近年來，我國化工行業(yè)中采用離子膜法制堿工藝發(fā)展很快，前幾年該裝置大多為全套進口，包括在線的各種儀表。現(xiàn)在從設(shè)備到儀表逐漸高產(chǎn)化，這樣既能保證質(zhì)量，同時可以節(jié)約大量外匯。

      某大型化工廠在建成試生產(chǎn)高段就發(fā)現(xiàn)安裝在陰、陽兩管道上的兩臺浮子流量計工作不正常，指針總在擺動，無法讀數(shù)；輸出電流信號也不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)預(yù)期的工藝流程調(diào)節(jié)與控制目標(biāo)等，以免*影響了正常投產(chǎn)。

      經(jīng)現(xiàn)場觀察和分析認(rèn)為：陰一、陽兩條管道中被測量的介質(zhì)均為既不均勻、比例又不固定的氣、液雙相介質(zhì)；而流量計則是常規(guī)型浮子流量計。

      浮子流量計的工作原理之一是浮力定律，也就是與被測介質(zhì)的密度有關(guān)，密度不穩(wěn)定時浮子就會跳動。由于本工況液體伴有不定氣體量的情況，產(chǎn)生動流，導(dǎo)致了流量計的上述現(xiàn)象。

      目前各種常規(guī)流量計都不適用于氣、液雙相介質(zhì)，而工藝過程的鹽液及堿液流量必須加以測量和控制，即必須安裝流量計。因此，選用一種可用的流量計或?qū)ΜF(xiàn)有的某種流量計進行改進設(shè)計以滿足此一定工況測量要求就成為下步工作。

      2 確定方案

      實施方案的選擇與確定一少要滿足以下3點：

      （1）流量計的接液底部件必須能承受陰、陽兩管道中含氯氣鹽液及堿液的強烈氧化和腐蝕；

      （2）安裝連接尺寸盡量與原流量計相同，以減少工作量；

      （3）流量計自身能有效地緩沖和減少由隨機產(chǎn)生氣體帶來的劇烈波動，達(dá)到可視為穩(wěn)定值的讀數(shù)，并且輸出電流信號波動滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。

      按上述要求對電磁流量計、渦輪流量計、渦街流量計、浮子流量計與差壓式流量計等進行分析、比較高后認(rèn)為只有對金屬管浮子流量計進行必要的改進才是可行的和的方案。因此開封儀表廠在其原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上特殊設(shè)計了一種金屬管浮子流量計。

      3 特殊設(shè)計的實施

      該浮子流量計應(yīng)實施3項改進設(shè)計。

      3.1 耐腐蝕材料選擇和防腐措施

      查閱金屬材料手冊并結(jié)合現(xiàn)場其它設(shè)備材料的應(yīng)用實際，陽管道中的介質(zhì)為含氯氣的鹽液，傳感器中所有與介質(zhì)接觸的件均采用鈦（Ti）材制造，兩法蘭密封面及殼體與導(dǎo)管組件密封面均進行涂鈀處理。

      整個傳感器具有良好的抗氧化及耐腐蝕性能。而陰管道中的介質(zhì)為堿液和氫氣及氯氣等，傳感器中所有與介質(zhì)接觸的件均采用不銹鋼（SUS316L）材質(zhì)制造，整個傳感器具有良好的耐腐蝕性能。經(jīng)兩年多的使用證明是可行的。

      3.2 連接尺寸與安裝方式

      由于用戶的原有流量計為水平安裝，這與常規(guī)浮子流量計垂直安裝、流體自下而上的流向*不同，因此必須將其設(shè)計成（水）平進（水）平出結(jié)構(gòu)，由于已有管道的開檔尺寸足夠長，于是設(shè)計成如圖1所示的浮子流量計。

      3.3 限度地保證工作條件下流量計的穩(wěn)定

      就流量計自身而言，克服波動（不論是外部還是內(nèi)部原因所致）的常用而有效的措施是加裝阻尼器。阻尼器一般分為機械式和電（磁）式，顯然對浮子流量計應(yīng)首先考慮選用前。

