壓力變送器測量固液比原理及應(yīng)用

摘要:固液比的測量在制鹽工業(yè)中是一項很重要的工作。目前大多數(shù)廠家都采用人工目測的方法，工人操作強度大，主觀性強，不能做到連續(xù)監(jiān)測，因此對固液比的自動連續(xù)監(jiān)測成為一項十分迫切的工作任務(wù)。本文通過實驗和理論分析兩種方法闡述了一種用壓力變送器測量固液比的原理及方法。
       固液比的測量在制鹽工業(yè)中是一項很重要的工作，制鹽蒸發(fā)、洗鹽等工序?qū)桃罕冗@--項指標有著較嚴格的規(guī)定，一旦固液比超出規(guī)定范圍，就極有可能對生產(chǎn)造成不利影響。目前，固液比大都是人工測量，具有隨意性大、主觀性強及不連續(xù)的弊端，因而正確率得不到保證，也不便于通過觀察固液比的變化趨勢來及時對排鹽和洗鹽工藝進行調(diào)整，不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。另外，作為一-項重要的考核指標，計量的正確率又關(guān)系到對工人工作考核的公正性，因?qū)桃罕葴y量結(jié)果意見不一而產(chǎn)生爭議的事情時有發(fā)生。由此可見，對固液比連續(xù)自動測量裝置的應(yīng)用是十分必要和具有重要意義的。下面對用壓力變送器自動測量固液比的原理和方法進行--些分析，以供同行參考。
       所謂固液比，就是溶液中的固體占溶液的比例(一般指體積比)。固液比的自動測量若直接采用體積相比的原理來計算，是難以實現(xiàn)的，只能采用間接的方法。我們知道如下公式
P=ρgh(式一)
P:壓力Nm²(Pa);
ρ:密度kg/m³
g:常數(shù)9.8Nkg;
h:高度m。
       當溶液的組成發(fā)生變化時，其密度必然會發(fā)生變化。由式一可知，密度的變化又會引起壓力的變化，這就給我們測量固液比提供了一個可以應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，即我們可以將固液比的變化通過測量其壓力的變化反映出來。但是從式-我們可以看出，壓力要受到兩個因素影響，一個是密度，另一個是高度，怎樣消除高度的變化對測量的影響成了一個關(guān)鍵性的問題。不過這個問題很好解決，將測量壓力轉(zhuǎn)變成測量壓力差就行了。
這樣一來，式一變?yōu)橄率?
△P=ρg△h(式二)
       這時高度變成高度差，這個高度差我們可以任意設(shè)定，-經(jīng)設(shè)定，它就成了一個常數(shù)，便不再對我們的測量產(chǎn)成影響。式中g(shù)也是一個常數(shù)，那么現(xiàn)在△P的值僅受ρ的影響了，接下來的工作就是確定固液比與△P的對應(yīng)關(guān)系。
       獲得固液比與△P的對應(yīng)關(guān)系有兩種方法，種是實驗的方法，另一種是理論分析的方法。我們有必要對兩種方法都進行分析，這樣可以相互比較，互相印證。我們先看第一-種方法，即實驗的方法。通常我們?nèi)　鱤的值為1m,那么式二可以簡化為下式:
△P=ρg(式三}
       首先我們要知道固液比與溶液密度的對應(yīng)關(guān)系。我曾經(jīng)從制鹽設(shè)備中取出一些過飽和溶液，配制出相同體積不同固液比的溶液，然后稱取它們的重量，再計算出它們的密度。通過實驗，我得到一組數(shù)據(jù)，即不同固液比時過飽和鹽溶液的密度值，如表--所示。

