腐蝕性介質(zhì)的流量測(cè)量
3.6.1 腐蝕現(xiàn)象
腐蝕是金屬在其環(huán)境中由于化學(xué)作用而遭受破壞的現(xiàn)象。一切金屬與合金對(duì)于某些特定環(huán)境可以是耐腐蝕的，但是在另一些環(huán)境中卻對(duì)腐蝕又很敏感。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于所有環(huán)境都耐腐蝕的工業(yè)用金屬材料是不存在的。
腐蝕可以分為均勻腐蝕（uniform corrosion）或全面腐蝕（general corrosion）與局部腐蝕（localized corrosion）。全面腐蝕的腐蝕速度可用mm/a等單位來(lái)表示。通常將腐蝕速度在0.1mm/a以下的材料作為耐腐蝕材料[37]。對(duì)于腐蝕速度較此再大一個(gè)數(shù)量級(jí)，也即腐蝕速度為1mm/a材料，對(duì)于一般設(shè)備有時(shí)可酌情定為可以使用的材料。對(duì)于流量?jī)x表的測(cè)量元件，則是不容許的。根據(jù)腐蝕速度的大小，可以預(yù)測(cè)金屬的使用壽命。
3.6.2 腐蝕性介質(zhì)對(duì)流量測(cè)量?jī)x表的損害
介質(zhì)的腐蝕性對(duì)流量測(cè)量?jī)x表是個(gè)嚴(yán)重威脅，只有像夾裝式超聲波流量計(jì)等個(gè)別種類(lèi)的流量計(jì)受腐蝕影響較小。
a. 腐蝕性介質(zhì)將流量測(cè)量?jī)x表與介質(zhì)直接接觸的關(guān)鍵零部件腐蝕，使之損壞，喪失功能。例如，腐蝕造成差壓變送器膜片損壞，硅油外漏而*失效。電磁流量計(jì)電極因腐蝕引起介質(zhì)外泄，導(dǎo)致勵(lì)磁線外圈燒毀等。
b. 流量測(cè)量?jī)x表的關(guān)鍵零部件長(zhǎng)時(shí)間受腐蝕性介質(zhì)的腐蝕而改變幾何尺寸，導(dǎo)致儀表準(zhǔn)確度降低。例如，轉(zhuǎn)子流量計(jì)中的轉(zhuǎn)子被流體腐蝕后，外形尺寸減小，導(dǎo)致流量示值偏低。又如渦街流量計(jì)中的旋渦發(fā)生體被流體腐蝕而寬度尺寸減小，迎流面表面變得粗糙，從而引起流量系數(shù)改變。就連受腐蝕介質(zhì)影響較小的夾裝式超聲波流量計(jì)，也常因金屬管內(nèi)壁被介質(zhì)腐蝕的坑坑洼洼，使發(fā)射和接收信號(hào)變?nèi)?，?yán)重時(shí)喪失靈敏度。
c. 縮短儀表壽命。例如金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)中的錐形管等零部件，使用幾年后，其焊接處被穿爛。
d. 腐蝕性介質(zhì)滲漏，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，還容易釀成安全和人身事故。
3.6.3 對(duì)流量測(cè)量中流體腐蝕的措施
（1）定期更換儀表 腐蝕性介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕，情況是多種多樣的。有的腐蝕速度很快，即全面腐蝕，有的腐蝕是輕微的，速度很慢，即局部腐蝕。在作儀表選型時(shí)應(yīng)針對(duì)具體情況具體分析，然后作出決策。
