在冷凝水流量计量中的流量计的选型应用分析

摘要：在氧化铝生产过程中，其衍生品冷凝水流量计量一直是一个值得探讨的话题，多年以来，不同的设计人员都采用不同的测量方式，各种测量方式测出的数据也不尽相同，到底那个数据比较准确呢？本文选择几种常见的测量方式，并从原理上、使用效果上以及维护情况等几方面进行比较，然后得出结论，指出冷凝水流量计量的相对比较好的方式。

1、引言

在氧化铝生产工艺中，由饱和蒸汽间接加热氢氧化铝矿浆或碱液，以促进矿浆和碱液充分反应，蒸汽降温形成冷凝水，好水送至锅炉房继续生产蒸汽，坏水进入分解系统或沉降系统参加工艺生产流程。也有把冷凝水（不管好坏）送到热水槽，储存起来冲洗设备用，用的时候再通入蒸汽继续加热。不管冷凝水作什么用途，都要进行计量，以作为各车间成本核算的一个依据。计量冷凝水时，存在很大的争论，各种计量方法都有，并且都能测出数据，由于冷凝水量在生产过程中属于“鸡肋”，故量准不准没有引起重视，作为一个检测技术工程师，有责任把该数据弄准确。

2、蒸汽冷凝水的来源

2.1 溶出二次冷凝水

为实现氢氧化铝矿浆在压煮器内与碱液充分反应，一般在压煮器蒸汽套内通入饱和蒸汽，通过蒸汽套管间接加热矿浆，几个压煮器串联起来组合成压煮器组，饱和蒸汽也串联加热各级压煮器，*后末级压煮器出来的二次蒸汽通过冷凝水罐冷凝后形成冷凝水。此过程中，均有可能矿浆进入蒸汽管道（例如压煮器破损、碱液混入蒸汽等），这就需要在冷凝水出口管设置一个电导率计检测冷凝水的电导率，好水送入锅炉房，坏水送入热水槽。

2.2 蒸发二次冷凝水

为平衡氧化铝生产过程中的水量和排出杂志盐类，使碱液浓度达到化学反应的*限浓度，在管式降膜蒸发器管层通入碱液原液，在壳层蒸汽套内通入饱和蒸汽，通过蒸汽套间接加热碱液，几个管式降膜蒸发器串联起来组合成蒸发器组，每一个蒸发器都配带一个冷凝器，饱和蒸汽也串联加热各级蒸发器，Ⅰ效管式降膜蒸发器出来的冷凝水较为干净，称之为新蒸汽冷凝水，其余各级蒸发器出来的冷凝水均有可能含有碱分子而形成坏水，称之为二次冷凝水，好水坏水的识别也是通过设置电导率计来检测的，同样好水送入锅炉房，坏水送入热水槽。

不管是溶出来的冷凝水还是蒸发来的冷凝水，计量时都得考虑冷凝水的纯度（电导率）、温度等参数。冷凝水罐出水管温度大概有70~110℃左右，也就是说里面还含有大量蒸汽，此时冷凝水的属性为汽相、液相和固相（固体为微量矿浆微粒），固相通过电导率仪可以测出。

这里，只关心该工艺过程中形成的冷凝水该如何计量。

3、冷凝水的各种计量讨论

3.1 电磁流量计计量法

有的检测工程师在做设计时，计量冷凝水采用电磁流量计，理由是冷凝水含有碱液或矿浆微粒，电磁流量计的可测量介质电导率可以低至5μs/cm，温度可达到80℃甚至更高，精度可达到±0.2~0.5%，测出的流量为体积流量，并且电磁流量计安装、检修都方便（检修只需一段时间后清洗电*），测出的数据稳定，累积量可靠。但是不是如实地反映冷凝水真实的流量无从考察。

电磁流量计测量原理是法拉*电磁感应原理，在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉*试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场，当有导电介质流过时，则会产生感应电压（工作原理如图1所示），管道内部的两个电*测量产生的感应电压，测量管道通过不导电的内衬（橡胶、特氟隆等）实现与流体和测量电*的电磁隔离。

