引言

       隨著工業發展，不銹鋼產品隨之也不斷被研發，以更好的滿足生產、生活需求。近年來，公司也加大了科研資金投入，多種新產品被研發并陸續投入市場。不銹鋼產品市場需求量較大，因此，公司也積極根據客戶對不同鋼種的需求，調整及優化工藝，保證各類產品的供應。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，將嚴重影響帶鋼表面質量。根據不銹鋼分公司對產品結構的調整，生產某類鋼種時，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，經過主體單位的改造，從原酸站引入一路加酸管路( 介質為濃硫酸) ，每次加酸均通過與不銹鋼熱線操作室溝通進行“估量”操作，因溝通協調及現場分路截止閥確認不到位，在熱線加酸過程中，未對冷線分路閥門進行關閉，致使中性鹽罐未按照工藝需要加入了過量的濃硫酸，造成產品質量事故。濃硫酸具有強氧化性、脫水性等特點，選型不當易出現生產期間漏酸等嚴重后果。本文著重研究不銹鋼冷軋冷線中性鹽罐加酸流量測量問題，通過對比不同測量方案的優劣性，結合現有實際提出非常佳測量方案。 

 

2 測量對象特性和存在問題

       不銹鋼冷軋冷線中性鹽罐所加酸( 98% 濃硫酸) 來自冷軋原酸站，共有兩臺泵( 一備一用) ，型號為 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，一路進入熱線，一路至冷線中性鹽罐。從熱線分冷線處設有手－自動截止閥，用于冷線不加酸時切斷介質用。因不銹鋼冷軋冷線及熱線分為兩個獨立操作室，加酸泵屬于熱線控制設備，每次冷線加酸均需要提前聯系及現場反復確認。

 

       通過與不銹鋼工藝、電氣人員的溝通，設計加酸時間僅需為 40 ～ 100 s。根據所使用泵相關參數進行技術分析，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、硝酸等介質的選型及使用狀況進行對比，現有測量系統中，為保證測量精度及穩定性，均選用電磁流量計作為測量儀表。但是該系統加酸時間較短，如果按照瞬累量進行總量的核算誤差太大，無法進行準確測量。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，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控，出現異常加酸時，易引起產品質量事故; 

       ⑶按照 40 ～ 100 s 單次加酸瞬累量作為加酸總量進行統計，存在較大誤差。 

 

3 儀表選型方案及分析

 

       為解決上述問題，根據現場實際，并結合濃硫酸測量介質特性，選用接觸式和非接觸式兩種選型方案。 

 

3．1 接觸式流量計選型方案

       現場被測介質為單相流體，而且所使用的泵功率恒定，沿途管路固定，流速相對穩定，同時被測介質具有導電性，滿足電磁流量計的測量要求，因此，首選方案為電磁流量計，本次選型為 KＲOHNE 科隆產品。主要從三個方面進行重點研究，即電極材料、襯里材料及流速。 

 

3．1．1 電極材料

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

 

3．1．2 襯里材料

       PFA 襯里是塑料中化學性能非常穩定的一種材料，能耐沸騰的鹽酸、硫酸、硝酸和王水，也能耐濃堿和各種有機溶劑; 在測量管內有不銹鋼絲網，因此增強了襯里與金屬管的結合力，具有耐負壓性。適用范圍: ①－40～180 ℃ ; ②酸、堿等強腐蝕性介質。本次被測濃硫酸溫度為 25 ℃ 左右，因此，襯里選型應為 PFA 材料。

 

3．1．3 流速

       電磁流量計的選型過程中，流速是比較關鍵的因素。例如在礦漿流量的測量中，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的附著、沉淀，做到自清潔。但是，對于濃硫酸的測量過程中，高流速所產生的沖刷會嚴重磨損電磁流量計襯里，極大降低電磁流量計的使用壽命，甚至造成安裝點漏酸等嚴重事故，威脅現場作業人員的人身安全。下面重點對不同口徑流量計流速、流量之間的對應關系進行分析，見表 1。

       通過對比硫酸泵非常大輸送流量，當選擇 DN40 管徑電磁流量計時，流速約為 3 m/s 時，被測介質流量約為 15 m3 /h; 當選擇 DN50( 現場實際管道為 DN50)管徑電磁流量計時，流速為 2 m/s 時，被測介質流量約為 15 m3 /h; 當選擇 DN65 管徑電磁流量計時，流速約為 1．2 m/s 時，被測介質流量約為 15 m3 /h。

 