例如壓縮空氣和水，一般認(rèn)為是無(wú)腐蝕，其實(shí)不然。由于城區(qū)大氣中氮氧化合物濃度一般均較高，當(dāng)它被壓縮空氣中的冷凝液吸收后，冷凝液即呈酸性，從而對(duì)碳鋼材具有輕度腐蝕。這種情況在硫酸廠、硝酸廠、氯堿廠等廠區(qū)，問(wèn)題更嚴(yán)重些。當(dāng)然，這時(shí)壓縮空氣中所含的除了稀硝酸外，可能還有硫酸、鹽酸等。水的情況也相似，尤其是河水，由于其中含有多種離子，也對(duì)碳鋼產(chǎn)生腐蝕。在這種條件下使用的儀表，若干年后也會(huì)出現(xiàn)被腐蝕的痕跡。例如，停車(chē)檢修發(fā)現(xiàn)流量節(jié)流裝置中的碳綱環(huán)室與流體接觸的表面被蝕，變得坑坑洼洼，嚴(yán)重時(shí)幾何尺寸和形狀都發(fā)生很大變化。而前后直管段內(nèi)壁也變得高低不平。這種狀況都不符合檢定規(guī)程要求，難以保證原有的儀表度。
這時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)命題，即是否設(shè)計(jì)選型要將節(jié)流裝置中的環(huán)室以及前后直管段也改為不銹鋼材質(zhì)？當(dāng)然，如果改為不銹鋼材質(zhì)，環(huán)室和直管段的腐蝕問(wèn)題肯定迎刃而解，但同時(shí)，投資增加了。而且投資增加數(shù)同管徑有關(guān)，如果公稱(chēng)通徑較大，則投資增加就是個(gè)不小的數(shù)字。所以決策時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量度要求、腐蝕嚴(yán)重程度、預(yù)期壽命、預(yù)算承受能力等，權(quán)衡利弊得失，靈活掌握。如果測(cè)量度要求不高（如用于過(guò)程監(jiān)視、控制），輕度腐蝕，碳鋼材料預(yù)期壽命10年以上,改為不銹鋼投資增加較多，那么，寧可待環(huán)室等被腐蝕得無(wú)法繼續(xù)使用時(shí)，再將節(jié)流裝置整體或損壞部分予以更新。
（2）避重就輕 避重就輕是在對(duì)工藝流程和有關(guān)介質(zhì)特性深入了了解的基礎(chǔ)上，合理選擇測(cè)量方案，同樣達(dá)到計(jì)量或?qū)ιa(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的目的，避開(kāi)腐蝕性強(qiáng)的部位，而選在腐蝕性較輕的部位，甚至更改被調(diào)參數(shù)種類(lèi)。例如（如果可行的話）將流量定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)用液位均勻調(diào)節(jié)或其他合適的變量調(diào)節(jié)代替，從而避開(kāi)流量測(cè)量?jī)x表耐腐蝕的難題。
例如，進(jìn)污水處理廠的污水流量一般都要測(cè)量，以便控制污染物排放總量。而污水一般或偏酸性或偏堿性，而且相應(yīng)地要加入適量得堿或酸予以中和。那么，考慮污水對(duì)流量?jī)x表的腐蝕，當(dāng)然流量檢測(cè)點(diǎn)選在中和之后更好一些。
鋼廠荒煤氣的流量測(cè)量也有類(lèi)似情況?；拿簹庵谐３：幸欢〝?shù)量的二氧化硫，這種氣體在干燥的時(shí)候腐蝕性并不大，但荒煤氣離開(kāi)爐窯后，隨著輸送距離的增長(zhǎng)，氣體溫度逐漸降低，濕度相應(yīng)升高，并很快出現(xiàn)凝液而具有較強(qiáng)的腐蝕性?？紤]煤氣流量測(cè)量?jī)x表安裝位置時(shí)，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)選在氣體出現(xiàn)凝液之前。
（3）選擇具有耐腐蝕特性的儀表
① 一般酸性介質(zhì)的儀表選型。渦街流量傳感器和渦輪流量傳感器，與流體接觸的部分為耐酸鋼，一般酸性液體和氣體都能使用。
用耐酸綱制成的橢圓齒輪流量計(jì)，可以滿足一般酸性液體計(jì)量的需要。
