摘 要： 氟化氫具有極強(qiáng)的腐蝕性和氧化性，在工業(yè)生產(chǎn)中，其流量測(cè)量和控制一直是一個(gè)難題。論文通過(guò)多年的耐腐蝕性試驗(yàn)，選用對(duì)氟化氫具有優(yōu)秀耐腐蝕能力和良好加工性能的蒙乃爾合金作為氟化氫流量計(jì)的材質(zhì)，對(duì)內(nèi)錐流量計(jì)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，成功地應(yīng)用于氟化氫流量的實(shí)際生產(chǎn)測(cè)量中。這對(duì)提高和完善氟化氫流量計(jì)的制造技術(shù)意義重大。
關(guān)鍵字： 流量測(cè)量 內(nèi)錐流量計(jì) 蒙乃爾合金 氟化氫
在通常情況下，氟化氫是無(wú)色易流動(dòng)的液體。其沸點(diǎn)為19.5℃，在常溫下易揮發(fā)，它的化學(xué)性質(zhì)很活潑，能與絕大多數(shù)金屬、堿、氧化物以及硅酸鹽反應(yīng)，具有極強(qiáng)的腐蝕性。氟化氫廣泛用于核工業(yè)、石油化工等行業(yè)，是制取氟氣、無(wú)機(jī)氟化物、各種有機(jī)氟化物的主要原料。但在實(shí)際生產(chǎn)中，氟化氫的流量控制仍是一個(gè)難題，因?yàn)橐话憬饘匐y以耐其腐蝕。在國(guó)內(nèi)，氟化氫流量計(jì)的應(yīng)用技術(shù)還不完善，測(cè)量精度低，壽命短。DYNZ系列內(nèi)錐流量計(jì)具有壓損小、精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)內(nèi)錐流量計(jì)的進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，使其適合氟化氫的流量測(cè)量，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和完善氟化氫流量計(jì)制造技術(shù)意義重大。
1 錐流量計(jì)的原理及特點(diǎn)
內(nèi)錐流量計(jì)與傳統(tǒng)差壓流量計(jì)的工作原理完全相同，當(dāng)流體流進(jìn)流量計(jì)時(shí)，被測(cè)流體經(jīng)形錐體圓周表面逐漸平穩(wěn)地向管道內(nèi)壁均勻收縮，流通截面積逐漸變小，流速逐漸增大，壓力同時(shí)降低，在V形錐體前后產(chǎn)生差壓ΔP，如圖1所示。
圖1 內(nèi)錐流量計(jì)工作原理圖
在穩(wěn)定的工況條件下，管道中的流量與差壓的平方根成正比，用差壓變送器測(cè)量V形錐體前后的差壓并以模擬量輸入流量積算顯示儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流量的計(jì)量、調(diào)節(jié)和控制。其流量計(jì)算公式如下：
式中：
QV：流體工況體積流量（單位：m3/h）
Qm：二流體工況質(zhì)量流量（單位：kg/h）
K：流量系數(shù)（單位：無(wú)量綱）
ε：流體的壓縮系數(shù)（一般液體取1.0，氣體、蒸汽＜1）
ρ1：流體工況下的密度（單位：kg/m3）
C：流出系數(shù)（C———實(shí)際流量／理論流量，需在流量檢定裝置上標(biāo)定得出。單位：無(wú)量綱）
β：等效直徑比。
（單位：無(wú)量綱）
d：錐體最大外徑（單位：m）
內(nèi)錐流量計(jì)以其獨(dú)特的V形錐體作為節(jié)流件，采用錐體圓周與管道內(nèi)壁形成的環(huán)形流通截面逐漸收縮的特殊環(huán)形節(jié)流方式，使內(nèi)錐流量計(jì)不需配制直管段，工作壓損僅是孔板流量計(jì)的三分之一，無(wú)磨損；測(cè)量精度可達(dá)±0.5％，且具有量程寬、重復(fù)性好、耐臟物等優(yōu)點(diǎn)。
2 內(nèi)錐流量計(jì)的改進(jìn)
由于氟化氫具有極強(qiáng)的腐蝕性，絕大多數(shù)金屬都不耐其腐蝕，目前使用的各類(lèi)流量計(jì)都不能適應(yīng)其工況要求，內(nèi)錐流量計(jì)也不例外，即使選用強(qiáng)酸強(qiáng)堿防腐型?；诖耍瑢?shí)際生產(chǎn)中一般采用控制壓力或溫度的間接方法來(lái)控制氟化氫的流量，但誤差較大。如果解決不了流量計(jì)的耐腐蝕問(wèn)題，氟化氫流量測(cè)量就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
2.1 內(nèi)錐流量計(jì)材質(zhì)的改進(jìn)