       因被測介質為 98%濃硫酸，在高流速情況下容易對管道及電磁流量計襯里產生嚴重沖刷，管路壁厚會逐漸減小，易造成管路及電磁流量計泄漏或損壞。因此，選型中應重點考慮介質流速。查閱常見液體流速取值標準，硫酸濃度為 93% ～ 100%，使用管路材質為鑄鐵管或鋼管時( 現場管道使用不銹鋼鋼管) ，流速應控制在 1．2 m/s 以下，該流速可有效防止硫酸介質對管路及電磁流量計內襯的沖刷，確保電磁流量計的長期使用及管路的安全。

 

       通過以上流量計口徑－流速－流量對應表及相關分析，減去泵的阻力影響因素，口徑為 DN65 流量計符合現場實際測量要求。因此，電磁流量計通徑選擇 DN65。 

 

3．2 非接觸式流量計選型方案

       通過分析現有加酸系統，非接觸式流量計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，主要從四個方面進行分析研究，即管道材質、非常大流速、直管段、安裝方法。

 

3．2．1 管道材質

       超聲波非接觸式流量計使用于碳鋼、不銹鋼、鑄鐵等均勻質密的管道，現場管路為不銹鋼管道，符合使用要求。 

 

3．2．2 非常大流速

       通過上述流速的綜合計算，非常大流速為 2 m /s，符合超聲波流量計測量非常大范圍要求。 

 

3．2．3 直管段

       超聲波流量計對于直管段的要求非常嚴格，通過現場實驗總結，直管段應滿足表 2 要求。

       同時，直管段范圍內應無任何閥門、變徑、彎頭等; 安裝位置應遠離泵、高壓電、變頻器等，就能確保測量數據的穩定性，消除流體局部流速變化引起的測量數據波動等問題。

 

       通過對現場進行分析，測量直管段前有縮頸，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

       現場管道為 DN50，采用 V 法安裝。 

 

4 兩種選型優劣分析及方案確定

 

4．1 電磁流量計選型方案

       優點: 測量精度為 0．2%，當被測流量為 15 m3 /h 時，誤差為 0．03 m3 /h。

       缺點: ①安裝不方便，需要在酸管道動火作業，存在較大安全隱患; ②正常生產期間無法進行安裝; ③在 40～100 s 加酸時間內，加酸總量也無法準確計量; ④備件費用遠高于外夾式超聲波流量計。

其實在這里，三暢儀表并不全認同”“甘肅酒鋼集團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，現場管道已經運行的時候，無法動火開孔，這是電磁流量計唯一的缺點，至于精度方面，肯定比外夾式超聲波流量計精度高，而且DN50的配件費用不高，而且材質選型正確，不偷工減料的情況下，基本不會出故障和質量問題，哪里來的配件維修和更換？但凡遇到配件費用的，或者說誰費用比較高的，都是涉及中間環節或者虛高報價導致的。眾所周知，雖然超聲波流量計在某些介質和工藝環境方面有一定的特點優勢，但是只要是一定導電流體，粘稠度不高的，電磁流量計對液態流體的測量選擇都是先要考慮的選擇。

 

4．2 超聲波流量計選型方案

       優點: ①安裝方便，無需開孔，安裝安全風險較低; ②可在任何時間進行安裝; ③備件費用低于電磁流量計。

 

       缺點: 測量精度低于電磁流量計，誤差較大。無論選用哪種方案，單次加酸累積量均無法準確計量，只能進行粗略的估計。為有效避免測量精度低的問題，根據現有硫酸泵功率參數，非常終通過程序容錯方法與超聲波流量計實際測量值進行綜合分析，計算出單次加酸值。

 

       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。 

 

5 確保測量數據穩定性

該工藝對加酸流量控制較為嚴格，因此，儀表人員應每周至少一次對外夾式超聲波流量計換能器固定情況進行點檢，同時對信號強度進行重點檢查，信號強度保持在 80 dB 以上。

 

另外，定期使用手持式超聲波流量計( 定期送檢) 進行定期比對測試，保證現場安裝儀表性能的長期穩定性，同時應留存好比對記錄。 

 

6 結語

現場出現的問題一定需要結合現場實際進行深入分析，非常終得出切實解決的方案，此次對加酸流量測量方案的確定是緊密結合現場實際問題所制定的方案，方案實施后，測量數據準確，有效解決了濃硫酸加入量的測量問題，確保了人員安全，提高了操作人員的工作效率，同時也降低了設備備件費用。