至于某一公司的具體的某個(gè)產(chǎn)品是否適用于某用戶的特定介質(zhì)，除了查閱有關(guān)樣本和資料外，還需向制造商詳細(xì)咨詢，能做出承諾更好。有經(jīng)演的制造商積累了大量常用材料使用介質(zhì)范圍和腐蝕范圍速度的數(shù)據(jù)，還有一些是某些材料不適用介質(zhì)范圍的數(shù)據(jù)，這非常寶貴，表3.13所示是上海光華愛(ài)而美特公司提供的電磁流量計(jì)電極材料耐腐蝕特性表[6]。但因腐蝕性介質(zhì)多種多樣，有些介質(zhì)在現(xiàn)成的資料中往往找不到答案，這時(shí)可與制造商，由用戶提供腐蝕性介質(zhì)，制造商提供待試材料，在規(guī)定條件下掛片試驗(yàn)。
表3.13 常用電極材料及其使用范圍
| 電極材料 | 特點(diǎn)及適用范圍 |
| 耐酸綱 1Cr18Ni9Ti 含鉬耐酸綱 0Cr18Ni12MoTi（相當(dāng)于316L） | 主要用于生活工業(yè)用水、原水、下水、廢物水及稀酸等弱腐蝕性酸、堿鹽液， |
| 哈氏合金B(yǎng) | 低濃度鹽酸等非氧化性酸和非氧化性鹽液適用，硝酸等氧化性酸不適用 |
| 哈氏合金C | 對(duì)常溫硝酸、其他氧化性酸、氧化性鹽液有耐腐蝕性，鹽酸等還原型酸和氯化物不適用 |
| 鈦 | 耐腐蝕性略優(yōu)于耐酸鋼，對(duì)氯化物、次氯酸鹽、海水有優(yōu)良的耐腐蝕性，對(duì)常溫硝酸等氧化性酸有耐腐蝕性，鹽酸、硫酸等還原性酸不適用 |
| 鉭 | 具有和玻璃相似的*耐腐蝕性，除氫氟酸、發(fā)煙硫酸等少數(shù)酸（參見(jiàn)表8.4）外，大部分酸液適用，氫氧化鈉等堿液不適用 |
| 鉑、鉑銥合金 | 對(duì)幾乎所有酸堿液耐腐蝕,王水、銨鹽以及少數(shù)介質(zhì)不適用，價(jià)格昂貴 |
② 導(dǎo)電液體的儀表選型。電磁流量計(jì)的測(cè)量管內(nèi)襯材料有多種，其中耐腐蝕性能的是聚四氟乙烯。電極材料也有好幾種，能滿足絕大多數(shù)腐蝕性介質(zhì)的需要。文獻(xiàn)[38]列有（美）Foxboro公司《襯里和電極材料的選用表》。在選擇電極材料時(shí)，應(yīng)以滿足需要為原則，不要迷信貴金屬,因?yàn)橘F金屬也不是的。表3.14所列就是鉑銥合金和鉭不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì)。當(dāng)然表中列入的液僅僅是示例，而非全部。
表3.14鉑銥合金和鉭不耐腐蝕的化學(xué)性質(zhì)①
| 化學(xué)液體介質(zhì) | 鉑銥合金 | 鉭 | 其他材料 |
| 氟化鋁（Aluminum fluoride） 硝酸鋁（Aluminum nitrate） 氟化銨（Ammonium fluoride） 氫氧化鋇（Barium hydroxide） 二氧化氯（Chlorine dioxide） 氯化銅（Copper fluoride） 氯化銅（Copper chloride）40% 氯氧銅（Copper oxychloride） 氯化鐵（Ferric chloride） 氯化鋅（Zinc chloride）50% 氟硅酸（Fluosilicic acid）10%~40% 氫溴酸（Hydrobromic acid）50% 氫氟酸（Hydrofluoric acid）10%~20% 氫氟硅酸（Hydrofluosilicic acid）35% 次氯酸（Hypochlorous acid）10%~20% 乙酸鉛（Lead acetate） *（Magnesium hydroxide） 氫氧化鉀（Potassium hydroxide）10%~40% 氰化鈉（Sodium ferrocyanide） 氫鐵酸鈉（Sodium ferrocyanide） 氫亞鐵酸鈉（Sodium ferricyanide） 氟化鈉（Sodium fluoride）5%~50% 氫氧化鈉（Sodium hydroxide）5%~5% 硫酸（Sulfuric acid）10%~50% *（Sodium thiosulfate） | A A A A A A A A A A A A A A A A | A A A A A A A B B A | B（哈氏合金C） B（哈氏合金C） B（哈氏合金C） B（哈氏合金C） B（哈氏合金C） A（哈氏合金C） |