设：E为感应电动势；B为感应强度（T）；D为测量管内径（m）；V为平均流速（m/s）；S为管道截面积；K为流量常数

由于冷凝水固有特性，在溶出压煮器和蒸发器无损坏的情况下，料浆和碱液不会混入冷凝水管道，冷凝水中无导电介质，冷凝水属性为液相和汽相，此时，电导率仪测出的值小于5μs/cm，感应电动势为零，电磁流量计测出的数据是闪烁乱跳的数值，该数值不能表达真实的测量值。

3.2 差压式流量计计量法

设计过程中也有采用差压式流量计计量冷凝水流量的，差压式流量计通常有靶式流量计（如德尔塔巴流量计、赛德巴流量计、阿牛巴流量计等）、孔板流量计、V锥流量计、喷嘴流量计等，该类流量计可测量汽相、液相或汽液二项性的任何介质，测量原理为伯努利方程，测出的流量为质量流量，其通用流量计算公式如下：

设Qm为质量流量；Qv为体积流量；ζ为流量计探头的阻断系数（也可为常数K）；ε为流体膨胀系数；D为测量管内径；dp为流体差压；ρ为工况下的流体密度，则

在冷凝水测量过程中，冷凝水为不可压缩流体，故ε为1。换算成体积流量如下：

从公式（3）可以看出，差压式测量冷凝水流量过程中，流体流量只与流体差压和密度有关，介质流体的密度改变，对流量值的影响是很直观的。另一方面，为了工艺操作的方便，仪表指示值给出的是标准状态下的体积流量，这是根据介质流体的密度换算出来的。而介质流体的密度改变使其换算关系也改变，从理论上差压式流量计测量冷凝水是合适的，但实际上，当冷凝水中混入料浆颗粒或碱液时，冷凝水密度变化大，且矿浆固体颗粒物容易堵塞取压探头的取压孔，碱液混合的颗粒物容易结疤附在探头上，使得探头经常要拆卸下来清洗，并接清洗次数相对电磁流量计、涡街流量计要频繁得多。

3.3 漩涡式流量计计量法

漩涡式流量计测量原理为卡门漩涡，即是在流体管道中，垂直插入一个柱形阻挡物，在其后部（相对于流体方向）两侧就会交替地产生漩涡。随着流体向下游流动形成漩涡列，称之为“卡门漩涡”，把产生漩涡的柱形阻挡物定义为漩涡发声体，在一定条件下漩涡的分离频率与流量的流速成线性关系，因而，只要测出漩涡分离的频率，即可计算出管道内流体的流速或流量，其计算公式如下：

设Qv为体积流量；St为斯特劳哈尔数（也可为常数K）；f为频率（Hz/s）；D为测量管内径；d为迎流面宽度。

正是漩涡流量计是基于线性连续方程原理，测量与流体的性质无关，与密度、黏度等均无关，用水标定出来的流量系数同样适用于冷凝水计量。

K为流量系数，含义是每升流量由几个脉冲表示，即是P/L，经过公式变换，实际运用中的涡街流量计计算公式为：

从公式（5）可以看出，漩涡流量计的计量只与流体频率有关系，测出的流量为流体的工况体积方，质量方和标准体积方是根据密度或压力温度换算出来的。旋涡流量计通常有涡街流量计、靶式流量计等，优势是测量范围广，体积小，重量轻，离线标定方便，一旦结疤，清洗也方便（卸下来清洗阻挡物即可）。劣势是测量精度低，和差压式流量计差不多。除了上述几种常见的计量方法，还有采用超声波流量计计量的，早期的溶出冷凝水有采用的，主要是由于压煮器损坏快，料浆泄露严重的工艺，由于科技进步快，现在的压煮器基本不泄露，冷凝水电导率低，因此现代氧化铝生产工艺中，冷凝水计量基本上不采用超声波流量计。其余的计量方式不常见，这里就不一一介绍了。

4、总结

通过几种典型的流量计的分析，再结合现场的使用情况，综合比较下来，旋涡流量计使用效果要好得多，使用时间要长一些，建议设计过程中优先考虑使用旋涡式流量计。