      3.4 阻尼器的選擇

      按阻尼介質(zhì)不同又分為液體阻尼器和氣體阻尼器。

圖1 特殊設(shè)計平進平出阻尼型金屬浮子流量計

      由于本應(yīng)用對象中已產(chǎn)生和存在著氣體且浮子波動幅度不十分劇烈，所以可采用活塞式氣體阻尼器。另外，就阻尼器的結(jié)構(gòu)位置而言可置于傳感器上也可置于轉(zhuǎn)換器上，但由于后須對轉(zhuǎn)換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)做相當(dāng)大的改動，工作量、試驗量都很大。因此，確定選用前，參見圖1。應(yīng)當(dāng)說明，帶有液體阻尼器的浮子流量計已有過設(shè)計和應(yīng)用的報道，但尚無采用氣體阻尼器的金屬管浮子流量計信息。

      3.5 阻尼器的設(shè)計

      設(shè)計阻尼器必須了解和確定下列數(shù)據(jù)：

      波動幅度與頻率：經(jīng)在現(xiàn)場幾小時觀測統(tǒng)計未裝阻尼器的流量計的波動幅度約為15%~25%，（±7.5%~±12%）；頻率約為180~350次/min。

      （1）要求阻尼效果：波動幅度應(yīng)不大于±2%；頻率約不大于50~90次/min。當(dāng)然，由于沒有適當(dāng)?shù)膬x器進行定量檢測，所以阻尼的終效果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，一定程度上還應(yīng)通過實際應(yīng)用由現(xiàn)場技術(shù)和操作人員判斷和認(rèn)定。

      （2）依照上述實際工況和阻尼目標(biāo)，兼顧該浮子流量計結(jié)構(gòu)尺寸、鈦材管料規(guī)格等，求出阻尼系數(shù)之后，初步確定阻尼器結(jié)構(gòu)及尺寸如圖2所示。而決定阻尼效果的阻尼室與阻尼體之間間隙的尺寸必須經(jīng)現(xiàn)場試驗后才能確定。

      3.6 試驗室試驗驗證

      為了初步驗證這阻尼器的效果，以阻尼管內(nèi)徑實測尺寸為準(zhǔn)，精制了4組不同外徑尺寸的阻尼頭，使兩的配合間隙分別為0.8mm、0.6mm、0.4mm和0.2mm，分次裝入特殊設(shè)計的浮子流量計進行試驗。為造成浮子跳動并盡量少對水流量裝置做較高大變動，試驗系統(tǒng)如圖3所示。

      浮子的跳動由緊靠彎頭的球閥快開、快關(guān)與水流經(jīng)彎頭的急劇流場變化造成，實際跳動情況借助于流量計的指針、度盤觀察，也可由轉(zhuǎn)換器的輸出電流信號借助指針式電流表觀測。

      試驗時流量計上端自然存有空氣做為阻尼介質(zhì)。試驗方法是：初始流量置于約50%高流量處，這時指針仍略有擺動但有滿意讀數(shù)（系流場不穩(wěn)所致，可視為穩(wěn)定），然后迅速開啟（或關(guān)閉）球閥，使指針約達(dá)80%（或20%）高流量處并記下時間，等待指針雖擺動仍有可滿意讀數(shù)為止，再記下時間，即可得知阻尼時間。經(jīng)多次試驗統(tǒng)計結(jié)果大致如表1所示：

      從上述試驗結(jié)果可以看出后兩組間隙的阻尼器效果較高好。但必現(xiàn)場實際工況與試驗室條件有較高大差別，因此還必須進行現(xiàn)場試驗。

      4 現(xiàn)場試驗與應(yīng)用效果

      2002年6月對特殊設(shè)計的浮子流量計及制的間隙為0.3mm的阻尼體安裝于現(xiàn)場取代原流量計進行多次試驗，結(jié)果是間隙為0.3mm和0.4mm阻尼器效果，原來流量計指針擺動幅度為10%~20%的同樣條件換裝特殊設(shè)計的流量計后，其指針擺動基本不超過6%（±3%），操作人員認(rèn)為滿意，可以接受，這設(shè)計達(dá)到了預(yù)期效果。經(jīng)使用一直很穩(wěn)定，這就初步解決了氣、液兩相流流量測量的難題。

      因此可以認(rèn)為：這種帶有阻尼器并由一種材質(zhì)制造的浮子流量計是一種解決類似雙相流流量測量的可行方法之一，*可以用于離子膜燒堿工藝過程中。