       通過關(guān)系圖我們可以看出，過飽和鹽溶液的固液比與△P成線性關(guān)系。
我們再看第二種方法，理論分析的方法。我們知道，物體的密度是指單位體積的物體的質(zhì)量，即
ρ=m/v(式四)
將式四代入式二中，得到下式
△P=mg△h/v(式五)
如果我們將式五用工藝中的量來表示，則變換為
△P=(m1+m2)g△h/v0(式六)
ml:固體的質(zhì)量9;
m2:液體的質(zhì)量g;
v0:溶液的體積L。.
將式四變形為m=ρV,代入式六中，得到下式
△P=(ρ1v1+ρ2v2)gAh/v0(式七)
ρ1:固體的密度g/L;
v1:固體的體積L;
ρ2:液體的密度g/L;
v2:液體的體積L。.
       實際上，我們?nèi)斯y量固液比時所看到的固體應(yīng)是固體與滲透其間的液體的混合物，為了使計算結(jié)果符合習慣，ρ1的值應(yīng)該取兩者混合物的密度。相應(yīng)的v1也是混合物的體積，v2則等于v0-v1，那么式七可以變?yōu)?
△P-[p1v1+ρ2(v0-v1)]g△h/V0=ρ1vlg△h/v0+ρ2g△h-ρ2v1g△h/v0
我們設(shè)v1/0=A，A即為固液比，那么
△P=ρlg△hA+ρ2g△h-ρ2g△hA所以
△P-(ρ1-ρ2)g△hA+ρ2g△h(式八)
       式八中ρ1、ρ2、g、△h均可視為常數(shù),由此我們可以看出，固液比與差壓是成線性關(guān)系的，這和上述實驗的結(jié)果是相符的。我們?nèi)　鱤為1m,那么式八可以簡化為
 △P=(ρ1-ρ2)gA+ρ2g(式九)
在實驗過程中，我測得ρ1、ρ2的值如下
ρ1-1773g/L;
ρ2-1210g/L。,
將ρ1、ρ2的值代入式八中，得到下式
△P=5517A+11858(式十)
       將固液比分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的值代入式十中，得到的數(shù)據(jù)間見表三。

       將表三與表二對比一下，我們不難看出，兩組數(shù)據(jù)是相當接近的，這進-步證明理論分析的結(jié)果與實測的結(jié)果是完全一致的。這就說明，用壓力變送器便可以實現(xiàn)對固液比的自動測量。
測量原理知道后，現(xiàn)在我們來看看實際應(yīng)用的問題。
       整套裝置中關(guān)鍵的設(shè)備應(yīng)該是差壓壓力變送器，我們來看一下該如何選用差壓壓力變送器。
        首先，要確定差壓壓力變送器的大測量范圍和量程范圍。通過對工藝狀況進行分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，差壓力變送器的大測量范圍應(yīng)大于固液比為100%時的△P值及罐內(nèi)大壓力等，其量程下限應(yīng)該是固液比為0%時的△P值(記為△P0)，而量程上限應(yīng)該是當固液比為100%時的△P值(記為△P100)，在心底含罐內(nèi)壓力。
       其次，差壓壓力變送器要具有遷移功能，其遷移量當為△P0的值。
       再次，為了提高儀表的靈敏性及精度，要對差壓壓力變送器進行正確校驗及調(diào)整(智能型變送器可以解決此問題)。先按量程范圍[0~(△P100-△P0)]把變送器調(diào)整好，然后對儀表進行遷移調(diào)整，方法是在正壓室加上△PO的值，調(diào)儀表遷移螺釘(或手持編程器調(diào)整)，使輸出為4mA，再按△PO~△P100檢查儀表的精度。(儀表遷移特性見圖二)

       第四，根據(jù)被測介質(zhì)特點對變送器進行恰當選型及選材。由于鹽溶液具有易結(jié)晶及腐蝕性強的特點，宜選用帶遠傳裝置插入法蘭式差壓力變送器，直接與鹽液接觸的部分(如膜片)應(yīng)選用能耐鹽腐蝕的材料，如耐蝕合金、哈氏合金、316L、鈦材等。只有選型及選材得當，才能使儀表可靠工作運行，減少儀表系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響，應(yīng)當合理安裝沖洗環(huán)裝置。
       變送器的安裝也是要特別注意的一-個方面。儀表應(yīng)盡量安裝在狀態(tài)穩(wěn)定，無紊流，無阻礙的地方。測量蒸發(fā)罐內(nèi)鹽液的固液比時，可以選擇安裝在循環(huán)管道上，但應(yīng)保持與循環(huán)泵出口和加料閥出口均有適當距離，以減小由于紊流給測量帶來的誤差，中鹽棗陽公司鹵水主含硫酸鈉為全國之首(Na2S04濃度為50g/L)，在測量固液比的同時也測量了罐內(nèi)液位，使罐內(nèi)液位實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，所以在應(yīng)用中安裝距離等參數(shù)有所調(diào)整、根據(jù)設(shè)備位置情況合理選擇方便維護，通過運行調(diào)試同人工測量比較，完全滿足排鹽參考的需要，從而控制排鹽流量的大小實現(xiàn)自動排鹽、洗鹽，實現(xiàn)了罐內(nèi)液位、排鹽、排鹽全自動。