① 摘自參考文獻(xiàn)[6]，137。
注：A——優(yōu)先選用的材料（實(shí)際上有極長(zhǎng)的使用壽命）；
B——令人滿意的材料（在大多數(shù)條件下有較長(zhǎng)的使用壽命）；
X——不能使用。
其他像鉑電電極的觸媒作用也引起人們關(guān)注。在化工生產(chǎn)中，鉑是一種性能很好的催化劑，某些介質(zhì)在一定條件下與鉑接觸后就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，已被證明的有雙氧水。鉑電極電磁流量計(jì)在測(cè)量雙氧水時(shí)，會(huì)在電極表面生成氣霧，流量為零時(shí)，輸出也會(huì)波動(dòng)。
選擇合適的電極材料和內(nèi)襯材料測(cè)量腐蝕性介質(zhì)流量，如果流體溫度也在允許范圍之內(nèi)，那是理想的選擇，其測(cè)量度可以達(dá)到（0.3～1）％R。其口徑從幾毫米到3m，各種規(guī)格齊全，能滿足各種測(cè)量范圍的需要，但若流體不導(dǎo)電，電磁流量計(jì)就無(wú)能為力了。
③不導(dǎo)電液體的儀表選型。夾裝式超聲流量計(jì)工作時(shí)流體不與儀表直接接觸，所以適用于各種腐蝕性流體。
夾裝式超聲流量計(jì)按其原理分類(lèi)有兩種，其中時(shí)差法適用于潔凈單相流體，度與管徑和流速有關(guān)，例如Panametics公司的AT系列儀表。
a. 管徑>150mm時(shí)， >0.3m/s，不確定度為±2％R（經(jīng)標(biāo)定可達(dá)±1％R）； ≤0.3m/s，不確定度為±0.01m/s。
b. 管徑≤150mm時(shí)， >0.3m/s，不確定度為±5％； ≤0.3m/s，不確定度為±0.05m/s。
而多普勒法流量計(jì)適用于固相含量較多或含有氣泡的液體，不確定度只能達(dá)到±1％～±10％，顯然比電磁流量計(jì)低得多，因此只在無(wú)其他更好的辦法時(shí)才采用。其價(jià)格與管道直徑無(wú)關(guān)，在DN≤200時(shí)，超聲波儀表比電磁流量計(jì)貴，而在DN≥250時(shí)，超聲流量計(jì)比電磁流量計(jì)便宜。
④腐蝕性氣體儀表選型
a. 超聲流量計(jì)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外天然氣工業(yè)獲得了迅速發(fā)展，這大大推動(dòng)了天然氣計(jì)量?jī)x表的發(fā)展，其中專(zhuān)門(mén)為天然氣計(jì)量而開(kāi)發(fā)的多聲道超聲流量計(jì)就是一顆耀眼的明珠，這一技術(shù)如果經(jīng)移植用于腐蝕性氣體流量測(cè)量，應(yīng)當(dāng)是可行的，因?yàn)橹灰獙?duì)測(cè)量管內(nèi)壁作防腐蝕處理即可。但具體應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)在還未見(jiàn)報(bào)道。另外有一種情況還不容樂(lè)觀，即這種流量計(jì)價(jià)格太高，有待于制造商降低成本，下調(diào)售價(jià)。
近年開(kāi)發(fā)的配有夾裝式換能器的超聲流量計(jì)，若管道本身耐腐蝕，就不必考慮儀表的耐腐蝕問(wèn)題。例如，管道使用耐腐蝕內(nèi)襯，但此內(nèi)襯與金屬管之間如果存在氣隙，也會(huì)為夾裝式超聲流量計(jì)帶來(lái)麻煩。
