被測(cè)介質(zhì)為 98%濃硫酸，在高流速情況下容易對(duì)管道及電磁流量計(jì)襯里產(chǎn)生嚴(yán)重沖刷，管路壁厚會(huì)逐漸減小，易造成管路及電磁流量計(jì)泄漏或損壞。因此，選型中應(yīng)重點(diǎn)考慮介質(zhì)流速。查閱常見液體流速取值標(biāo)準(zhǔn)，硫酸濃度為 93% ～ 100%，使用管路材質(zhì)為鑄鐵管或鋼管時(shí)( 現(xiàn)場(chǎng)管道使用不銹鋼鋼管) ，流速應(yīng)控制在 1．2 m/s 以下，該流速可有效防止硫酸介質(zhì)對(duì)管路及電磁流量計(jì)內(nèi)襯的沖刷，確保電磁流量計(jì)的長期使用及管路的安全。

 

       通過以上流量計(jì)口徑－流速－流量對(duì)應(yīng)表及相關(guān)分析，減去泵的阻力影響因素，口徑為 DN65 流量計(jì)符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量要求。因此，電磁流量計(jì)通徑選擇 DN65。 

 

3．2 非接觸式流量計(jì)選型方案

       通過分析現(xiàn)有加酸系統(tǒng)，非接觸式流量計(jì)也是較為可行的方案，因此選用的第二套方案為外夾式超聲波［2］非接觸式流量計(jì)，主要從四個(gè)方面進(jìn)行分析研究，即管道材質(zhì)、非常大流速、直管段、安裝方法。

 

3．2．1 管道材質(zhì)

       超聲波非接觸式流量計(jì)使用于碳鋼、不銹鋼、鑄鐵等均勻質(zhì)密的管道，現(xiàn)場(chǎng)管路為不銹鋼管道，符合使用要求。 

 

3．2．2 非常大流速

       通過上述流速的綜合計(jì)算，非常大流速為 2 m /s，符合超聲波流量計(jì)測(cè)量非常大范圍要求。 

 

3．2．3 直管段

       超聲波流量計(jì)對(duì)于直管段的要求非常嚴(yán)格，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)總結(jié)，直管段應(yīng)滿足表 2 要求。

       同時(shí)，直管段范圍內(nèi)應(yīng)無任何閥門、變徑、彎頭等; 安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離泵、高壓電、變頻器等，就能確保測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，消除流體局部流速變化引起的測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)等問題。

 

       通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析，測(cè)量直管段前有縮頸，縮頸后前、后直管段大于 15D，符合直管段要求。 

 

3．2．4 安裝方法

       現(xiàn)場(chǎng)管道為 DN50，采用 V 法安裝。 

 

4 兩種選型優(yōu)劣分析及方案確定

 

4．1 電磁流量計(jì)選型方案

       優(yōu)點(diǎn): 測(cè)量精度為 0．2%，當(dāng)被測(cè)流量為 15 m3 /h 時(shí)，誤差為 0．03 m3 /h。

       缺點(diǎn): ①安裝不方便，需要在酸管道動(dòng)火作業(yè)，存在較大安全隱患; ②正常生產(chǎn)期間無法進(jìn)行安裝; ③在 40～100 s 加酸時(shí)間內(nèi)，加酸總量也無法準(zhǔn)確計(jì)量; ④備件費(fèi)用遠(yuǎn)高于外夾式超聲波流量計(jì)。

其實(shí)在這里，三暢儀表并不全認(rèn)同”“甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司 檢修工程部”的王曉斌工程師的看法，在此案例中，現(xiàn)場(chǎng)管道已經(jīng)運(yùn)行的時(shí)候，無法動(dòng)火開孔，這是電磁流量計(jì)唯一的缺點(diǎn)，至于精度方面，肯定比外夾式超聲波流量計(jì)精度高，而且DN50的配件費(fèi)用不高，而且材質(zhì)選型正確，不偷工減料的情況下，基本不會(huì)出故障和質(zhì)量問題，哪里來的配件維修和更換？但凡遇到配件費(fèi)用的，或者說誰費(fèi)用比較高的，都是涉及中間環(huán)節(jié)或者虛高報(bào)價(jià)導(dǎo)致的。眾所周知，雖然超聲波流量計(jì)在某些介質(zhì)和工藝環(huán)境方面有一定的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，但是只要是一定導(dǎo)電流體，粘稠度不高的，電磁流量計(jì)對(duì)液態(tài)流體的測(cè)量選擇都是先要考慮的選擇。

 

4．2 超聲波流量計(jì)選型方案

       優(yōu)點(diǎn): ①安裝方便，無需開孔，安裝安全風(fēng)險(xiǎn)較低; ②可在任何時(shí)間進(jìn)行安裝; ③備件費(fèi)用低于電磁流量計(jì)。

 

       缺點(diǎn): 測(cè)量精度低于電磁流量計(jì)，誤差較大。無論選用哪種方案，單次加酸累積量均無法準(zhǔn)確計(jì)量，只能進(jìn)行粗略的估計(jì)。為有效避免測(cè)量精度低的問題，根據(jù)現(xiàn)有硫酸泵功率參數(shù)，非常終通過程序容錯(cuò)方法與超聲波流量計(jì)實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行綜合分析，計(jì)算出單次加酸值。

 

       通過上述分析，非常終將加酸流量選型為外夾式超聲波流量計(jì)。 

 

5 確保測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定性

該工藝對(duì)加酸流量控制較為嚴(yán)格，因此，儀表人員應(yīng)每周至少一次對(duì)外夾式超聲波流量計(jì)換能器固定情況進(jìn)行點(diǎn)檢，同時(shí)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行重點(diǎn)檢查，信號(hào)強(qiáng)度保持在 80 dB 以上。

 

另外，定期使用手持式超聲波流量計(jì)( 定期送檢) 進(jìn)行定期比對(duì)測(cè)試，保證現(xiàn)場(chǎng)安裝儀表性能的長期穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)留存好比對(duì)記錄。 

 

6 結(jié)語

現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問題一定需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行深入分析，非常終得出切實(shí)解決的方案，此次對(duì)加酸流量測(cè)量方案的確定是緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題所制定的方案，方案實(shí)施后，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，有效解決了濃硫酸加入量的測(cè)量問題，確保了人員安全，提高了操作人員的工作效率，同時(shí)也降低了設(shè)備備件費(fèi)用。