氟化氫雖然有極強(qiáng)的腐蝕性，但對(duì)干燥的氣態(tài)氟化氫鎳、蒙乃爾合金、因科鎳合金、金、鉑、銅等能耐其腐蝕，對(duì)潮濕的氟化氫這些金屬的耐腐蝕能力顯著降低。在這些金屬中，以蒙乃爾合金的耐腐蝕能力最好，鎳、因康合金和含鎳30％的銅鎳合金對(duì)氫氟酸（氟化氫溶水后的水溶液）的抗腐蝕性較蒙乃爾合金差。非金屬中聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯等與氟化氫不反應(yīng)。
蒙乃爾合金（Monel），是一種鎳銅合金，耐堿，耐非氧化性酸，特別適用于氫氟酸。經(jīng)過(guò)多年的反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在溫度不高時(shí)，蒙乃爾合金對(duì)濃度高于50％的氫氟酸有很好的耐腐蝕性，對(duì)無(wú)水氟化氫有優(yōu)異的耐腐蝕性能，在溫度達(dá)到80℃以上時(shí)都會(huì)出現(xiàn)一定程度的腐蝕。同時(shí)，蒙乃爾合金還具有良好的加工和焊接性能，一般不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。因此，對(duì)內(nèi)錐流量計(jì)的關(guān)鍵部件測(cè)量管和Ｖ形錐體節(jié)流件的材質(zhì)改為蒙乃爾合金。
2.2 附屬裝置的改進(jìn)
為了防止氟化氫的腐蝕，對(duì)附屬裝置也作相應(yīng)的改進(jìn)：差壓變送器選用膜片材質(zhì)為蒙乃爾合金的壓差變送器；有壓力補(bǔ)償時(shí)，選用膜片材質(zhì)為蒙乃爾合金的壓力變送器，有溫度補(bǔ)償時(shí)，溫度變送器測(cè)量端可加蒙乃爾合金套管保護(hù)；由于銅對(duì)于濃度高于60％～90％的氫氟酸（尤其是無(wú)水氟化氫）也有較好的耐腐蝕能力，引壓閥和引壓管可采用銅制閥門(mén)和銅管；法蘭密封件采用與氟化氫不發(fā)生反應(yīng)的聚四氟乙烯密封墊。
3 氟化氫流量的測(cè)量
經(jīng)改進(jìn)后的內(nèi)錐流量計(jì)主要適用于溫度低于80℃的無(wú)水氟化氫和高濃度氫氟酸的流量測(cè)量。
無(wú)水氟化氫溫度控制在40±5℃，被測(cè)流體為氣體狀態(tài)，具體測(cè)量系統(tǒng)配置如圖2所示，內(nèi)錐流量計(jì)產(chǎn)生的差壓信號(hào)，由差壓變送器檢測(cè)、變送后，與壓力變送器、溫度變送器輸出的補(bǔ)償信號(hào)一并輸入已預(yù)設(shè)設(shè)計(jì)工況條件、量程和氟化氫氣體特性等參數(shù)的DY2000補(bǔ)償式流量積算儀，經(jīng)積算儀計(jì)算后，顯示瞬時(shí)流量并進(jìn)行累積計(jì)量，同時(shí)可將瞬時(shí)流量信號(hào)輸出，控制流量調(diào)節(jié)執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)無(wú)水氟化氫瞬態(tài)流量的精確調(diào)節(jié)、控制。實(shí)際應(yīng)用中，流量計(jì)宜垂直安裝，變送器安裝位置要高于取壓點(diǎn)，避免冷凝積液，引壓管不宜太長(zhǎng)。
圖2 無(wú)水氟化氫流量測(cè)量系統(tǒng)配置和安裝示意圖
高濃度氫氟酸的流量測(cè)量裝置配置、安裝與上述情況大致相同，不同之處在于變送器安裝位置要低于取壓點(diǎn)，以確保測(cè)量精度，被測(cè)流體為常溫下高濃度氫氟酸液體，補(bǔ)償積算儀預(yù)設(shè)參數(shù)為相應(yīng)濃度氫氟酸液體特性、對(duì)應(yīng)工況等參數(shù)。
4 結(jié)束語(yǔ)
利用蒙乃爾合金具有的氟化氫耐腐蝕能力，對(duì)內(nèi)錐流量計(jì)改造后，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)水氟化氫及高濃度氟氫酸的流量測(cè)量，具有壽命長(zhǎng)、精度高、壓損小、無(wú)磨損、重復(fù)性好、量程寬等優(yōu)點(diǎn)，尤其因其具有優(yōu)秀的耐腐蝕性能，還可用于強(qiáng)堿、非氧化性酸等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的流量測(cè)量。隨著新工藝、新材料的不斷研發(fā)和應(yīng)用，會(huì)解決低濃度、較高溫度下氫氟酸的流量測(cè)量。
參考文獻(xiàn)
［1］丁旭東，賀勛．電解制氟工藝［Z］．蘭州：中國(guó)核工業(yè)五零四廠，2003．
［2］東輝智能儀器有限公司．DYNZ內(nèi)錐流量計(jì)（選型安裝指南）［Z］．香港：東輝智能儀器有限公司，2006：1-13．
［3］東輝智能儀器有限公司．補(bǔ)償式智能型流量積算儀表使用手冊(cè)［Z］．香港：東輝智能儀器有限公司，2006：4-12．
［4］張琳，樂(lè)精華．耐蝕閥門(mén)用蒙乃爾合金［J］．閥門(mén)，2006(6）：37-39．