對(duì)于無(wú)耐腐蝕內(nèi)襯的金屬管道，其內(nèi)壁經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間腐蝕往往變的高低不平，常會(huì)造成“V”形和“W”形安裝的換能器聲波發(fā)射不一致，所以信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)?，?yán)重時(shí)甚至無(wú)法正常測(cè)量。這些都是使用超聲流量計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的。
b. 節(jié)流式差壓流量計(jì)?，F(xiàn)在還未見(jiàn)報(bào)道適用于腐蝕性介質(zhì)的定型商品化節(jié)流式差壓流量計(jì),但是用戶自行開(kāi)發(fā)的此類(lèi)儀表，在幾十年前就有報(bào)道，其中有很成功的氯氣流量測(cè)量。
工藝設(shè)備專(zhuān)業(yè)對(duì)付腐蝕性氣體的技術(shù)幾十年前就已很成熟，例如，各種不同直徑管道襯橡膠、襯玻璃、襯聚四氟乙烯等。儀表專(zhuān)業(yè)借用此優(yōu)勢(shì)，由工藝專(zhuān)業(yè)將耐腐蝕性能的微晶玻璃孔板，交工藝專(zhuān)業(yè)夾裝在工藝管道上，然后在孔板前后由工藝專(zhuān)業(yè)各留一個(gè)管口，儀表專(zhuān)業(yè)將法蘭式差壓變送器安裝在管口上。變送器的隔離膜片zui初用含鉬不銹鋼，為了解決其耐腐蝕問(wèn)題，在此膜片上再貼一層聚四氟乙烯隔離默片（見(jiàn)圖3.84）。
圖3.84耐磨蝕節(jié)流式差壓流量計(jì)
1－雙法蘭差壓變送器；2－測(cè)量頭；3－聚四氟乙烯膜片；4－耐腐蝕孔板；5－工藝管道內(nèi)襯；6－工藝管道
這樣的防腐蝕方法有時(shí)仍不夠理想，差壓變送器的不銹鋼膜片使用一段時(shí)間后，仍發(fā)現(xiàn)有針孔狀腐蝕，即不銹鋼膜片上出現(xiàn)數(shù)個(gè)直徑極小的孔洞，經(jīng)研究確認(rèn)是流體中的離子穿透聚四氟乙烯膜片，與不銹鋼膜片接觸，將其腐蝕。于是儀表制造廠在膜片材質(zhì)上進(jìn)一步作了改進(jìn)，例如，提供鉭膜片雙法蘭差壓變送器。但是，正像前面所說(shuō)過(guò)的，鉭膜片不能解決所有問(wèn)題，也只是使得到解決的問(wèn)題更多一些。
耐腐蝕節(jié)流式差壓流量計(jì)的另一個(gè)解決方案是用隔離液將耐腐蝕能力較差的儀表同強(qiáng)腐蝕流體隔離開(kāi)來(lái)，其典型的結(jié)構(gòu)如圖3.85所示。儀表中常用的隔離液請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)[39]。其中，強(qiáng)腐蝕氣體常用的有氟油（屬三氟氯乙烯聚合物）[39]等。該解決方案中的差壓變送器其差壓測(cè)量上限可以比雙法蘭差壓變送器小得多，但是氟油較貴，隔離容器仍要用耐腐蝕材料制造，所以也很費(fèi)事。
圖3.85中的隔離容器，在自控設(shè)計(jì)手冊(cè)中有詳細(xì)圖紙，但不全合用，而且結(jié)構(gòu)尺寸也太大。現(xiàn)在新型號(hào)差壓變送器，膜盒位移極微
，
圖3.85充隔離液的節(jié)流式差壓流量計(jì)
1－工藝管道；2－工藝管道內(nèi)襯；3－耐腐蝕材質(zhì)隔離容器；4－引壓管；5－差壓變送器
因此隔離容器截面積很小就夠了。為了節(jié)約隔離液，隔離容器的容積縮小到圖紙推薦的1/5已足夠。
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